Tipos de cabos e critérios de dimensionamento para projetos elétricos

Tipos de cabos e critérios de dimensionamento para projetos elétricos

A seleção correta de cabos em projetos de instalações elétricas é fundamental para assegurar a segurança, eficiência  e confiabilidade  do sistema. Um dimensionamento inadequado pode resultar em superaquecimento, quedas de tensão e, em casos extremos, incêndios. Portanto, compreender os diferentes tipos de cabos disponíveis no mercado e os critérios essenciais para um dimensionamento preciso é de suma importância.

Tipos de cabos elétricos: como funciona a classificação

Os cabos elétricos são classificados de diversas maneiras, sendo uma das principais baseada na tensão de operação. Em instalações residenciais e comerciais, comumente utilizam-se cabos de baixa tensão, operando até 1.000 V. Já em sistemas industriais e linhas de transmissão, é normal serem necessários cabos de média (até 35 kV) ou alta tensão (acima de 35 kV).

O material do condutor também é crucial. O cobre é amplamente utilizado devido à sua excelente condutividade, resistência à corrosão e maleabilidade, facilitando a instalação. O alumínio, embora tenha condutividade inferior e algumas restrições normativas, é mais leve e pode ser uma opção econômica, especialmente em projetos de longas distâncias ou maiores cargas.

O isolamento dos cabos é outro aspecto vital. O PVC (Policloreto de Vinila) é comum em instalações residenciais por sua flexibilidade e custo acessível. Isolamentos como o XLPE (Polietileno Reticulado) e o EPR (Borracha Etileno-Propileno) são preferidos em ambientes que exigem maior resistência térmica ou mecânica, como em instalações enterradas e circuitos alimentadores maiores.

Existem também cabos específicos para aplicações distintas. Os cabos PP, por exemplo, são um tipo de cabo multipolar (com mais de 1 polo no mesmo cabo) utilizados em eletrodomésticos e ferramentas elétricas devido à sua flexibilidade e resistência. Outro tipo de cabo multipolar são os cabos multiplexados, que também reúnem vários condutores isolados em um único cabo, encordoados junto a um condutor neutro (nu ou isolado) que fornece sustentação mecânica, são comuns em redes de distribuição aérea de baixa tensão, facilitando a instalação e economizando espaço.

Em ambientes que demandam proteção contra interferências eletromagnéticas, os cabos blindados são ideais, pois possuem uma camada adicional de blindagem que protege os sinais transmitidos. Já os cabos de instrumentação são projetados para transmitir sinais de controle e monitoramento em processos industriais, oferecendo alta precisão e resistência a ruídos.

Critério de dimensionamento de cabos

O dimensionamento correto dos cabos elétricos envolve uma série de critérios técnicos que precisam ser rigorosamente analisados:

Primeiramente, é necessário determinar a corrente elétrica que o cabo deverá conduzir. Esse valor é calculado a partir da carga dos equipamentos e representa o ponto de partida para a escolha da seção transversal do condutor. Uma vez conhecida a corrente nominal que o circuito deverá conduzir, consultam-se tabelas normativas, como as da ABNT NBR 5410, que indicam a seção mínima recomendada para cada situação.

Esse dimensionamento leva em conta o regime contínuo de operação, de forma que o cabo será capaz de conduzir essa corrente continuamente sem ultrapassar o limite de temperatura de sua isolação (70°C para PVC e 90°C para EPR, por exemplo). Porém, um cabo pode conduzir até 45% a mais se for garantido que o condutor não irá operar em regime de sobrecarga total (operar no limite da temperatura do isolante do cabo para sobrecarga) por tempo superior a 100 horas dentro de 12 meses consecutivos ou 500 horas totais ao longo da vida útil do condutor. Isso é, em outras palavras, o cabo pode conduzir mais corrente, mas isso não pode ocorrer de forma contínua pois, nesses casos, podem ser atingidas temperaturas de até 100° ou 130°C (para PVC ou EPR, respectivamente), que degradam fisicamente o cabo em questão, perdendo suas características iniciais.

Ainda nesse sentido, a aplicação deste tipo de dimensionamento por regime de sobrecarga total  é menos comum de se encontrar em projetos no geral, pois as condições exigidas pela norma costumam ocorrer em situações muito específicas, raramente encontradas em instalações residenciais ou comerciais. Contudo, esse método se mostra mais adequado para ambientes industriais  ou em sistemas com variações significativas de carga, em que a operação intermitente acima do regime contínuo pode ser gerenciada com monitoramento rigoroso e manutenção preventiva.

Nesses casos, se feito de forma controlada, é possível aproveitar margens de segurança adicionais, sem comprometer a integridade do sistema ou a durabilidade dos condutores. Dessa forma, também é importante destacar que as proteções dos circuitos carregam grande importância no dimensionamento dos condutores, de forma que a limitação da corrente nominal de um circuito (por parte de um disjuntor ou fusível, por exemplo) deverá ser sempre inferior à capacidade de condução do cabo do circuito em questão, garantindo que não entrará em regime de sobrecarga ou até em curto-circuito prolongado, que pode gerar grandes riscos e degradar a eficiência do sistema.

Outro fator crucial é a queda de tensão, que representa a perda de tensão ao longo do cabo e depende, por exemplo, da distância que o circuito percorre e da corrente que o condutor transporta. Essa perda deve ser mantida dentro dos limites estabelecidos pelas normas: limita-se em 4% para os circuitos terminais (aqueles que alimentam diretamente o equipamento), 7% para todo o somatório das quedas (desde o transformador até o equipamento) ou 5% para o caso de instalações atendidas diretamente em baixa tensão pela concessionária de energia. Essas diretrizes se dão pois, com uma queda de tensão excessiva, pode-se comprometer o desempenho dos equipamentos e reduzir a vida útil dos componentes elétricos.

O método de instalação também exerce uma influência significativa. A forma como o cabo é instalado altera a dissipação de calor e, consequentemente, a capacidade de condução do cabo, por exemplo em eletrodutos aparentes, canaletas e dutos enterrados ou em bandejas abertas. Além disso, quando vários circuitos são instalados juntos, o aquecimento mútuo pode reduzir essa capacidade, o que exige a aplicação de fatores de correção específicos, ajustados conforme as condições de agrupamento.

Por fim, além da corrente e da queda de tensão, é preciso considerar a proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos. Os cabos devem ser dimensionados não só para operar continuamente, mas também para suportar as correntes de pico que podem ocorrer durante um curto-circuito, sempre dentro do tempo de atuação dos dispositivos de proteção instalados.

Normas e regulamentações

Para assegurar a segurança e conformidade das instalações elétricas, o dimensionamento dos cabos deve seguir normas técnicas específicas. No Brasil, a ABNT NBR 5410 é a principal referência para instalações de baixa tensão, estabelecendo critérios para escolha da seção dos condutores, capacidade de condução de corrente, limites de queda de tensão, métodos de instalação e fatores de correção.

Para projetos de média tensão, a ABNT NBR 14039 fornece diretrizes específicas, abordando as particularidades e desafios de instalações que operam acima de 1.000 V e até 36 kV, garantindo uma infraestrutura robusta e adequada à demanda energética.

Já em projetos voltados à alta tensão (acima de 36 kV), não há uma normatização brasileira específica, mas em geral devem ser seguidas as normativas das concessionárias de energia e normativas internacionais, como a IEC 61936.

Aplicações práticas

Na prática, os critérios de dimensionamento dos cabos se refletem em diferentes cenários, desde uma simples instalação residencial até projetos complexos em ambientes industriais. Em uma residência, por exemplo, os circuitos internos tendem a ser com seções que variam de 1,5 mm² a 10 mm², dependendo dos tipos de equipamentos a serem atendidos, e normalmente a queda de tensão acaba não afetando muito o dimensionamento, por conta das distâncias proporcionalmente curtas inerentes aos padrões residenciais (quando se compara com padrões industriais, por exemplo). Além disso, comumente são utilizados cabos com isolação de PVC, pois são mais baratos e tendem a atender o padrão de instalações internas de uma residência.

Já em um ambiente comercial ou varejista, a escolha dos cabos tende a considerar além da capacidade de condução de corrente, as quedas de tensão em longos trechos, garantindo que todos os equipamentos funcionem de maneira adequada. Também é mais comum a utilização de cabos com isolação de PVC nessas instalações, ainda que haja equipamentos específicos que acabam sendo alimentados por circuitos com cabos isolados por EPR.

E em instalações industriais, em que há equipamentos de alta potência e circuitos mais complexos, o dimensionamento pode incluir até cabos blindados e multipolares para oferecer maior proteção contra interferências e vibrações, além de garantir a condução de correntes muito elevadas. Nesses casos, a utilização de cabos isolados com EPR e XLPE são consideravelmente mais comuns.

Boas práticas de dimensionamento

Além dos cálculos técnicos, adotar boas práticas no dimensionamento de cabos é crucial para evitar problemas futuros. Revisar todos os parâmetros do projeto, garantir que os cálculos estejam alinhados às normas vigentes e manter uma documentação detalhada são medidas essenciais para a longevidade e segurança do sistema elétrico.

O uso de softwares especializados pode facilitar o processo, mas a supervisão de um engenheiro eletricista qualificado é insubstituível, pois permite identificar soluções vantajosas para cada caso específico, minimizando riscos e evitando retrabalhos que podem resultar em custos adicionais e possíveis acidentes.

Exemplos práticos de dimensionamento de cabos em diferentes cenários (residencial, industrial, varejo/shopping/restaurantes).

Para ilustrar como os critérios de dimensionamento se aplicam na prática, pode-se destacar um projeto residencial, por exemplo, que contou com as soluções em projetos da BFS Engenharia:

Um circuito destinado a alimentar um chuveiro deve suportar 7.800 W em 220 V monofásico. Calculando para a corrente, tem-se 35,5 A, aproximadamente. Para a proteção do circuito, adota-se um disjuntor de 40 A (pois é a corrente nominal comercial mais próxima acima da corrente do circuito).

Ao consultar as tabelas normativas para cabos de cobre com isolação em PVC, inicialmente se pode identificar que um cabo de #6 mm² é indicado para uma corrente nominal de 41 A em uma instalação com eletroduto embutido em alvenaria. Além disso, como no caso de chuveiros é comum ter uma infraestrutura dedicada para esse circuito e a temperatura ambiente não variar fora dos 30°C continuamente, não há a aplicação de fatores de correção por agrupamento e por temperatura.

Já para a queda de tensão neste circuito, a cada 10 metros soma-se 1,2% aproximadamente de variação de tensão. Dessa forma, percebe-se que, para chegar em um limite de 4%, seriam necessários mais de 30 metros de circuito, o que é incomum ocorrer em residências.

Já em instalações comerciais, como em uma loja de alimentação, pode-se citar um circuito monofásico que alimenta as tomadas de 20 A de uma cozinha de uma loja de alimentação. Neste caso, se faz necessário garantir a proteção das tomadas com um disjuntor de 20 A. Dessa forma, um cabo de #2,5 mm² isolado em PVC e instalado em eletroduto aparente suporta até 24 A, mas, em um caso que há outro circuito similar passando no mesmo eletroduto, é necessário aplicar um fator de agrupamento, que reduz a capacidade de condução indicada na tabela para 80%. Com isso, é necessário um cabo de #4 mm², que atende até 25,6 A nessas condições. Neste sentido, analisando a queda de tensão, também se percebe que não haverá problemas nesse dimensionamento, pois há apenas 0,4% de queda a cada 10 metros de circuito, aproximadamente.

Já em ambientes industriais, o cenário é ainda mais desafiador. Equipamentos de alta potência, motores e sistemas de automação demandam cabos com maiores seções transversais e, muitas vezes, com blindagem especial para evitar interferências. Em um shopping ou em um varejo de grande porte, a instalação elétrica deve ser dimensionada de forma a garantir que, mesmo com a alta demanda e o agrupamento de diversos circuitos, o dimensionamento dos circuitos esteja dentro dos limites aceitáveis, preservando o desempenho dos equipamentos e a segurança dos usuários. Até mesmo para circuitos individuais em subestações de transformação de energia deve-se ter muita atenção, uma vez que as potências são grandes, há riscos maiores com curtos-circuitos e comumente há previsões de expansão da operação, que demandam um cuidado maior com fatores de reserva de carga, correções de fator de potência e mais de um cabo por fase para atender a corrente demandada com cabos mais comerciais (mais comuns de encontrar no mercado).

Conclusão

O dimensionamento correto de cabos elétricos é uma tarefa que exige atenção aos detalhes, conhecimento das normas e aplicação rigorosa dos critérios técnicos. Desde a escolha do tipo de cabo até a consideração de fatores de correção, cada etapa é vital para garantir uma instalação segura, eficiente e duradoura.

Investir tempo na elaboração de um projeto elétrico detalhado é fundamental para transformar cálculos técnicos em segurança e eficiência na prática. Seguir as normas, adotar boas práticas, e contar com uma empresa com expertise e experiência no mercado assegura que a instalação elétrica opere de forma confiável, atendendo às necessidades atuais e preparando-se para demandas futuras.

Para saber mais sobre as nossas soluções em projetos elétricos, entre em contato com um de nossos especialistas:

Conteúdo desenvolvido por Arthur Ferreira da Cruz, Projetista Eletricista na BFS Engenharia.