Cálculo Preciso de Bitola de Cabos para Motores BT e AT: Segurança, Eficiência e Economia

Como Calcular a Bitola do Cabo para Motores BT e AT?

Selecionar a bitola correta do cabo para o motor é um parâmetro importante para a Indústria, seja durante Instalação e Comissionamento ou durante operação. É um aspecto muito importante para Segurança, Minimização de Custos e redução de perdas indesejadas. Um cabo subdimensionado pode queimar durante a operação do motor, causando risco à vida humana, máquinas, infraestrutura, perda de produção e custo de substituição.

Por outro lado, um condutor superdimensionado incorrerá em custos desnecessários não apenas para os longos cabos, mas também para materiais de terminação usados junto com eles, como terminais, prensa-cabos, kit de emenda (caso ocorra falha no futuro) e eletrocalha superdimensionada. O custo de mão de obra para instalação de cabo de maior bitola também será maior comparado ao cabo de menor bitola. Considerando todos estes pontos vitais, é importante fazer um cálculo adequado da bitola do cabo para nosso motor.

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Antes de entrarmos em detalhes, vamos esclarecer a principal diferença entre Motores BT e AT.

Qual a Diferença entre Motores BT e AT?

Bem, como as palavras BT (Baixa Tensão, ou seja, Baixa Voltagem) e AT (Alta Tensão, ou seja, Alta Voltagem) ou baixo torque e alto torque, respectivamente, descrevem a história por si só.

Também depende da disponibilidade da tensão de alimentação, ou seja, nos EUA e UE:

Faixa de Motores BT = 230V – 415V

Faixa de Motores AT = 3,3 kV, 6,6 kV – 11 kV

Lembre-se que motores BT precisam de mais corrente que motores AT.

Em outras regiões, classificam motor BT abaixo de 1kV e motor AT acima de 1kV.

Agora vamos discutir o tema principal: como calcular a bitola do cabo para motores?

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Cálculo da Bitola do Cabo para Motor BT de 125 kW

Potência do Motor = 125 kW

Fator de Potência = 0,8, Eficiência = 94%

Tensão do Sistema, V₁ = 415 V

Comprimento do Cabo = 200 m

Corrente de Carga = P / (1,732 x V x Fp x Ef) → (P = √3 x V x I x CosΦ = para circuitos trifásicos)

= 125.000 / (1,732 x 415 x 0,8 x 0,94)

≈ 230 A

Esta é a corrente de plena carga que o cabo precisa suportar em condições ideais. Mas na situação prática, existem vários fatores de redução (derating) que precisam ser considerados.

A classificação de corrente dada para os cabos é definida para temperatura ambiente de 40°C. Se a temperatura ambiente for maior, a capacidade de condução de corrente do cabo reduz.

Suponha que nosso cabo está no ar, apoiado em eletrocalha,

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Temperatura do Ar em °C		20°	25°	30°	35°	40°	45°	50°	55°
	PVC Normal	1,32	1,25	1,16	1,09	1,00	0,90	0,80	0,80
Fatores de	PVC HR	1,22	1,17	1,12	1,06	1,00	0,94	0,87	0,80
Redução	XLPE	1,20	1,16	1,11	1,06	1,00	0,95	0,88	0,82

Fatores de correção relacionados à variação da temperatura ambiente do ar

Fator de Correção de Temperatura, K₁ quando cabo está no Ar = 0,88 (para 50°C temp. ambiente & cabo XLPE)

Agrupamento de cabos também reduz a capacidade de condução de corrente. Se muitos cabos são agrupados, todos aquecerão. O calor não dissipará adequadamente, aquecendo o próprio cabo e os em contato. Isso elevará a temperatura ainda mais. Portanto, devemos reduzir a capacidade de condução de corrente do cabo segundo o fator de agrupamento.

Vamos para o pior cenário: 3 eletrocalhas paralelas com 9 cabos cada, todos se tocando.

Nº de Eletrocalhas	Nº de Cabos por Eletrocalha					Nº de Cabos por Eletrocalha
	1	2	3	6	9	1	2	3	6	9
1	1,00	0,98	0,96	0,93	0,92	1,00	0,84	0,80	0,75	0,73
2	1,00	0,95	0,93	0,90	0,89	1,00	0,80	0,76	0,71	0,69
3	1,00	0,94	0,92	0,89	0,88	1,00	0,78	0,74	0,70	0,68
6	1,00	0,93	0,90	0,87	0,86	1,00	0,76	0,72	0,65	0,66

Tabela: Fator de Agrupamento de Cabos (Fator Nº de Bandejas), K2 = 0,68 (para 3 bandejas com 9 cabos cada)

Fator total de redução = K₁ x K₂

= 0,88 × 0,68 = 0,5984

Vamos selecionar cabo 1,1 kV, 3 vias, 240 mm², Alumínio, XLPE, Blindado para única passagem

Clique para ampliar a tabela

Detalhes Técnicos para Cabo 1,1 kV, 3 Vias, Condutor Alumínio/Cobre, Isolamento XLPE, Blindado

Capacidade de corrente de cabo XLPE blindado alumínio 240 mm² no Ar é 402 Amp

Corrente total reduzida do cabo 240 mm² = 402 × 0,5984 = 240,55 Amp

Resistência = 0,162 Ω / km e
Reatância = 0,072 Ω / km

Quedas de Tensão Estimadas em Cabos Alumínio PVC/XLPE para Sistema CA
	(Queda de tensão – Volts/km/Amp)
Área Nominal do Condutor (mm²)	Cabo PVC		Cabo XLPE
	Monofásico	Trifásico	Monofásico	Trifásico
1,5	43,44	37,62	46,34	40,13
2,5	29,04	25,15	30,98	26,83
4	17,78	15,40	18,98	16,44
6	11,06	9,58	11,80	10,22
10	7,40	6,41	7,88	6,82
16	4,58	3,97	4,90	4,24
25	2,89	2,50	3,08	2,67
35	2,10	1,80	2,23	1,94
50	1,55	1,30	1,65	1,44
70	1,10	0,94	1,15	1,00
95	0,79	0,68	0,83	0,70
120	0,63	0,55	0,66	0,56
150	0,52	0,46	0,55	0,48
185	0,42	0,37	0,44	0,40
240	0,34	0,30	0,35	0,30
300	0,28	0,26	0,30	0,26
400	0,24	0,22	0,24	0,22
500	0,23	0,20	0,23	0,20
630	0,20	0,18	0,21	0,18
800	0,19	–	0,20	–
1000	0,18	–	0,18	–

Queda de tensão, V₂ = 0,3 Volts/km/Amp (conforme catálogo Havells)

= 0,3 x 230 x (200 / 1000)

= 13 V

Tensão no terminal do Motor, V₂ = 415 - 13 = 402 V

% Queda = (V₁ – V₂) / (V₁)

= (415 – 402) x 100 / (415)

= 3,13%

Para decidir cabo 240 mm², a condição de seleção deve ser verificada

1. Corrente reduzida do cabo (240,55 Amp) é maior que corrente de plena carga (230 Amp) = OK
2. Queda de tensão do cabo (3,13%) é menor que queda definida (10%) = OK
3. Capacidade de curto-circuito do cabo (22,56 kA) é maior que capacidade de curto-circuito do sistema naquele ponto (X kA) = OK

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Cabo 240 mm² satisfez todas as três condições, por isso é aconselhável usar cabo 3 vias 240 mm².

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Cálculo da Bitola do Cabo para Motor AT de 350 kW

No caso de sistema BT, o cabo pode ser selecionado com base em sua capacidade de condução de corrente e queda de tensão, mas no caso de sistema MT/AT, a capacidade de curto-circuito do cabo é um fator importante/decisivo. Então, no caso de motor AT, a capacidade de curto-circuito do cabo sozinha é suficiente para determinar a bitola, pois os outros dois parâmetros seguirão automaticamente.

Considere o exemplo abaixo:

Potência do Motor = 350 kW

Fp = 0,8, Eficiência = 94%

Tensão do Sistema, V₁ = 6,6 kV

Comprimento do Cabo = 200 m

Corrente de Carga = P / (1,732 x V x Fp x Ef)

= 350.000 / (1,732 x 6600 x 0,8 x 0,94)

= 41 A

Suponha nível de curto-circuito/Nível de falta para sistema AT, I_sh (para duração t=1s) = 26,2 kA

Com condutor de alumínio, cabo isolado XLPE =

= 278,72 mm²

Portanto, bitola superior mais próxima 300 mm² é requerida.

Podemos ver na tabela abaixo que a capacidade de curto-circuito de cabo 300 mm² é 28 kA, maior que nosso nível de falta.

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Clique na imagem para ampliar

(6,6 kV NÃO ATERRADO / 11 kV ATERRADO)

Detalhes Técnicos para Cabo 6,6 kV, 3 Vias, Condutor Alumínio/Cobre, Isolamento XLPE, Blindado

Podemos ver que isso satisfará automaticamente as outras duas condições também.

Vamos selecionar cabo 6,6 kV, 3 vias, 300 mm², Alumínio, XLPE, Blindado para única passagem

Fator de Correção de Temperatura, K₁ quando cabo no Ar = 0,88 (para 50°C temp. ambiente & cabo XLPE)

Fator de Agrupamento (Fator Nº de Bandejas), K₂ = 0,68 (para 3 bandejas com 9 cabos cada)

Fator total de redução = K₁ x K₂ = 0,88 x 0,68 = 0,5984

Capacidade de corrente de cabo XLPE blindado alumínio 300 mm² no Ar é 450 Amp

Corrente total reduzida do cabo 300 mm² = 450 × 0,5984 = 269,28 Amp

Resistência = 0,130 Ω / km e

Reatância = 0,0999 Ω / km

Queda de tensão = 0,26 Volts / km / Amp (conforme catálogo Havells)

= 0,26 x 200 x 41 / 1000

= 2,132 V

Tensão no terminal do Motor, V₂ = 6600 – 2,132 = 6597,868 V

% Queda = (V₁ – V₂) / (V₁)

= (6600 – 6597,8) x 100 / (6600)

= 0,032%

Para decidir cabo 300 mm², a condição de seleção deve ser verificada

1. Corrente reduzida do cabo (269,28 Amp) é maior que corrente de plena carga (41 Amp) = OK
2. Queda de tensão do cabo (0,032%) é menor que queda definida (5%) = OK
3. Capacidade de curto-circuito do cabo (28,20 kA) é maior que capacidade de curto-circuito do sistema (26,2 kA) = OK

Cabo 300 mm² satisfez todas as três condições, por isso é aconselhável usar cabo 3 vias 300 mm².

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