Barramentos blindados: assim a eletricidade viaja por uma “autoestrada” – Parte II

Edição 99 – Abril de 2014
Aula prática – Barramentos blindados –Parte II
Por Nunziante Graziano*

Características técnicas normativas aplicáveis aos barramentos blindados

Os barramentos são usados não apenas para alimentação e distribuição de energia em edifícios residenciais, comerciais, públicos, agrícolas e industriais, mas também podem ser usados para sistemas de iluminação e de potência.

Os barramentos blindados têm tratamento normativo que se assemelha ao padrão de quadros TTA e eles devem ser totalmente testados por ensaios de tipo e de rotina pelo fabricante. Além dos elementos retilíneos, são aplicáveis ensaios aos elementos de ramificação, os conhecidos “plug-ins”, onde podem ser inseridos dispositivos de proteção, dispositivos eletrônicos, de comunicação ou de controle remoto, como contatores, tomadas de corrente ou outros dispositivos.

Para o Brasil, as normas relevantes são:

ABNT NBR IEC 60439-1: Conjuntos de manobra e controle em baixa tensão – Parte 1: Conjuntos com ensaio de tipo totalmente testados (TTA) e conjuntos com ensaio de tipo parcialmente testados (PTTA);
ABNT NBR IEC 60439-2: Conjuntos de manobra e controle de baixa tensão – Parte 2: Requisitos particulares para linhas elétricas pré-fabricadas (sistemas de barramentos blindados);
ABNT NBR 16019: Linhas elétricas pré-fabricadas (barramentos blindados) de baixa tensão – Requisitos para instalação.

A atual norma para barramentos blindados é a ABNT NBR IEC 60439-2. Um resumo das mais relevantes informações:

• Unidades de derivação dos barramentos podem ser equipamentos parcialmente sujeitos aos ensaios de tipo. Eles podem conter componentes, como os dispositivos de proteção (como fusíveis, interruptor com fusíveis, disjuntores, interruptores de fuga à terra, etc.); equipamentos de comunicação ou controle remoto como contatores, tomadas de corrente eletrônico e outros dispositivos de ligação;
• Valores de resistência, reatância e impedância do sistema: o fabricante deve indicar, além dos valores de resistência, reatância e impedância em condições normais (20 °C), também os valores da impedância de defeito, de modo a permitir que o projetista possa calcular as correntes de
  curto-circuito em todos os pontos do sistema elétrico, que também inclui o barramento blindado. Estes valores devem ser indicados nos documentos do fabricante (catálogos, instruções, etc.);
• Condições de serviço: como um barramento pode ser usado em diferentes condições de instalação – por exemplo, os condutores podem ser colocados na vertical ou horizontal –, o fabricante deve estabelecer o coeficiente correspondente de posição (K2), que é usado para determinar a corrente de carga do sistema. Em algumas instalações (por exemplo, para a transmissão de dados em rede, no aparelho de radiologia), pode ser necessário saber a intensidade do campo magnético na periferia da barra e a norma sugere, no anexo K, um método para o cálculo do módulo do campo magnético em torno ao barramento;
• Comportamento sob fogo: as regras que lidam com o comportamento sob fogo são variadas e são destinadas principalmente para soluções de cabo, mas a ABNT NBR IEC 60439-2 padroniza os requisitos para o comportamento sob fogo para os barramentos blindados. A seguir estão listados os principais requisitos da norma no que diz respeito ao comportamento sob fogo;
• A resistência dos materiais ao calor anormal: materiais de isolamento que entram na composição dos barramentos blindados devem ser submetidos ao teste, chamado de “glow-wire” ou “fio incandescente”, de acordo com a IEC-60695.2.1;
• Não propagação: no caso de um barramento submetido a fogo, verifica-se seu comportamento, fornecendo uma prova de que mais se aproxima das condições fogo real (teste realizado em conformidade com a norma IEC-60332-3);
• Segregação de incêndio: os barramentos devem ser submetidos aos ensaios especificados pela norma ISO 834, verificação da sua capacidade para resistir a chamas e gases, e para a penetração do fogo numa barreira corta-fogo para o período de, no mínimo, duas horas (as condições de teste e das paredes estão descritas no anexo H da referida norma);
• Ensaios de elevação de temperatura: estes ensaios, além dos elementos de transporte e distribuição que devem ser testados para cada modelo e corrente nominal, devem ser também realizados em cada tamanho de unidade de derivação “plug-in”, previsto para ser conectado ao barramento;
• Verificação da resistência ao esmagamento: a seção reta do barramento deve suportar a carga de esmagamento de, pelo menos, quatro vezes a massa linear (quilogramas por metro) da unidade, se o barramento for declarado para uma carga mecânica normal e pelo menos quatro vezes a unidade de massa linear (quilogramas por metro quadrado), acrescido de 90 kg se o tubo for declarado para uma carga mecânica pesada.

A norma para barramentos blindados é substancialmente detalhada para tornar os produtos confiáveis e adequados para uso em certas aplicações de risco de incêndio, em que os barramentos são fabricados em conformidade com a norma ABNT NBR IEC 60439-2, proporcionando excelente desempenho em comportamento sob fogo.

Na norma anteriormente mencionada, no entanto, são elencados os ensaios de tipo que têm por finalidade verificar a conformidade de um determinado tipo de barramento com os requisitos da NBR. Os ensaios devem ser realizados, por iniciativa do fabricante, em uma amostra de barramento ou partes relevantes, construído de acordo com o mesmo projeto ou de acordo com um projeto similar.

Os ensaios de tipo são:

1. Verificação dos limites de temperatura;
2. Verificação das propriedades elétricas;
3. Verificação de curto-circuito;
4. Verificação da eficiência do circuito de proteção;
5. Verificação de distâncias de isolação e escoamento;
6. Verificação do funcionamento mecânico;
7. Verificação do grau de proteção;
8. Avaliação da resistência, reatância e impedância;
9. Verificação da solidez estrutural;
10. Controle da duração da vida de barramentos com meios de derivação por carro coletor.

Qualquer alteração das unidades constituintes do barramento implica a necessidade de novos ensaios de tipo, apenas se a alteração acima afetar ou alterar os resultados dos testes já realizados. Ao contrário do que acontece para os cabos, ainda não foram definidas padronizações quanto ao tamanho, e que, por conseguinte, estão ligados diretamente a cada solução de fabricante.

Partes principais e características técnicas de barramentos blindados

A ABNT NBR IEC 60439-2 descreve as seguintes partes constituintes:

• Unidade de barramento com meios de derivação: unidades projetadas que permitem a instalação de meios de derivação em um ou mais pontos predeterminados pelo fabricante. A ligação dos meios de derivação (“plug-ins”) à unidade de barramento pode ou não solicitar que a barra esteja desenergizada.
• Unidade de derivação (“plug-in”): unidade de saída para derivar energia da barra por meio de conector, tais como unidade de contato rotativa móvel, dispositivo de deslizamento ou com tomada “plug-in” de conexão ao longo do barramento em espaçamentos modulares, por exemplo, a cada metro. Existem ainda caixas equipadas com fusíveis (tipo NH), interruptores com fusíveis sob carga, ou disjuntor, seja termomagnético, eletrônico ou diferencial.
• Unidade de mudança de direção: elementos de curva de barramento (também de ângulos diferentes 90°), derivações tipo “T”, etc.
• Elementos de redução de barramentos: unidades de junção entre barramentos de capacidades diferentes;
• Elementos de dilatação: destina-se a permitir um movimento ao longo do eixo do barramento, por exemplo, para a expansão térmica ou na transição entre elementos de construção diferentes (pavilhões de galpões estruturalmente separados, mas funcionalmente unidos);
• Unidade de transposição das fases: destina-se à mudança da posição relativa das fases condutoras para equilibrar a reatância indutiva ou transpor as fases;
• Unidades flexíveis: unidades previstas para serem curvadas durante a instalação;
• Unidades de alimentação: destina-se a ser o ponto de entrada ou saída, sendo, na prática, o ponto de fronteira entre o barramento e o restante da instalação (também chamado de caixa de cabo).

Características elétricas

Como anteriormente especificado, as características elétricas do barramento não são comparáveis com as dos cabos, mas sim análogas às dos quadros e painéis.

Em particular:

• Corrente nominal “In” identifica a corrente de regime permanente;
  – Ao contrário dos cabos, indica-se a corrente suportável nominal de curta duração Icw (referência 1 s, a menos que seja especificado um período de tempo diferente), em lugar da energia específica passante admissível (K²S²);
  – A suportabilidade ao curto-circuito é identificada por Icw e um segundo parâmetro Ipk é definido como o valor de crista da corrente suportável de curta duração definida para o barramento;
  – São consideradas as tensões nominais de operação (Un) e o isolamento (Ui);
  – Finalmente, o último dado que diversifica a classificação de um barramento blindado é o grau de proteção IP do invólucro.

Um conjunto de dados fundamental que o fabricante é obrigado a fornecer consiste nos parâmetros longitudinais como: valor de resistência de fase (Rf), reatância fase (Xf), todos com referência por metro longitudinal de barramento, o que nos permite calcular a queda de tensão e as correntes de curto-circuito. Na etiqueta de dados também deve ser indicado o valor da impedância (Zt, impedância por metro de comprimento do conjunto de Fases+T), para que seja possível calcular, no esquema de aterramento TN, a impedância de sequência zero no momento da falta.

Outros fatos importantes são: seção dos condutores de fase (Sf), seção do condutor neutro (Sn) e a seção do condutor de proteção (Spe).

As duas condições mais habituais de instalação são suspensas ou em prateleiras. A suspensão é apoiada por escoras no teto ou estrutura semelhante, nos tirantes ou terças. As prateleiras são aplicadas às paredes do perímetro da estrutura, apoiadas em vigas como na maneira clássica para a distribuição de eletrocalhas de cabos. Recentemente, vários fabricantes de barramentos blindados começaram a fornecer os elementos de fixação e suspensão como acessórios opcionais. A posição dos barramentos também é uma informação relevante. O fabricante deve declarar se há ou não modificação, e em que porcentagem, na capacidade de condução de corrente se o barramento é montado na horizontal ou na vertical.

Critérios para a seleção e dimensionamento

A razão pela qual, em plantas industriais com um elevado número de cargas, barramentos blindados são preferidos a cabos deve-se principalmente ao fato de que, na presença de muitas cargas de pequeno porte com fatores de simultaneidade baixo (ou poucas máquinas de grande potência destinadas a trabalhar em cascata ou sequência), é preferível utilizar um tipo de distribuição como uma espinha dorsal, em que se opta muito facilmente por um barramento blindado.

Adicionalmente, elementos pré-fabricados permitem intuir que é possível instalar elementos de proteção individual para cada máquina (por meio do disjuntor no “plug-in”, por exemplo), garantindo, dessa forma, a seletividade e a continuidade de serviço comparável àquela que ocorreria em um sistema de distribuição radial realizado com cabos.

Depois de definidos o número e a tipologia das cargas da instalação, em geral, pode-se então definir a corrente nominal “In” de regime permanente exigível para o barramento blindado, de forma análoga com a qual se obtém a potência do transformador que o alimentará. Depois de identificar a corrente nominal

, os outros parâmetros são definidos: grau de proteção IP; tipo de instalação (na vertical ou horizontal) e/ou (suspensos ou em prateleiras); número de derivações a serem fornecidas (“plug-ins”); comprimento da linha; tipo e maneira de alimentação; número de polos; distância de fixação e tipo de suporte; tipo de proteção a ser instalada em derivações “plug-in” [corrente nominal, tipo de proteção (fusível ou disjuntor automático)].

Depois de todas estas definições, é necessário calcular a queda de tensão (concatenada) percentual para carga concentrada no final da linha, determinada com a relação:

Em que:

U: tensão (fase) em volts [V];
m: 1,73 (em circuitos trifásicos) ou 2 (em circuitos monofásicos);
Ib: corrente de regime em amperes [A];
L: o comprimento da linha em metros [m];
r: resistência de fases específica;
x: reatância de fases específica;
cosØ: fator de potência da carga. 

No caso de carga uniformemente distribuída ao longo da linha, para obter-se a queda de tensão nesta situação, divide-se pela metade o resultado obtido pelo método de cálculo descrito anteriormente.

No próximo artigo definiremos como podem ser selecionados os elementos de proteção contra sobrecargas e curto-circuito, além de apresentar alguns fundamentos sobre as solicitações térmicas e eletrodinâmicas.

*Nunziante Graziano é engenheiro eletricista, mestre em Energia pelo Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo (IEE/USP), pós-graduado em Política e Estratégia da Associação dos Diplomados da Escola Superior de Guerra ADESG-SP. É membro da ABNT/ CB-3/CE:03:17.03 – Conjunto de Manobra e Controle em Invólucro Metálico para tensões acima de 1 kV até e, inclusive, 36,2 kV; e membro do conselho diretor do   IEE/USP. Atualmente, é diretor de engenharia da Indústria, Montagem e Instalações Gimi Ltda.