Dimensionamento de cabos de média tensão: verificações de ampacidade, queda de tensão e curto-circuito

Suponha que você tenha um transformador alimentador de 13,8 kV com uma corrente primária calculada de 84 A. Uma tabela rápida de ampacidade pode sugerir um condutor de cobre nº 3 AWG. No entanto, uma instalação típica em campo geralmente termina com um cabo 2/0 AWG. A razão é que o dimensionamento dos cabos de média tensão não pode parar na ampacidade.

O tamanho correto também deve ultrapassar os limites de queda de tensão, sobreviver à corrente de curto-circuito disponível, respeitar os tamanhos mínimos práticos dos condutores e levar em conta as condições reais de instalação, como temperatura do solo, bancos de dutos e circuitos paralelos. Trate isso como um ciclo de verificação, não como uma única etapa de pesquisa.

O que significa "dimensionamento" para cabos MT

Cabo de média tensão geralmente significa cabos com classificação acima de 1 kV e até 35 kV. As classes de tensão comuns incluem 3,6/6 kV, 6/10 kV, 8,7/15 kV, 12/20 kV e 18/30 kV. Dimensionar um cabo de MT significa selecionar a seção transversal do condutor, o nível de isolamento e a construção da blindagem que permitem que o cabo opere com segurança durante toda a sua vida útil, tanto sob carga constante quanto em condições de falha.

As principais verificações são contíguas: capacidade de transporte de corrente contínua, queda de tensão, resistência térmica a curto-circuito e redução de capacidade por condições de instalação. Em muitos projetos industriais, o tamanho final é decidido pela verificação de curto-circuito ou queda de tensão, e não pela verificação de ampacidade, especialmente quando o alimentador é longo ou o nível de falta é alto.

Passo 1 – Definir as entradas do sistema e do cabo

Antes de iniciar qualquer cálculo, colete os dados do sistema. Você precisa da tensão nominal fase-fase, da corrente máxima de carga contínua, da corrente máxima de curto-circuito no local do cabo e do tempo de desativação da proteção. Os detalhes da instalação também são importantes: comprimento do percurso, temperatura ambiente, resistividade térmica do solo, profundidade de enterramento e se o cabo passa em um banco de dutos, bandeja de cabos ou enterramento direto.

Pequenos erros de entrada criam grandes erros de dimensionamento. Se você assumir uma temperatura do solo de 20°C, mas o local real funcionar a 30°C, um cabo marginal operará acima da temperatura projetada. Se você esquecer de incluir o aquecimento do alimentador paralelo, o mesmo cabo será reduzido em uma instalação real. O tempo extra gasto na verificação dos dados de entrada sempre vale a pena.

Para a maioria das aplicações de distribuição, um cabo isolado em XLPE com condutores de cobre é a escolha padrão. O isolamento proporciona alta resistência elétrica, baixas perdas dielétricas e bom desempenho térmico. Uma referência prática para distribuição de média tensão é o Série de cabos de alimentação isolados em XLPE classificados de 3,6/6 kV a 26/35 kV .

Cabo de alimentação isolado em XLPE para fornecedores de tensão nominal 3,6/6kV -26/35kV, empresa Dongfeng China atacado Cabo de alimentação isolado em XLPE para tensão nominal 3,6 / 6kV -26 / 35kV fornecedores e cabo de alimentação isolado em XLPE para tensão nominal ... Ver Produto →

Passo 2 – Calcular Ampacidade com Condições Reais

Ampacidade é a corrente contínua máxima que o cabo pode transportar sem exceder a temperatura nominal de seu isolamento. Para isolamento XLPE, a temperatura máxima do condutor contínuo é normalmente de 90°C, enquanto a temperatura de emergência de curto-circuito pode ser de 250°C para condutores de cobre. A seção transversal do cabo deve permitir que o calor gerado internamente seja transferido para fora sem superaquecer o isolamento.

Comece com uma tabela de ampacidade básica e depois multiplique pelos fatores de correção para temperatura ambiente, resistividade térmica do solo, profundidade, espaçamento de cabos e agrupamento. Um tamanho de condutor que funcione em um cálculo de mesa pode esquentar quando instalado paralelamente a outros cabos carregados. A tabela abaixo fornece fatores de redução representativos para instalações comuns de MT:

Após aplicar todos os fatores de correção, compare a ampacidade corrigida com a corrente de plena carga. Se o valor estiver entre dois tamanhos de condutor padrão, escolha o próximo tamanho maior, a menos que uma verificação posterior force um condutor ainda maior.

Passo 3 – Verifique a Queda de Tensão em Alimentadores Longos

A queda de tensão torna-se o critério determinante quando o alimentador de MT tem vários quilômetros de comprimento ou quando a carga é alta em relação à impedância do cabo. A queda de tensão trifásica pode ser aproximada como Vdrop = sqrt(3) * I * (R * cos(phi) X * sin(phi)) * L, onde R e X são a resistência CA efetiva e a reatância por unidade de comprimento, e L é o comprimento da rota.

Para circuitos de média tensão, a queda total de tensão geralmente deve ficar abaixo de 5% da fonte até a carga. Muitas instalações aplicam um limite mais rigoroso de 3% apenas para o alimentador, para deixar margem para transformadores e condutores secundários. Para um alimentador de 33 kV e 10 km transportando 250 A, um cabo de cobre de 95 mm² pode ter uma queda de tensão próxima de 3,5%, enquanto um cabo de 120 mm² a deixa abaixo de 3%. Nesses casos, o cabo maior é selecionado não pela ampacidade, mas pelo limite de queda de tensão.

Em um alimentador de 33 kV, a indutância geralmente domina a resistência, portanto, adicionar a seção transversal do condutor proporciona apenas uma melhoria limitada. Nesse caso, um nível de tensão mais elevado ou um cabo com encaminhamento diferente pode ser mais eficaz.

Passo 4 – Confirme a resistência ao curto-circuito

Um cabo em um sistema de média tensão deve sobreviver à corrente de curto-circuito do pior caso por tempo suficiente para que o dispositivo de proteção elimine a falta. Durante a falta, a temperatura do condutor aumenta acentuadamente porque o calor não consegue escapar rapidamente. Para cabos isolados em XLPE, a temperatura permitida do condutor de curto-circuito é frequentemente de 250°C para cobre e 200°C para alumínio, mas devem ser usados ​​valores dos dados de teste do fabricante.

A seção transversal mínima do condutor para resistência térmica pode ser estimada como s = I * sqrt(t) / k, onde I é a corrente de falta rms, t é o tempo de compensação em segundos e k é uma constante que depende do material do condutor e das temperaturas inicial e final assumidas. Um sistema de 13,8 kV com uma falta de 20 kA eliminada em 0,2 s pode facilmente exigir um condutor maior do que a verificação de ampacidade. É por isso que a verificação de curto-circuito não é opcional.

A coordenação do relé a montante também deve ser verificada. Se o tempo de desativação do relé for maior que o limite térmico do cabo, o cabo será danificado antes da abertura do disjuntor.

Etapa 5 – Respeite a redução de classificação e os requisitos de tamanho mínimo

Além dos cálculos técnicos, os códigos e os requisitos mecânicos geralmente impõem um tamanho mínimo de condutor. Muitos alimentadores de média tensão usam um condutor de cobre nº 2 AWG como mínimo prático, mesmo quando o cálculo de ampacidade permitiria um tamanho menor. Terminais grandes, kits de terminação e forças de tração tornam-se impraticáveis ​​com cabos de MT muito finos.

Fatores de redução de potência para cabos agrupados e instalações enterradas podem reduzir a ampacidade básica em 20% ou mais. A verdadeira ampacidade é o valor base multiplicado por todos os fatores aplicáveis. Se o valor final ainda estiver acima da corrente de carga, o cabo é aceitável para carregamento contínuo. Mas o engenheiro também deve confirmar se o cabo pode ser conectado corretamente ao painel, ao barramento ou aos terminais do transformador.

Etapa 6 – Equilibrar Custo, Disponibilidade e Crescimento Futuro

Depois de realizadas todas as verificações técnicas, a questão económica permanece. Um condutor maior reduz as perdas I^2*R e deixa espaço para crescimento futuro da carga, mas aumenta o custo inicial e pode complicar a instalação em dutos apertados. Num alimentador longo, o valor actual líquido da poupança de energia pode justificar o custo adicional. Num alimentador curto, o cabo maior pode ser desnecessário.

A escolha de uma seção transversal amplamente fabricada reduz o tempo de entrega e evita terminações fora do padrão. Os tamanhos comuns de MT em sistemas métricos incluem 70, 95, 120, 150, 185 e 240 mm². Ao analisar as opções de produtos, o Gama de cabos de alimentação XLPE de 6-35 kV fornece uma boa visão geral das tensões nominais e detalhes de construção para circuitos de distribuição típicos.

Fabricantes de cabos de alimentação XLPE de média tensão, fábrica Como fabricantes de cabos de alimentação XLPE de média tensão na China, fábrica de cabos de alimentação de média tensão e cabo Dongfeng oferecem cabos de alimentação médios personalizados de 6-35kV ... Ver Produto →

Reunindo o processo de dimensionamento

O dimensionamento do cabo de média tensão é um processo sistemático: definir os parâmetros do sistema, verificar a ampacidade, verificar a queda de tensão, confirmar a resistência a curto-circuito e aplicar regras de desclassificação mais tamanho mínimo. Somente depois que essas verificações forem aprovadas é hora de avaliar o custo e a disponibilidade.

Se você estiver dimensionando um alimentador longo ou um sistema de distribuição industrial com alto nível de falta, preste atenção especial aos fatores de desclassificação e ao cálculo da corrente de falta. Um cabo que funciona à primeira vista pode falhar durante uma falha ou no final de um dia quente de verão. Para obter mais informações sobre classificações de temperatura de isolamento e como elas afetam a ampacidade, o Comparação de ampacidade e custo de isolamento do cabo MV90 vs MV105 é um ponto de partida útil.