Um incidente recente envolveu um empreiteiro em Illinois que instalou cabos para uma nova cozinha comercial usando cobre THHN de 10 AWG para um circuito de 30 ampères, trifásico, de 208 volts para um forno de convecção. Este tipo de condutor é classificado para 600 volts. O gráfico de ampacidade do NEC aprovou 35 ampères para uso com este condutor na instalação específica. Parecia que tudo estava em ordem, mas o inspetor desaprovou a instalação não devido ao tamanho do fio ou à classificação de tensão, mas porque o empreiteiro instalou o fio de 208 volts dentro do mesmo duto que vários circuitos de iluminação de ramificação de 120 volts sem qualquer barreira física. Isso viola o requisito do NEC que diz que fios de diferentes classes de tensão devem ser separados, a menos que todos estejam isolados para a tensão máxima. Para tornar a instalação conforme, seria necessário retirar os fios com tensões mais altas e, em vez disso, usar um duto separado para eles. A conclusão principal é clássica — atender aos requisitos do NEC em termos de fiação e tensão não significa apenas observar a ampacidade e a classificação de isolamento. Há uma interação de tensão, classificação de isolamento, distância e margens de segurança. Este guia descreve as regras básicas do NEC que conectam a dimensão do fio e o isolamento.
Resumo: O NEC não contém nada como um gráfico que especifique qual fio deve ser usado para cada nível de tensão. O que o NEC apresenta em vez disso é uma complexa gama de especificações inter-relacionadas que descrevem vários fatores importantes que afetam a relação entre um fio e a tensão que ele transporta. Entre essas especificações-chave, encontramos a classificação de tensão de isolamento (Artigo 310.4 do NEC — exige que todos os fios sejam adequadamente isolados para a maior tensão que pode aparecer na canalização ou cabo e que fios de diferentes classes de tensão sejam separados uns dos outros, a menos que estejam devidamente isolados), ampacidade e classificação de temperatura (Artigo 310.16 do NEC e tabelas relevantes — determina a capacidade dos fios com base na bitola do fio, classificação de temperatura do isolamento, temperatura ambiente e o número de fios na canalização e exige que a bitola dos fios seja calculada para fornecer uma capacidade de fluxo de fios não inferior à da corrente de carga e à classificação do disjuntor), queda de tensão (Artigo 210.19(A) Nota de Engenharia nº 4 exige que não ocorra uma queda de tensão superior a 5% durante a operação do fio em qualquer circuito de ramificação e não mais que 3% no alimentador e 2% no condutor) e o princípio de adoção de 125% (Artigo 210.19(A)(1) do NEC — afirma que a bitola do fio deve corresponder a 125% da carga contínua mais 100% da carga destinada a uso em operação não contínua). Todas as especificações mencionadas estão inter-relacionadas: por exemplo, um fio que está em conformidade com o padrão de isolamento pode ser menor do que o exigido para ampacidade e/ou queda de tensão; da mesma forma, um fio que está em conformidade com os padrões de dimensionamento pode acabar sendo instalado incorretamente caso seja colocado na canalização ao lado de outros fios pertencentes a um padrão de tensão diferente.
A Classificação de Tensão de Isolamento: O Primeiro e Mais Fundamental Requisito
Todos os tipos de condutores produzidos para fiação dentro de edifícios têm uma classificação de tensão indicada, seja no isolamento ou na capa do cabo. A classificação de tensão significa que o isolamento é capaz de suportar a tensão indicada de forma contínua e é a primeira coisa que o eletricista ou inspetor irá verificar para checar se um condutor específico pode ser aplicado a um circuito específico. De acordo com a prática padrão em instalações de baixa tensão em edifícios, 300 V, 600 V e 1.000 V são considerados padrões de classificação de tensão de isolamento. A fiação de condutores que pode suportar 600 V de tensão de isolamento, que é amplamente utilizada para fiação de circuitos de ramificação residenciais e comerciais, incluindo condutores THHN, THWN e XHHW, é adequada para a aplicação de qualquer tipo de circuito até 600 V. A fiação de condutores que pode suportar 300 V de tensão de isolamento é frequentemente aplicada para fiação de equipamentos, cabos de luminárias e alguns cabos de controle e só pode ser usada para circuitos que utilizam até 300 V de eletricidade.
Embora a regra do NEC, que está estipulada no Artigo 310.4, seja direta em conceito, ela possui um significado particular que nem sempre é reconhecido. Em essência, todos os condutores que são colocados em um duto, um cabo ou uma caixa devem ser isolados de acordo com a maior tensão nominal encontrada no duto, cabo ou caixa. Portanto, se o duto contém condutores de iluminação de 120 volts, bem como condutores de motor de 480 volts, então todos os condutores no duto devem ser isolados de acordo com uma tensão de pelo menos 600 volts. O isolamento dos condutores de 120 volts não pode consistir em isolamento de 300 volts, mesmo que os condutores tenham apenas 120 volts; os condutores estão juntos com aqueles que conduzem tensões mais altas e, portanto, todos os fios instalados no mesmo duto devem ser classificados para a tensão máxima presente na fiação. O NEC fornece uma segunda possibilidade: condutores com várias tensões podem compartilhar o mesmo duto se estiverem isolados uns dos outros com a ajuda de barreiras não condutivas, embora seja extremamente raro que o equipamento seja instalado em campo. A prática típica é cobrir a fiação de tensão mista com a ajuda de condutores que são classificados para 600 volts, o que explica melhor por que os condutores com essa classificação são usados para quase toda a fiação industrial e comercial. O Associação Nacional de Proteção contra Incêndios (NFPA), que publica o NEC, fornece o texto completo do Artigo 310 e as tabelas associadas que definem classificações de isolamento, ampacidade e condições de instalação para cada tipo de condutor.
Ampacidade e Dimensionamento de Condutores: A Relação Entre Calibre do Fio, Temperatura e Corrente
Em um condutor, a tensão continua sendo um fator significativo, no entanto, não é o único determinante das dimensões do condutor. Além disso, o tamanho do condutor deve acomodar a corrente exigida pela carga, e o tamanho depende de fatores como o calibre do condutor, a classificação de temperatura do isolamento, as condições ambientais, bem como a quantidade de correntes que circulam na pista. As tabelas de ampacidade de acordo com o NEC – especificamente, a Tabela 310.16 facilitaram o cálculo da quantidade máxima permitida de corrente para o tipo de condutor com base em seu calibre. Por exemplo, um condutor de cobre de 12 AWG com isolamento classificado para 75˚C pode acomodar 25 amps (apesar do fato de que o NEC limitou a quantidade de corrente a 20 amps para o circuito) devido ao fato de que, em termos de suas regulamentações, condutores pequenos são mais propensos a problemas de superaquecimento. Na tabela abaixo, vários dados de ampacidade são resumidos para condutores de cobre usados na fiação de edifícios de acordo com o padrão de classificação de temperatura do NEC (75 C).
| Tamanho do Condutor (AWG, Cobre) | Ampacidade a 75°C (Tabela 310.16) | Classificação do Dispositivo de Sobrecorrente Padrão (NEC 240.4(D)) | Aplicação Típica |
|---|---|---|---|
| 14 AWG | 20 A | 15 A | Circuitos de iluminação e tomadas de uso geral de 15 amps |
| 12 AWG | 25 A | 20 A | Circuitos de tomadas de cozinha, lavanderia e banheiro de 20 amps |
| 10 AWG | 35 A | 30 A | Circuitos de secadoras de 30 amps, pequenos condicionadores de ar, aquecedores de água elétricos |
| 8 AWG | 50 A | 40 A ou 50 A (dependendo da carga e da aplicação) | circuitos de 40 amperes ou 50 amperes, carregadores de EV |
| 6 AWG | 65 A | 50 A ou 60 A | Carregadores de EV maiores, subpainéis, banheiras de hidromassagem |
| 4 AWG | 85 A | 70 A ou 80 A | Alimentadores de subpainéis, equipamentos residenciais grandes |
| 2 AWG | 115 A | 100 A | Subpainéis residenciais, pequenas entradas de serviço |
Os valores de ampacidade estão sujeitos a modificação com base em fatores ambientais e no número de condutores presentes em um duto. Em um caso onde um condutor é usado em um sótão quente, onde a temperatura ambiente ultrapassa a temperatura de referência padrão de 30°C (86°F), ele deve ser reduzido, onde sua ampacidade permissível é diminuída pelos multiplicadores na Tabela 310.15(B)(1). Além disso, um duto que possui mais de três condutores que transportam corrente deve ser reduzido de acordo com os valores fornecidos na Tabela 310.15(C)(1). Como resultado, a redução da ampacidade permitida do condutor ocorre, e tal fio pode estar incorretamente dimensionado para o circuito acima da temperatura. Para ajuda com o cálculo específico para qualquer circuito, nosso guia sobre qual tamanho de disjuntor você precisa orienta sobre o processo baseado no NEC para cargas gerais e de motor, incluindo os fatores de redução que se aplicam a instalações agrupadas e de alta temperatura.
Queda de Tensão: A Recomendação do NEC Que Se Torna uma Exigência na Prática
A queda de tensão não é uma exigência que deve ser seguida de acordo com o NEC; em vez disso, é simplesmente uma diretriz geral que muitos tipos de projetos seguem. Na maior parte, as recomendações de queda de tensão do NEC são seguidas por muitos engenheiros. De acordo com o Artigo 210.19(A) Nota Informativa nº 4, o NEC recomenda que um circuito de ramificação não deve apresentar um valor de queda de tensão superior a 5%, onde não deve haver mais de 3% localizado no alimentador e um máximo de 2% presente no circuito de ramificação. As diretrizes do NEC afirmam que uma carga de 120 volts deve receber uma tensão de suprimento de até 114 volts. Da mesma forma, no caso de cargas de 240 e 480 volts, os valores respectivos fornecidos são 228 volts e 456 volts.
A queda de tensão é determinada pelo comprimento do condutor, o tamanho do condutor, a quantidade de corrente que flui através dele e a tensão do suprimento. O mesmo condutor feito de cobre de 12 AWG que é usado para transportar 20 Amperes sem queda de tensão observável ao longo de uma distância de 50 pés experimentará uma queda de cerca de 6% quando a distância aumentar para 200 pés, o que é maior do que o aceitável de acordo com o Código Elétrico Nacional e pode levar a alguns problemas com o escurecimento de lâmpadas, superaquecimento de motores e mau funcionamento de dispositivos eletrônicos. Este problema pode ser resolvido aumentando o tamanho do condutor, usando um condutor de cobre de 10 AWG ou até mesmo um de 8 AWG para distâncias longas, a fim de garantir resistência suficiente e uma faixa aceitável de queda de tensão. Na tabela abaixo, os comprimentos máximos mencionados acima de diferentes tamanhos de condutores e cargas são fornecidos.
| Tamanho do Condutor (AWG, Cobre) | Corrente de Carga | Distância Máxima Aproximada para Queda de Tensão de 3% (Circuito de 120 V) |
|---|---|---|
| 14 AWG | 15 A | 50 pés (15 metros) |
| 12 AWG | 20 A | 60 pés (18 metros) |
| 10 AWG | 30 A | 70 pés (21 metros) |
| 8 AWG | 50 A | 75 pés (23 metros) |
Essas distâncias são aproximadas e devem ser calculadas precisamente para a instalação específica, utilizando a corrente de carga real, o comprimento real do condutor e a fórmula de queda de tensão do NEC aplicável. Calculadoras online e aplicativos móveis, muitos dos quais são referenciados por organizações da indústria como o Revista Electrical Contractor, fornecem uma maneira conveniente de realizar esses cálculos no campo, mas a fórmula subjacente — Vd = (2 × L × I × R) / 1.000 para circuitos monofásicos, onde R é a resistência do condutor por 1.000 pés da Tabela 8 do Capítulo 9 do NEC — é simples e pode ser calculada com uma calculadora de engenharia padrão.
A Regra 125% para Cargas Contínuas: Dimensionamento de Condutores para Longas Distâncias
A regra 125% do NEC é uma das disposições comumente mal interpretadas no código. Ela influencia o tamanho do condutor que deve ser usado em um circuito. Simplificando, carga contínua é descrita no NEC como o tipo de carga que opera por um mínimo de 3 horas. Neste caso, os condutores usados para o circuito devem ser calculados com base em 125% da carga contínua juntamente com 100% da carga não contínua. Por exemplo, se tivermos um circuito com carga contínua de 16A (ex.: aquecedor de água), ele produzirá uma classificação de 20A — 16A * 1,25 = 20A. Isso indica que o condutor de cobre calibre 12 é o menor condutor que pode ser usado para essa carga. Para referência, um fio de cobre calibre 14 seria pequeno demais, pois tem capacidade de 15A. Além disso, a regra se aplica ao dispositivo de proteção contra sobrecorrente: o disjuntor também é dimensionado em 125% da carga. Portanto, por exemplo, no nosso caso de 16A, teremos que usar um disjuntor de 20A. É por isso que muitos circuitos residenciais (particularmente sistemas de aquecimento doméstico, circuitos normais de iluminação em edifícios e centros de dados) usam circuito de 20A com fio calibre 12, em conformidade com o código, pois o código exige isso e protege os fios do calor gerado pelo uso contínuo. O Revista Electrical Contractor e o UL fornecem orientações extensas sobre a aplicação da regra 125% em instalações residenciais e comerciais.
A Regra 83%: Quando os Condutores de Entrada de Serviço São Dimensionados Diferentemente
A regra 83% da NEC é uma regra importante para condutores de entrada de serviço residencial.
Sob o Artigo 310.12(A) da NEC, o condutor de entrada de serviço para uma residência unifamiliar pode ser calculado em 83% da classificação do serviço, o que é diferente da prática normal onde um serviço residencial de 200 amperes é calculado com base na carga total, como seria feito para um serviço comercial de 200 amperes.
A regra 83% considera a natureza diversa da carga elétrica em residências, onde não é provável que todos os aparelhos, luzes e tomadas estejam operando em carga total.
Perguntas Frequentes
Assim, um serviço de 200 amperes pode funcionar usando fio de cobre 2/0 AWG, que pode fornecer corrente a uma taxa de 175 amperes a uma temperatura de 75°C, diferente do fio de cobre 3/0 AWG que seria usado em um sistema comercial de 200 amperes.
De acordo com o Artigo 210.19(A)(1) do NEC, os condutores e o dispositivo de proteção contra sobrecorrente devem ter um tamanho de 125% da carga contínua mais 100% da carga não contínua para uma carga contínua que funcione por três horas ou mais. Portanto, para uma carga contínua de 16 amperes, os condutores devem ter um tamanho equivalente a 20 amperes e um disjuntor de 20 amperes. A regra ajuda a manter a segurança térmica, prevenindo o superaquecimento dos fios durante o funcionamento contínuo por longas horas.
Como encontrar a quantidade de tensão que entra nos fios?
Para medir a tensão em um condutor, utiliza-se um multímetro digital ajustado para medir tensão AC, com as sondas de medição posicionadas de forma que uma delas esteja conectada ao condutor enquanto a segunda está ligada ao fio terra do circuito. A tensão de um fio pode ser medida somente quando o fio está energizado, e a medição só pode ser realizada por um eletricista certificado utilizando os dispositivos de teste adequados, bem como os equipamentos de segurança. A tensão que o condutor pode suportar é indicada em seu isolamento, e geralmente é igual a 300 ou 600 volts para isolamento de fios prediais, embora essa tensão não deva ser confundida com a tensão real presente no condutor no momento da medição.
O que é a regra de queda de tensão 5% do NEC?
De acordo com as diretrizes apresentadas no Artigo 210.19(A) Nota Informativa nº 4 do Código Elétrico Nacional (NEC), é recomendado que a queda de tensão máxima total em um circuito ramal não ultrapasse 5% da tensão de alimentação, incluindo a queda do alimentador de 3% e a queda do circuito ramal de até 2%. Embora seja apenas uma recomendação, ainda é comumente adotada por muitas especificações de projeto e regulamentos de construção. A queda de tensão pode ser efetivamente reduzida utilizando condutores com bitola maior e considerando a corrente ativa da carga, o comprimento dos fios e a tensão de alimentação.
O que é a regra 83% do NEC?
O Artigo 310.12(A) do NEC explica a regra 83%, que estabelece que para uma casa unifamiliar os condutores da entrada de serviço podem ser dimensionados para 83% da classificação real do serviço ou carga. Isso significa que um serviço residencial classificado para 200 amperes pode usar condutores 2/0 AWG em vez do condutor de cobre maior 3/0 AWG que seria exigido em uma aplicação comercial. No entanto, o 83% aplica-se apenas aos condutores da entrada de serviço de residências unifamiliares, enquanto todos os outros condutores devem ser dimensionados de acordo com sua ampacidade real, determinada pelos cálculos de carga e classificações dos dispositivos de proteção contra sobrecorrente para esses circuitos.
Referências
- NFPA 70 — Código Elétrico Nacional (NEC). O padrão fundamental para instalação elétrica nos Estados Unidos, incluindo os Artigos 210, 240, 310, e as tabelas de ampacidade e queda de tensão que regem o dimensionamento e instalação dos condutores. National Fire Protection Association.
- UL — Normas e Certificação para Fios e Cabos. As normas de teste e listagem que definem as classificações de tensão de isolamento, classificações de temperatura e ampacidade de fios e cabos para construção.
- Electrical Contractor Magazine — Guias de Aplicação do NEC e Cálculos de Queda de Tensão. Publicação do setor que fornece orientações práticas sobre a aplicação das regras do NEC para dimensionamento de condutores, ampacidade e queda de tensão em instalações reais.
- Mike Holt Enterprises — Treinamento NEC e Dimensionamento de Condutores. Recursos educacionais sobre as regras de dimensionamento de condutores do NEC, incluindo ferramentas interativas de cálculo e explicações detalhadas da regra 125%, da regra 83% e das recomendações de queda de tensão.
O Requisitos do NEC para fios e a tensão que eles suportam não são uma única tabela ou uma única regra. São uma rede de requisitos inter-relacionados — classificação de tensão de isolamento, ampacidade, queda de tensão, dimensionamento para carga contínua e dimensionamento para entrada de serviço — que juntos garantem que cada condutor em uma instalação elétrica seja especificado corretamente para sua tensão, sua corrente, sua distância e seu ambiente. O eletricista que puxa um condutor calibre 12 para um circuito de 20 ampères, o engenheiro que dimensiona um alimentador de 500 kcmil para um quadro de distribuição de 400 ampères, e o inspetor que verifica se os condutores em um eletroduto de tensão mista são todos classificados para a maior tensão presente estão todos aplicando a mesma estrutura do NEC. Entender essa estrutura — e aplicar cada parte dela, não apenas a tabela de ampacidade — é a base para uma instalação elétrica segura e em conformidade com o código.
