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Como calcular corrente de curto-circuito

Em relação a instalações elétricas, mais especificamente quanto ao dimensionamento e escolha dos disjuntores, é necessário calcular a corrente de curto-circuito nos circuitos, para dessa forma se saber qual a curva do disjuntor que será utilizado


Para facilitar, duas sugestões para exemplificação:

1ª - Supondo que o quadro de distribuição de uma casa possua um disjuntor geral de 63A, e que os fios que vêm do quadro de medição e o alimentam sejam de 16mm². Como se calcularia e qual seria a corrente de curto-circuito desse circuito que alimenta o quadro? E a "curva" do disjuntor?

Dados: Fios de 16mm², 2 fases e 1 neutro, comprimento total 8 metros, tensão de 127V entre cada fase e neutro, e 220V entre fases.

2ª - (circuito terminal) Suponto que um chuveiro de 7000W seja alimentado por um circuito exclusivo com condutores de 6mm² e o disjuntor usado na proteção seja de 35A. Como se calcularia e qual seria a corrente de curto circuito desse circuito? E a curva do disjuntor deveria ser qual?

Dados: Fios de 6mm², 2 fases e 1 Terra, comprimento total 3,5 metros, tensão de 127V entre cada fase e o terra, e 220V entre fases

A primeira coisa a se fazer aqui é entender o que é o curto-circuito.

Curto circuito é quanto temos um caminho de baixa impedância ligada a nossa fonte e portanto uma corrente alta. Logo a primeira conclusão aqui é que: O NÍVEL DE CURTO CIRCUITO INDEPENDE DA CARGA QUE O CIRCUITO ALIMENTA. (Obs: existem exceções, por exemplo quando a carga trata-se de grandes motores síncronos, em geral acima de 100CV)

Mas a velha lei de ohm continua valendo, e portanto o problema de se calcular o nível de curto-circuito na verdade deve ser tradado calulando-se a impeância entre a fonte e o ponto de curto.

Então vamos lá!!

onde

Icc - corrente de curto circuito simétrica máxima no secundário
Inomtrafo - corrente nominal do transformador
Z% - Impedância percentual do trafo (varia de acordo com cada trafo, mas abaixo vou te passar os valores típicos).

Inomtrafo = PottrafoAs principais impedâncias que devemos ter em conta são:

1 - Impedância da concessionária de energia no ponto de Entrega. (Este dado é fornecido pela concessionária local onde eles lhe darão os valores de impedância do sistema até a entrada do edifício, indústria, etc.)

2 - Impedância dos cabos de entrada (Média Tensão)

3 - Impedância dos transformadores

4 - Impedância dos cabos de baixa tensão até o ponto de curto-circuito.


Existe mais um problema aqui. A metodologia de cálculo em pu (por unidade).

Isto é bastante complexo para lhe explicar aqui. Mas recomendo pra vc algumas literaturas que podem lhe ajudar. Um livro muito bom que apresenta esta metodologia é o "Instalações Elétricas Industriais" do João Mamede Filho.

De qualquer maneira pelo que vejo nos seus dados você está querendo calcular o curto-circuito em uma instalação residencial comum.... Bem, em geral essas instalações são atendidas em baixa tensão por transformadores de baixa potência (em geral menores que 300kVA) e tais transformadores são limitadores bastante significantes. E aqui vai uma dica quente para calcular essa limitação, isto é, o valor máximo de curto circuito simétrico no secundário.

Icc = Inomtrafo / Z%
 / (Vnom x raiz de 3)

Pottrafo = Potência do Trafo


Vamos para 2 exemplos: Curto no secundário de um trafo de 225kVA com tensão 127/220 (comum para instalações residenciais) e em um de 1000kVA tensão 127/220 (mais comum para indústrias e grandes edifícios).


Valores típicos de Z%

Potência Z%
15.000 VA 3,50%
30.000 VA 3,50%
45.000 VA 3,50%
75.000 VA 3,50%
112.500 VA 3,50%
150.000 VA 3,50%
150.000 VA 3,50%
225.000 VA 4,50%
250.000 VA 4,50%
300.000 VA 4,50%
500.000 VA 4,50%
750.000 VA 5,50%
1.000.000 VA 5,50%
1.500.000 VA 5,50%

Para o trafo 225kVA

Z% = 4,5%

Inom = 225.000 / (220 x raiz de 3) = 590,49A

Icc = 590,49 / 0,045 = 13.121,98 A

Logo neste caso a maior corrente de curto-circuito seria da ordem de 13kA, porém sabemos que existem outras impedâncias que irão diminuir esse valor (concessionária e cabos). Se considerarmos essas impedâncias o nível de curto deverá ficar da ordem de 10kA provavelmente. Logo aqui o disjuntor indicado tem que suportar pelo menos 10kA.


o segundo exemplo:

Para o trafo 1000kVA

Z% = 5,5%

Inom = 1.000.000 / (220 x raiz de 3) = 2.624,39A

Icc = 2.624,39 / 0,055 = 47.716,29A

Da mesma maneira que no primeiro exemplo o valor de 47kA será diminuido em função da concessionária e cabos... digamos para um valor da ordem de 40kA. 
Neste caso, teríamos que optar por um disjuntor mais reforçado... os valores comerciais normalmente são de 65kA em 220V.
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