Universidade Federal de Santa Catarina
Departamento de Engenharia Elétrica
Laboratório de Materiais Elétricos – EEL 7051
Professor Clóvis Antônio Petry
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Experiência 03
Ensaio de Fios Condutores
Fábio P. Bauer
Tiago Natan A Veiga
Florianópolis, junho de 2006.
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Sumário
1. Objetivos ........................................................................................................ 3
2. Introdução ...................................................................................................... 3
3. Fios e Cabos .................................................................................................. 5
4. Ensaio de Laboratório .................................................................................... 7
4.1 Materiais Utilizados................................................................................... 7
4.2 Determinação da Resistência do fio ......................................................... 7
4.3 Determinação da Resistência do Isolamento............................................ 8
4.4 Medição do diâmetro externo do fio.......................................................... 9
4.5 Medição do diâmetro do fio sem isolamento............................................. 9
4.6 Medição da espessura da isolação......................................................... 10
4.7 Cálculo da Área da Seção Transversal do fio......................................... 10
4.8 Medição da Massa Específica do Condutor (μ) ...................................... 11
5. Conclusões .................................................................................................. 12
6. Referências Bibliográficas............................................................................ 13
7. Anexos ......................................................................................................... 13
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1. Objetivos
► Verificar se um fio condutor CORFIO®, 2,5 mm2 450/750V
se
encontra dentro das normas técnicas exigidas pela NBR.
► Avaliar a interferência dos métodos utilizados nos valores obtidos
para o experimento.
2. Introdução
Fios condutores são elementos primordiais para o correto funcionamento
de qualquer rede elétrica. Em projetos de instalações, o correto isolamento dos
fios pode determinar a ocorrência ou não de choques elétricos e curtoscircuitos.
Todos os fabricantes que têm como objetivo a comercialização de seus
produtos em mercados globais precisam atender a diferentes requisitos,
simultaneamente.

Na América Latina, os padrões devem estar em conformidade com as
Normas do IEC (International Electrotechnical Commission), observando
as variações locais: A Marca S (na Argentina), as normas NBR do
INMETRO (no Brasil) e as normas NOM (no México).

Na Europa os produtos devem estar em conformidade com os
Documentos Harmonisados (HDs – Harmonized Documents) que se
baseiam nas Normas Européias (ENs – European Norms) ou no Acordo
HAR.

Na América do Norte, esses produtos devem estar em conformidade
com as Normas UL (nos Estados Unidos) ou as Normas CSA (no
Canadá).

Em vários outros países, como o Japão e a Austrália, os produtos
devem estar em conformidade com as Normas IEC e variações locais.
4
Normalmente, os fabricantes produzem diferentes versões do mesmo
cabo para diferentes mercados, o que acarreta sensível aumento dos custos do
projeto e da produção. Antes de ser oferecidos ao mercado, esses cabos
devem ser submetidos a vários ensaios e certificações, freqüentemente por
laboratórios e órgãos certificadores de diferentes partes do mundo.
Neste ensaio será diagnosticada a adequação de um fio condutor rígido
às normas técnicas em vigor. Para tal, serão realizadas verificações de âmbito
dimensional bem como das características elétricas e físico-químicas.
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3. Fios e Cabos
Os cabos elétricos de potência em baixa tensão são os responsáveis
pela transmissão de energia em circuitos de até 1000 volts.
Os principais componentes de um cabo de potência em baixa tensão
são o condutor, a isolação e a cobertura, conforme indicado na figura 2.1.
Figura 2.1: Cabo elétrico de potência em baixa tensão típico
Alguns cabos elétricos podem ser dotados apenas de condutor e
isolação, sendo chamados então de condutores isolados, enquanto que
outros podem possuir adicionalmente a cobertura (aplicada sobre a isolação),
sendo chamados de cabos unipolares ou multipolares, dependendo do
número de condutores (veias) que possuem. A figura 2.2 mostra exemplos
desses três tipos de condutores elétricos.
Figura 2.2.: Tipos de cabos elétricos de potência em baixa tensão
Em função de suas propriedades elétricas, térmicas, mecânicas e
custos, o cobre e o alumínio são os metais mais utilizados desde os primórdios
da indústria de fabricação de fios e cabos elétricos. As três principais
diferenças entre o cobre e o alumínio são: condutividade elétrica, peso e
conexões.
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Quando utilizados em projetos de instalação elétrica, os fios condutores
devem ser isolados. A função básica da isolação é confinar o campo elétrico
gerado pela tensão aplicada ao condutor no seu interior. Com isso, são
reduzidos ou eliminados o risco de choques elétricos e curtos-circuitos.
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4. Ensaio de Laboratório
Neste ensaio as seguintes medidas foram extraídas ou calculadas:
diâmetro externo do fio isolado, espessura da isolação, diâmetro do fio
condutor, seção do fio condutor, massa específica, resistência do condutor,
resistência do isolamento.
Abaixo seguem as descrições dos procedimentos usados para a
realização dos ensaios.
4.1 Materiais Utilizados
►1 Megohmetro digital. MINIPA Modelo MI-2650. Fundos de escala:
4000Ω/1000V;
► 9L de solução de água salgada;
► 1 balança de precisão digital BEL classe II;
► 50 cm de fio sem isolação para a balança;
► 1 micrômetro MITUTOYO. 0-25 mm/0,01mm;
► 1 microhmímetro digital MEGADRAS modelo MPK 200. Fundos de
escala : 200Ω/1mA;
► 1 m de fio com isolação para o microhmímetro;
► 1 termômetro digital KITLER.
4.2 Determinação da Resistência do fio
O metro de fio com isolamento é conectado pelas extremidades aos
terminais que dão acesso ao microhmímetro. A conexão é apenas mecânica,
sendo que o isolamento só é retirado nas extremidades do fio.
A escala do microhmímetro é ajustada para 200Ω e o valor medido se
encontra na Tabela 4.2.1 com duas casas decimais. O fator de correção é
aplicado à temperatura do condutor no momento da medição, lida no
termômetro.
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Resistência do fio
Resistência [mΩ] Resistência Corrigida [mΩ] Temperatura ambiente [0C]
7,46
7,35
24,0
Tabela 4.2.1 – Resistência do fio
O fator de correção (0,985) usado na Tabela 4.2.1 para obter a
resistência corrigida foi obtido conforme a tabela 1 em anexo.
A seção nominal do fio em teste é 2,5 mm2. De acordo com a tabela 2
em anexo, este fio deve ter uma resistência de 7,56 Ω/Km ou 7,56mΩ/m. O
erro percentual
 7,35  7,56 
da medição vale :  %  
.100  2,78%
7,56 

e é
considerado muito pequeno. Conclui-se que o condutor se enquadra na norma.
4.3 Determinação da Resistência do Isolamento
Para medir a resistência do isolamento que protege o fio, utilizaram-se
os 9L de solução de água salgada, na qual o fio isolado é mergulhado e
mantido por no mínimo 9 h, tomando-se o cuidado para que a água não entre
em contato com o cobre ou penetre a isolação.
Utilizou-se o megohmetro em 500V por 1 minuto para obter o valor da
resistência. O instrumento acusou um valor maior que 4000MΩ, conforme a
tabela 4.3.1.
Resistência do Isolamento
Resistência [MΩ] Temperatura ambiente [0C]
> 4000
24,0
Tabela 4.3.1 – Resistência do isolamento
O fator de isolamento para a temperatura é análogo ao utilizado na
tabela 4.2.1.
Com uma resistência maior que 4000MΩ e considerando aplicações
residenciais nas quais a tensão nominal está em torno de 220V, o isolamento
permitiria a passagem de corrente da ordem de 10
-9
A, muito longe de causar
9
qualquer dano em termos de choques ou curtos-circuitos. Portanto, conclui-se
que o isolamento se enquadra nas normas.
4.4 Medição do diâmetro externo do fio
Uma série de 7 medições foi realizada com o micrômetro sob 11cm do
fio com isolamento. Os pontos de medição são eqüidistantes das extremidades
do fio e as medidas são obtidas em duas direções perpendiculares, conforme a
tabela 4.4.1.
A ovalização de um fio condutor é um efeito que explica a irregularidade
do diâmetro do fio ao longo do seu comprimento. Ela é dada pela diferença
entre as medidas nas direções 1 e 2. Esse efeito explica então porque são
obtidos valores distintos para os diâmetros na tabela 4.4.1.
Diâmetro externo (De) do fio isolado
Posição da medida Direção 1 [mm] Direção 2[mm] Ovalização[mm]
Posição 1
3,27
3,21
0,06
Posição 2
3,33
3,19
0,14
Posição 3
3,33
3,23
0,10
Posição 4
3,49
3,20
0,29
Posição 5
3,30
3,24
0,06
Posição 6
3,32
3,26
0,06
Meio do Fio
3,45
3,19
0,26
Média
3,35
3,22
0,13
Tabela 4.4.1-Medidas com o fio isolado
4.5 Medição do diâmetro do fio sem isolamento
Em analogia à seção 4.4, a tabela 4.5.1 mostra os resultados obtidos
com o fio sem isolamento.
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Diâmetro externo (Df) do fio sem isolação
Posição da medida Direção 1 [mm] Direção 2[mm] Ovalização[mm]
Posição 1
1,73
1,73
0,00
Posição 2
1,74
1,72
0,02
Posição 3
1,72
1,73
0,01
Posição 4
1,72
1,71
0,01
Posição 5
1,73
1,72
0,01
Posição 6
1,73
1,74
0,01
Meio do Fio
1,73
1,72
0,01
Média
1,73
1,72
0,01
Tabela 4.5.1-Medidas com o fio sem isolação
De acordo com a norma NBR 6880 para fios condutores e conforme
citado em [3], os valores obtidos para a ovalização estão dentro dos limites
permitidos. Portanto as medidas se enquadram nas normas.
4.6 Medição da espessura da isolação
A espessura média da isolação é dada pela diferença das médias das
medidas do fio com e sem isolação. Assim, temos que:
►Direção 1: espessura = (3,35-1,73)/2 = 0,81mm
►Direção 2: espessura = (3,35-1,73)/2 = 0,75mm
A média dessas medidas vale: (0,81+0,75)/2 = 0,78mm. Como a seção
nominal do condutor é 2,5 mm2, a tabela 4 em anexo informa que o fio se
encontra dentro das normas.
4.7 Cálculo da Área da Seção Transversal do fio
O diâmetro médio do fio sem isolamento vale, conforme a tabela 4.5.1 :
(1,73+1,72)/2 = 1,725 mm
De acordo com [4], a seção do condutor pode ser obtida por:
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S = 0,7854. D2 [mm2], onde D é o diâmetro médio do fio. Substituindo D=
1,725 mm, temos que S = 2,34 mm2. O valor nominal fornecido pelo fabricante
é de S fabricante = 2,50 mm2. Então S =0,93 S fabricante.
4.8 Medição da Massa Específica do Condutor (μ)
A massa dos 50cm de fio sem isolamento é obtida na balança de
precisão. O valor da medição é m = 10,471 g = 10,471. 10-3 kg . O volume do
fio é V = l.S, onde k = 50 cm e S foi calculado na seção anterior. Então V =
(0,5m).(2,34. 10-6m2) = 1,17 .10-6 m3.
Portanto μ = m/V = 10,471.10-3/(1,17.10-6) = 8.949,57 kg/m3. Como a
NBR 5111:1997 prevê que a massa específica do cobre deve ser igual a 8890
kg/m3 a 20 0C, conclui-se que o μ obtido representa um bom valor para o cobre.
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5. Conclusões
Os ensaios para verificação do fio condutor foram de grande valia para o
aprendizado das especificações que definem um fio comercial.
Naturalmente, os métodos de medição interferem nos resultados
obtidos, uma vez que a interferência humana acarreta erros nos processos de
medição. Entretanto, a finalidade do ensaio de diagnosticar as condições do fio
sob teste foi satisfeita e com isso percebeu-se que o condutor atende as
normas da ABNT, estando adequado para consumo.
Cabe salientar que os instrumentos digitais utilizados no experimento
inserem erros nas medições. Esses erros são de diversas naturezas, como erro
de inserção e erros associados à exatidão dos instrumentos digitais. A
ovalização do fio condutor também deve ser considerada, pois esta é uma
medida que contribui para a não-idealidade do fio de cobre. Embora os limites
de ovalização estejam previstos nas normas da ABNT, ela deve ser vista como
uma característica a ser minimizada, visto que quanto maior o seu valor,
maiores serão as diferenças entres os diâmetros dos fios com e sem
isolamento e conseqüentemente, maiores as chances de danificação da
estrutura dos fios.
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6. Referências Bibliográficas
[1]
IPCE.
“Introdução
aos
fios
e
cabos”.
Disponível
em.<
http://www.ipce.com.br/>. Acesso em 15 jun. 2006.
[2] UNDERWRITERS LABOARTORIES INC. “Certificação de Produtos”
Disponível em.< http://www.ul-brasil.com/industry/br_ulla_industry_wire.aspx>.
Acesso em 15 jun. 2006.
[3] NORMA PARA CERTIFICAÇÃO E HOMOLOGAÇÃO DE CABOS
COAXIAIS FLEXÍVEIS DE 75 OHMS COM MALHA DE FIOS DE ALUMÍNIO.
“Requisitos
e
Métodos
de
Ensaio”.
Disponível
em.<
http://www.anatel.gov.br/biblioteca/resolucao/2004/anexo_res_381_2004.pdf>.
Acesso em 15 jun. 2006
[4] PETRY, C. A “Ensaio de Fios condutores”. Disponível em.<
http://www.inep.ufsc.br/~petry>. Acesso em 15 jun. 2006.
7. Anexos
Abaixo seguem algumas tabelas referenciadas no relatório. Elas têm a
finalidade de correção ou comparação. Todas são elaboradas com base nas
normas técnicas da NBR.
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