Cabos resistentes ao fogo Afumex Class Firs (AS+). Cálculo por queda de tensão
Cabos resistentes ao fogo Afumex Class Firs (AS+). Alimentação elétrica em condições de incêndio. Saiba como realizar o seu cálculo específico por queda de tensão.
Os serviços de segurança não autónomos devem ser alimentados com cabos resistentes ao fogo que garantam o funcionamento mínimo exigido, mesmo quando são diretamente expostos às chamas. O cabo Afumex Class Firs (AS+) é a solução da Prysmian para este tipo de aplicações. Conheça este produto, as suas utilizações e o cálculo correto da sua secção segundo o critério de queda de tensão.
Os cabos resistentes ao fogo têm vindo a ganhar espaço no mercado e são hoje amplamente reconhecidos. A sua cor laranja e a marcação (AS+) permitem distingui-los claramente de outros cabos convencionais.
Por motivos evidentes, são instalados quando é necessário assegurar o fornecimento elétrico mesmo sob ação direta do fogo. Desta forma, é possível garantir que sistemas de controlo de pressurização, equipamentos de controlo de fumos, iluminação de emergência não autónoma, elevadores de segurança e outros serviços de segurança dependentes da alimentação externa (não autónomos) possam funcionar quando necessário, durante o período estabelecido pelas normas aplicáveis.
O Afumex Class Firs (AS+) cumpre o ensaio UNE‑EN 50200 (IEC 60331‑1/-2) na sua duração máxima, suportando 842 ºC durante 2 horas. Aproveitamos para recordar que a resistência ao fogo é uma característica essencial abrangida pelo Regulamento dos Produtos de Construção (CPR) e, por isso, deveria ter uma avaliação e declaração uniformes em toda a União Europeia. No entanto, dado que ainda não existe uma norma harmonizada para esta característica, não é possível estabelecer essa uniformidade que permita um linguagem comum a nível europeu, como acontece com a característica essencial reação ao fogo (no nosso caso, classe Cca‑s1b,d1,a1). Por este motivo, o ensaio e o nível de resistência ao fogo continuam, por agora, a ser definidos individualmente por cada país.
Queda de tensão em cabos resistentes ao fogo. Como deve ser considerado o aumento da resistência em caso de incêndio?
Era quase um segredo conhecido por muitos, e é evidente que vários já tinham refletido sobre o sobreaquecimento que um cabo pode sofrer quando deve manter o serviço durante um incêndio. A exposição direta às chamas aumenta de forma significativa a resistência elétrica dos condutores, o que influencia de maneira notável a secção calculada segundo o critério da queda de tensão, colocando em risco o correto funcionamento dos equipamentos. Atualmente, já existe um método que resolve esta situação, que claramente comprometia a segurança.
A Europacable, em colaboração com a FACEL, associações europeia e espanhola de fabricantes de condutores elétricos, respetivamente, juntamente com o European Copper Institute, elaborou um guia onde se aborda o problema da garantia de alimentação das linhas de serviços de segurança em caso de incêndio.
Este documento explica e quantifica de que forma o cálculo da secção por queda de tensão deve ser ajustado para assegurar o correto funcionamento dos equipamentos de segurança conectados. Este aspeto está refletido na norma IEC 60364‑5‑56, cujo Anexo F estabelece a necessidade de considerar o aumento da resistência elétrica devido ao incremento da temperatura no cálculo da secção segundo o critério de queda de tensão.
A Lei de Wiedemann‑Franz explica o aumento adicional da resistência elétrica, muito além do que tradicionalmente se considera, onde normalmente não se ultrapassam os 90 ºC, uma vez que essa é a temperatura máxima admissível em regime permanente para condutores de cabos termoestáveis.
No entanto, quando falamos de cabos resistentes ao fogo, como os Afumex Class Firs (AS+), ensaiados a 842 ºC (UNE‑EN 50200 e IEC 60331‑1/-2) para garantir serviço durante e após um incêndio, é evidente que o aumento da resistência em caso de fogo deve ser tido em conta. No gráfico seguinte é possível observar a evolução da resistência, em comparação com o valor padrão, quando o cabo é exposto diretamente às chamas.
O aumento da resistência padrão em função do tempo num cabo exposto ao fogo, segundo a Lei de Wiedemann‑Franz, pode ser representado pela curva temperatura‑tempo descrita na norma ISO 834‑1, que segue a expressão: T = 345 + log (8 t + 1) + 20 (T em ºC e t em minutos.). A partir desta evolução da temperatura com o tempo, obtém‑se o gráfico correspondente.
Observa‑se que, ao fim de 2 horas, a resistência elétrica do condutor quase se multiplica por 6. Esta curva resistência‑tempo permite determinar um coeficiente de correção a incluir na fórmula de cálculo da secção por queda de tensão, em função do tempo de funcionamento exigido para o recetor de segurança segundo a sua normativa. Até 90 minutos, esta situação não afeta o cálculo da secção pelo critério de intensidade admissível.
O valor deste coeficiente encontra‑se na tabela seguinte, onde —em função do tempo e da percentagem máxima do comprimento da linha que pode ser afetada pelo fogo (dependendo da setorização) —se obtém um valor numérico que deve multiplicar a intensidade introduzida na fórmula de cálculo da secção por queda de tensão:
Tabela proposta pela Europacable para garantir que a queda de tensão não ultrapasse os valores limite necessários para assegurar o correto funcionamento dos equipamentos no caso de um incêndio que afete os cabos de alimentação elétrica. Conhecendo a percentagem máxima do comprimento da linha que pode ser afetada pelo fogo, em relação ao seu comprimento total, obtém‑se o coeficiente majorador da intensidade de acordo com o tempo de funcionamento requerido.
Exemplo de cálculo:
Suponhamos um caso simples de alimentação de um grupo de pressão contra incêndios, com os seguintes dados:
P = 55 kW
U = 400 V (trifásica)
cos ϕ = 0,9
ΔU = 5 %
L = 48 m
Comprimento máximo do percurso dentro de um único setor de incêndio = 43 m
Instalação em bandeja perfurada
Cabo unipolar tipo Afumex Class Firs (AS+) (resistente ao fogo)
Comecemos por calcular segundo o critério da intensidade admissível, cujo procedimento é o habitual sempre que o tempo de serviço necessário é inferior a 90 minutos:
A intensidade será:
A norma UNE 23500, relativa aos sistemas de abastecimento de água contra incêndios, estabelece que o cálculo dos cabos até ao quadro de arranque deve considerar uma sobrecarga de 50% sobre a carga máxima. Assim, a intensidade a considerar será:
Com este valor, recorremos às Regras Técnicas das Instalações Elétricas de Baixa Tensão para determinar a secção segundo o critério da intensidade admissível.
Sendo uma instalação em bandeja perfurada, com cabo unipolar, termoestável e em sistema trifásico, o tipo de instalação corresponde a F, pelo que devemos consultar a tabela XLPE3 na tabela de intensidades admissíveis.
Verificamos que o primeiro valor que supera os 132 A é 135 A, mas este fica demasiado justo para permitir a coordenação com uma proteção. Assim, avançamos para o valor seguinte (169 A), que corresponde à secção de 35 mm².
A regulamentação estabelece um mínimo de 60 minutos (uso geral, não industrial consultar o tempo conforme a aplicação) como tempo de funcionamento dos grupos de pressão contra incêndios. Recordemos que o cabo resistente ao fogo Afumex Class Firs (AS+) suporta 2 horas de resistência ao fogo (842 ºC), o tempo máximo previsto na UNE‑EN 50200.
No enunciado, vemos que a linha tem 48 m e que o segmento mais longo que pode estar num setor de incêndio e portanto ser afetado pelo fogo é de 43 m. A percentagem é:
43/48 x 100 = 89,6 % → 90 % (na tabela)
Com o tempo de funcionamento e a percentagem da linha afetada, podemos consultar a tabela de coeficientes majoradores da intensidade para o cálculo da secção pelo critério de queda de tensão:
Ou seja, na fórmula devemos introduzir a intensidade multiplicada por 4,80 (além da majoração de 50% estabelecida pela norma UNE 23500). Aplicamos diretamente ao valor da potência P, o que é equivalente na fórmula seguinte:
Nota 1: ϒ é a condutividade do cobre a 20 ºC, temperatura de referência utilizada na elaboração da gráfica e da tabela anteriores. O valor 58 m/(Ω·mm²) corresponde à condutividade do cobre a 20 ºC segundo a IEC 60028. Outras fontes consideram o valor 56.
Neste caso, verificamos que a secção por intensidade admissível é inferior à secção obtida pelo critério da queda de tensão. O critério dominante passa assim a ser o da queda de tensão (pendente ainda da verificação por curto‑
circuito), devido ao elevado aumento da resistência elétrica num longo segmento do cabo situado no setor de incêndio, que abrange a maior parte do percurso (43 m). Se o cálculo tivesse sido realizado pelo método tradicional, a secção resultante teria sido apenas 10 mm², o que faria com que o critério dominante fosse o da intensidade admissível (35 mm²). Como se demonstrou, isso teria conduzido a um cabo subdimensionado.
Nota 2 : Embora a secção final obtida seja superior a 35 mm² em cobre e, em geral, para estes casos recomendemos considerar a reatância nos cálculos de secção por queda de tensão neste exemplo ela é omitida devido à sua baixa influência quando comparada com a resistência, que, como vimos, é significativamente amplificada pelo efeito da temperatura elevada.
Nota 3: O presente cálculo pretende ilustrar que, de forma sensata, se queremos garantir boas prestações em caso de incêndio ou algo tão crucial como assegurar o seu correto funcionamento devemos considerar, desde a fase de cálculo das linhas, a sobreelevação da resistência que poderá ocorrer. Outros coeficientes a aplicar segundo normativas específicas deverão igualmente ser tidos em conta. O exemplo desenvolvido tem como objetivo orientar e ajudar a compreender o que implica um cálculo adequado do cabo. Para maior segurança e detalhe técnico, recomenda‑se consultar a guia original e a respetiva bibliografia. PF-16_Guia-dimensionado-de-los-cables-resistentes-al-fuego.pdf
Lisardo Recio Maíllo
Product manager
Prysmian
