Quadros eléctricos de distribuição

Introdução

Esta UC foca o projecto e montagem de quadros eléctricos — desde habitação até industrial. Cobre normas (EN 61439), classificação IP/IK, componentes, dimensionamento térmico, cablagem interna, montagem física e ensaios obrigatórios.

Pré-requisitos: UC02864 (Segurança), UC02928 (Desenho), UC02932 (Instalações), UC02862 (Circuitos eletromecânicos).

1. Tipos de quadros

1.1 Por função

1.2 Por construção

• Modular DIN — componentes em trilho 35 mm. Padrão.
• Mural — caixa montada na parede.
• Embutido — em alvenaria, só tampa visível.
• De chão (free-standing) — industrial grande, > 200A.
• Aberto (frame) — só zonas de acesso restrito (subestações).
• Containerizado — entregue pronto a instalar.

1.3 Por dimensão

• Quadrinho de tarifa — 1-3 módulos. Quadro contagem habitação.
• Pequeno — 8-24 módulos. Habitação T1-T3.
• Médio — 24-72 módulos. Habitação T4+, comércio.
• Grande — 100+ módulos. Industrial, edifícios.

2. Normas

2.1 EN 61439

Norma europeia padrão para conjuntos de comando e protecção de baixa tensão (LV switchgear), em vigor desde 2014 (substituiu EN 60439).

Partes: - EN 61439-1: regras gerais. - EN 61439-2: quadros industriais (PSC-Assemblies, P=Power, S=Switching). - EN 61439-3: quadros para uso por leigos (DBO=Distribution Board for Operation by ordinary persons) — habitação. - EN 61439-4: estaleiros. - EN 61439-5: distribuição pública.

Toda documentação técnica deve referenciar a norma aplicável.

2.2 IP — Ingress Protection

2 dígitos: - 1º dígito: protecção contra sólidos (0-6). - 0 = sem; 5 = poeira; 6 = totalmente vedado. - 2º dígito: protecção contra líquidos (0-8). - 0 = sem; 4 = salpicos; 5 = jactos; 7 = imersão temporária; 8 = imersão contínua.

2.3 IK — Impacto mecânico

Escala 0-10. Resistência a choques mecânicos (joules de energia de impacto suportada).

• IK02 = 0,2 J (impacto leve).
• IK07 = 2 J.
• IK10 = 20 J (impacto severo, possíveis vandalismo).

Para zonas públicas/exteriores: IK07 ou superior.

2.4 Form de separação

Grau de separação interna entre compartimentos:

• Form 1: sem separação. Tudo no mesmo espaço.
• Form 2: separação entre bornes e componentes activos.
• Form 3: separação entre componentes activos individuais.
• Form 4: separação total + bornes em compartimentos.

Quanto maior o Form, mais seguro em manutenção (trabalhar num circuito não expõe os outros).

• Habitação: Form 1 chega.
• Industrial: Form 2b ou superior.
• Indústria pesada/processos críticos: Form 4.

3. Componentes

3.1 Núcleo

• Caixa (metal galvanizado pintado, aço inox, ABS plástico).
• Trilho DIN 35 mm padronizado para componentes modulares.
• Tampas frontais com furos pré-recortados ou personalizáveis.
• Porta com fechadura, vidro (opcional).
• Espaços livres (15-20%) em DIN para futuras adições.

3.2 Componentes eléctricos

3.3 Acessórios

• Iluminação interna (LED) com interruptor por porta aberta.
• Tomada 230V para manutenção (dentro do quadro).
• Aquecimento (resistor com termóstato) em quadros exteriores frios — evita condensação.
• Ventilação com termóstato em quadros que geram calor.
• Sinalização luminosa externa (LEDs na porta indicando estado).
• Botoneira de emergência acessível pela parte de fora.
• Tampa transparente sobre componentes (visualização + protecção).

4. Dimensionamento térmico

4.1 Porquê importa

Componentes geram calor por perdas (P = R × I²; perdas em contactos, cabos, bobinas). Em caixa fechada, calor acumula-se → temperatura interna sobe.

Regra Arrhenius simplificada: cada +10°C acima de 40°C reduz vida útil de componentes para metade.

Quadro a 60°C internamente → componentes duram 1/4 da vida nominal.

4.2 Cálculo

1. Perdas dos componentes:
2. Disjuntores: ~1-3W cada.
3. Diferenciais: ~2-5W.
4. Contactores em operação: ~3-10W.
5. Transformador (no-load): ~10-30W.
6. Iluminação: 5W (LED).

Total: somar todas as perdas → dezenas a centenas de W em quadros grandes.

1. Dissipação natural:
2. Função da área de superfície da caixa.
3. Coeficiente k (W/m²/°C) depende do material e cor.

4. Caixa pintada em cor clara dissipa mais.

5. Diferença de temperatura aceitável:

6. Quadro vê ambiente a 25-35°C tipicamente.
7. Interior aceitável: 40-50°C.

8. Diferença permitida (Δθ): 10-20°C.

9. Comparar perdas vs dissipação:

10. Se perdas < dissipação natural: OK, sem ventilação.
11. Se > dissipação: precisa ventilação forçada ou caixa maior.

4.3 Soluções

• Caixa maior com mais área de dissipação (passiva).
• Ventiladores com filtro (entram poeira; manutenção mais frequente).
• Permutador ar/ar (heat exchanger) — sem trocas de ar entre interior/exterior; só calor.
• Permutador ar/água.
• Ar condicionado dedicado (industrial pesado, subestações).
• Componentes mais eficientes (LED em vez de fluorescente para indicação).
• Disjuntores de maior calibre** (resistência interna menor → menos perdas).

4.4 Software de cálculo

Gratuito de fabricantes: - Schneider Pro-Calc. - Hager Easy-Box. - ABB EcoStruxure Power Build.

Inserir lista de componentes; software calcula perdas, escolhe caixa adequada, recomenda ventilação.

5. Cablagem interna

5.1 Caminhos

• Canaletas plásticas com tampa (DAH, Klein).
• Bus-bars (barramentos cobre rígidos) para distribuição entre disjuntores.
• Cabos individuais com identificação.

Separar: - Potência (3F, alta corrente) numa canaleta. - Comando (24V, 1mm²) em canaleta separada. - Sinal (analógico, baixa frequência, sensores) em outra canaleta.

Razão: interferência electromagnética. Sinais de comando podem ser corrompidos por correntes elevadas paralelas.

5.2 Padrões de cor (RTIEBT)

5.3 Numeração

Cabos: anel ou braçadeira com número correspondente ao esquema.

Exemplos: "1" = cabo entre QF0 e DR0; "2" = entre DR0 e QF1; etc.

Bornes: identificação ("L1", "N", "1", "2", "K1-13", "K1-14").

Componentes: etiquetas ("QF0", "DR0", "KM1", "B1", "S0").

Numeração consistente entre esquema e realidade = manutenção em minutos vs horas.

5.4 Apertos de bornes

• Cada borne com torque adequado (tabela do fabricante).
• Tipicamente: M2 → 0,25 N·m; M3 → 0,5 N·m; M4 → 1,2 N·m; M6 → 4 N·m.
• Re-verificação após primeiro ciclo térmico (após 24-48h de operação) — alguns bornes cedem com a vibração térmica.
• Manutenção anual: re-apertar todos.

Bornes soltos = pontos quentes = causa #1 de incêndios em quadros.

6. Montagem física

6.1 Sequência

1. Caixa posicionada (mural ou de chão), nivelada.
2. Trilho DIN instalado.
3. Bus-bars (barramentos) instalados se aplicável.
4. Componentes modulares clipsados no DIN, ordenados conforme layout.
5. Cablagem entre componentes organizada nas canaletas.
6. Réguas de bornes entrada/saída.
7. Etiquetagem de cada componente e cabo.
8. Verificação visual + verificação de apertos.
9. Documentação interna plastificada na porta.

6.2 Cuidados

• Comprimentos certos dos cabos — folga mínima mas suficiente para manutenção.
• Raio de curvatura respeitado (10× diâmetro do cabo no mínimo).
• Não estrangular cabos com braçadeiras apertadas demais.
• Cabos longos evitar — picam interferência.
• Diferenciar entradas/saídas visualmente.

6.3 Selagem

• Prensas-cabos (cable glands) com aperto correcto — mantém IP do quadro.
• Tampões em entradas não usadas.
• Junta da porta intacta.

Quadro IP65 com prensa-cabos mal apertado → na realidade IP30. Poeira/humidade entra.

7. Ensaios

7.1 Ensaios obrigatórios (EN 61439)

Antes da entrega ao cliente:

1. Inspecção visual:
2. Conformidade com projecto.
3. Etiquetas no sítio e legíveis.
4. Cabos identificados.
5. Apertos visuais OK.

6. Sem componentes soltos ou danificados.

7. Verificação de cablagem:

8. Continuidade dos condutores (multímetro).
9. Comparação com esquema.

10. Resistência baixa em ligações de potência.

11. Tensão aplicada (teste dieléctrico):

12. Aplicar tensão alta (ex.: 1500V AC durante 1 min) entre circuitos isolados.
13. Não deve disparar.

14. Comprova isolamento entre circuitos.

15. Resistência de isolamento:

16. Megger 500V (BT) entre fases e PE.

17. > 1 MΩ mínimo.

18. Função dos diferenciais e protecções:

19. Premir TEST de cada diferencial.

20. Injectar corrente controlada para confirmar disparo.

21. Operação dos comandos:

22. Botoeiras funcionam.
23. Contactores fecham/abrem.
24. Lâmpadas de sinalização acendem.

25. Inter-bloqueios respeitados.

26. Polaridade das tomadas:

27. Tester de tomada confirma F-N-PE.

28. Identificação completa:

29. Etiquetas legíveis.
30. Esquema na porta.
31. Documentação completa.

7.2 Relatório

Cada ensaio com resultado registado. Documento assinado pelo TR ou montador.

7.3 Marcação CE

Para quadro manufacturado por fabricante (em série ou personalizado): - Placa identificadora: marca, modelo, número de série, tensão nominal, corrente nominal, IP/IK, Form, ano de fabrico. - Marcação CE afixada visivelmente. - Declaração de conformidade UE disponível.

Para quadro assemblado em obra: o montador (electricista) é considerado o fabricante; assume responsabilidade.

8. Documentação a entregar

• Esquema unifilar e multifilar completos.
• Layout do quadro com posições.
• Lista de material (BOM).
• Lista de bornes com identificações.
• Manual de operação simples para utilizador.
• Plano de manutenção (frequências, tarefas).
• Certificado de ensaios assinado.
• Declaração de conformidade + marcação CE (se aplicável).
• Termo de responsabilidade do TR.

9. Manutenção

9.1 Preventiva

9.2 Corretiva

Quando há falha: 1. Identificar circuito com problema. 2. Aplicar 5 regras de ouro antes de intervir. 3. Diagnosticar (multímetro, ohmímetro). 4. Substituir componente avariado. 5. Re-testar. 6. Registar no histórico.

10. Liga a outras UCs

• UC02864 — segurança em todos os trabalhos.
• UC02928 — desenho dos esquemas.
• UC02862 — circuitos electromecânicos no comando.
• UC02932 — instalações onde os quadros vivem.
• UC02938 — verificação periódica de máquinas/quadros.

11. Conclusão

Quadro bem feito vive 30+ anos. Mal feito = incêndio, paragens, custos enormes. Qualidade material + montagem + documentação + manutenção = quadro durável.

Hoje há soluções pré-fabricadas muito boas (Schneider Prisma, Hager Quadro, ABB) que aceleram montagem e garantem conformidade. Mas mesmo essas precisam de montagem cuidadosa e documentação rigorosa.

Apêndice A · Cheat sheet IP

IPxy

x (sólidos):
  0 = sem protecção
  2 = dedo (12,5mm)
  4 = ferramenta (1mm)
  5 = poeira (sem danos)
  6 = vedado a poeira

y (líquidos):
  0 = sem
  1 = gotas verticais
  4 = salpicos qualquer direcção
  5 = jactos
  6 = jactos potentes
  7 = imersão 30min
  8 = imersão contínua

Apêndice B · Recursos

• EN 61439 — norma quadros LV.
• EN 60529 — IP.
• EN 62262 — IK.
• Schneider Pro-Calc — gratuito.
• Hager Easy-Box — gratuito.
• Catálogos: Schneider, ABB, Hager, Legrand.