Elétrica

Dimensionamento de quadro de distribuição (QGD): corrente nominal, disjuntores, demanda e barramento

Dimensionar um quadro de distribuição é calcular a corrente nominal de cada circuito, escolher o disjuntor e o número de polos, aplicar os fatores de demanda e simultaneidade para dimensionar o disjuntor geral e o barramento, e distribuir os módulos DIN mais a reserva.

Quando usar

Use sempre que precisar especificar ou verificar um quadro de distribuição de baixa tensão (QGD/QDC) de um edifício, skid de máquina ou painel de processo: alimentadores residenciais e comerciais, grupos de motores, climatização, iluminação e tomadas. É a etapa que transforma a lista de cargas em hardware — define a corrente nominal de cada circuito, o disjuntor padrão e os polos, a demanda diversificada que o disjuntor geral e o barramento devem conduzir, a capacidade de interrupção e quantos módulos DIN (e a reserva mínima de norma) o quadro precisa comportar. É também a ferramenta para auditar um quadro existente que desarma, aquece ou já não tem espaço para ampliação.

O que é o dimensionamento de um quadro de distribuição

Um quadro de distribuição (QGD/QDC) é o nó onde um alimentador se ramifica em vários circuitos protegidos. Dimensioná-lo não é escolher uma caixa bonita: é a cadeia disciplinada que transforma uma lista de cargas em hardware — a corrente nominal de cada circuito, o disjuntor padrão e os polos que o protegem, a demanda diversificada que o disjuntor geral e o barramento devem conduzir, a capacidade de interrupção e o número de módulos DIN (mais a reserva de norma) que o quadro precisa comportar.

O erro mais comum em campo é somar todos os watts instalados, ignorar a simultaneidade e superdimensionar tudo — um disjuntor geral, um barramento e um quadro feitos para um pico que nunca ocorre. O erro oposto custa igual: um quadro sem módulos de reserva, sem margem na capacidade de interrupção e com um disjuntor arredondado para baixo, abaixo da corrente nominal. O método a seguir evita os dois.

Passo 1 — Corrente nominal por circuito

Tudo começa no circuito. A corrente nominal depende do número de fases:

Mono ou bifásico: In = P / (V · fp)

Trifásico: In = P / (√3 · V · fp)

P é a potência ativa [W], V a tensão do circuito [V] (de linha no trifásico) e fp o fator de potência. O √3 dos circuitos trifásicos é o termo mais esquecido — sem ele, a corrente de linha fica superestimada em cerca de 73 %. Se você já conhece a corrente de uma carga, pode informá-la diretamente no modo corrente e pular a conversão.

Conhecida a In, o disjuntor é o menor valor padrão não inferior a ela, da série comercial 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250 A. O disjuntor sempre arredonda para cima: ele protege o condutor, então sua corrente deve ser pelo menos a nominal. O número de polos é igual ao número de fases — um módulo por polo no trilho DIN.

Passo 2 — Fator de demanda por circuito

Um circuito raramente solicita toda a sua potência instalada de forma contínua. O fator de demanda fd captura isso:

I_dem = In · fd

Para uma carga resistiva contínua (um chuveiro) fd ≈ 1,0; para um circuito de iluminação ou de tomadas é menor. A corrente de demanda, e não a nominal, é o que segue para o total do quadro.

Passo 3 — Demanda do quadro e disjuntor geral

O total do quadro não é a soma de todas as correntes de demanda — circuitos diferentes não atingem o pico no mesmo instante. O fator de simultaneidade fs corrige isso no nível do quadro:

I_dem_total = (Σ I_dem) · fs

O disjuntor geral é então o menor valor padrão não inferior a I_dem_total, e seu número de polos acompanha o circuito “mais alto” presente: tripolar se houver qualquer circuito trifásico, bipolar se houver bifásico, senão unipolar. Confundir fd (por circuito) com fs (quadro inteiro) é um erro clássico — eles atuam em níveis diferentes e são multiplicados em sequência, nunca trocados.

Passo 4 — Barramento por densidade de corrente

O barramento conduz toda a demanda diversificada até cada disjuntor. Sua seção mínima vem da densidade de corrente J admissível:

A_barra = I_dem_total / J

Para barras de cobre nu ao ar, J fica tipicamente em 1,5–2,0 A/mm²; um J menor dá uma barra maior, mais fria e com menos queda de tensão ao longo do comprimento. O valor é um mínimo — a barra finalmente adotada deve ainda suportar a solicitação térmica e mecânica de curto-circuito, que a IEC 61439 trata pela corrente suportável de curta duração do conjunto.

Passo 5 — Módulos, reserva e o quadro

Cada polo ocupa um módulo DIN (passo de 18 mm). Os módulos usados são:

módulos_usados = Σ polos(circuitos) + polos(geral)

Sobre isso, o quadro precisa de uma reserva para que a instalação cresça sem retrabalho completo. Uma leitura prática da NBR 5410 dá um mínimo por número de circuitos — cerca de 2 módulos até 6 circuitos, 3 até 12, 4 até 30, e cerca de 15 % dos módulos em uso para quadros maiores — e a calculadora adota o maior entre esse mínimo e qualquer percentual que você especificar. O quadro é então o menor painel de mercado cuja capacidade cobre usados + reserva, com suas linhas e módulos por linha definindo o leiaute físico (e o diagrama 2D/3D).

Passo 6 — Capacidade de interrupção

Por fim, todo disjuntor deve sobreviver à pior falta. Sua capacidade de interrupção (Icu/Icn, em kA) deve igualar ou superar a corrente de curto presumida Icc no local do quadro. A calculadora arredonda a Icc para a próxima capacidade padrão da série 3; 4,5; 6; 10; 15; 25; 36; 50; 65 kA. Um disjuntor escolhido abaixo da Icc pode não interromper a falta e soldar fechado — uma falha de segurança, não apenas um incômodo.

Como ler o resultado

A tabela por circuito dá In, a corrente de demanda, o disjuntor adotado e os polos — verifique que nenhum disjuntor arredondou para baixo e que os circuitos trifásicos usaram a forma com √3.
O resumo dá a demanda diversificada, o disjuntor geral e os polos, a seção do barramento, os módulos usados / reserva / total e a capacidade em kA recomendada. Se “módulos usados” exceder a capacidade do quadro, o quadro não cabe — divida-o ou passe para um gabinete maior.
O leiaute posiciona o disjuntor geral primeiro, depois os circuitos, depois a reserva, linha a linha nos trilhos DIN — a fonte única de verdade para o diagrama do quadro.

Considerações práticas de projeto

Nunca esqueça o √3 nos circuitos trifásicos, e nunca arredonde um disjuntor abaixo da corrente nominal.
Aplique a simultaneidade uma vez, no quadro (fs), depois da demanda por circuito (fd) — multiplicar os dois corretamente evita um barramento e um quadro feitos para um pico impossível.
Case a capacidade em kA com o local: a corrente de falta presumida perto de um transformador ou de uma rede forte pode ser alta; dimensione a capacidade de interrupção para ela, não para um valor padrão qualquer.
Deixe uma reserva real: um quadro sem módulos livres está obsoleto no dia em que é energizado.
Alinhe norma e método: a NBR 5410 rege a instalação de baixa tensão, a IEC 61439-3 o quadro de distribuição como conjunto, e a IEC 60898-1 / 60947-2 os disjuntores em si.

Seguir essa cadeia — corrente nominal por circuito, demanda por circuito, simultaneidade do quadro, barramento por densidade, módulos com a reserva de norma e a verificação de kA — entrega um quadro que cabe, protege, interrompe suas faltas e ainda tem espaço para crescer.

Fórmulas e fundamentos

Corrente nominal monofásica/bifásica In = P / (V · fp)

Corrente nominal de um circuito mono ou bifásico. P é a potência ativa [W], V a tensão do circuito [V] e fp o fator de potência [adim.]. Se o circuito for informado diretamente em ampères (modo corrente), In é tomada como dada.

Corrente nominal trifásica In = P / (√3 · V · fp)

Corrente nominal de um circuito trifásico. V é a tensão de linha [V]. O fator √3 converte a potência ativa trifásica na corrente de linha que o disjuntor e os condutores conduzem.

Corrente de demanda do circuito e disjuntor I_dem = In · fd ; disjuntor = próximo padrão ≥ In

I_dem é a corrente de demanda após o fator de demanda do circuito fd [adim.]. O disjuntor é o menor valor comercial (6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250 A) não inferior a In; o número de polos é igual ao número de fases.

Demanda do quadro e disjuntor geral I_dem_total = (Σ I_dem) · fs ; geral = próximo padrão ≥ I_dem_total

A demanda total é a soma das correntes de demanda de cada circuito vezes o fator de simultaneidade do quadro fs [adim.], que considera que as cargas não atingem o pico ao mesmo tempo. O disjuntor geral é o menor valor padrão não inferior a I_dem_total.

Seção do barramento por densidade de corrente A_barra = I_dem_total / J

Área mínima do barramento de cobre [mm²]. I_dem_total é a corrente de demanda total [A] e J a densidade de corrente admissível [A/mm²] (tipicamente 1,5–2,0 A/mm² para barras de cobre nu ao ar). Uma barra maior reduz a elevação de temperatura e a queda de tensão ao longo do barramento.

Módulos e reserva exigida módulos = Σ polos + polos_geral ; reserva = máx( mín. NBR, ⌈%·módulos⌉ )

O total de módulos DIN usados é a soma dos polos de todos os circuitos mais os polos do geral (1 módulo = passo DIN de 18 mm). A reserva é o maior valor entre o mínimo de norma por número de circuitos e um percentual escolhido sobre os módulos em uso; o quadro é o menor painel de mercado cuja capacidade cobre usados + reserva.

Normas e métodos

ABNT NBR 5410 — Instalações elétricas de baixa tensão
IEC 60364-5-52 — Seleção e instalação de linhas elétricas (capacidade de condução de corrente)
IEC 61439-1 e IEC 61439-3 — Conjuntos de manobra e controle de baixa tensão / quadros de distribuição (DBO)
IEC 60898-1 — Disjuntores para proteção contra sobrecorrentes (uso residencial e similar)
IEC 60947-2 — Dispositivos de manobra de baixa tensão: disjuntores
IEC 60269 — Fusíveis de baixa tensão (coordenação e proteção de retaguarda)

Valores típicos de referência

Grandeza	Faixa típica	Observação
Densidade de corrente do barramento (cobre nu)	1,5 a 2,0 A/mm²	Valores menores para quadros mal ventilados ou alta temperatura ambiente.
Fator de simultaneidade do quadro fs	0,6 a 1,0	Iluminação/tomadas admitem fs menor; cargas de processo contínuas se aproximam de 1,0.
Passo do módulo DIN	18 mm por módulo	Um disjuntor unipolar = 1 módulo; um disjuntor tripolar = 3 módulos.
Reserva mínima de módulos (norma)	≥ 2 (até 6 circuitos) … 15 % dos usados (quadros grandes)	Interpretação prática da NBR 5410: 2 / 3 / 4 módulos para ≤6 / ≤12 / ≤30 circuitos.
Correntes padrão de disjuntor	6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 A …	Arredonde sempre a corrente nominal PARA CIMA, até o próximo valor comercial.
Capacidades de interrupção padrão (Icu/Icn)	3; 4,5; 6; 10; 15; 25; 36; 50; 65 kA	A capacidade de interrupção deve igualar ou superar a corrente de curto presumida Icc no local.

Exemplo resolvido

Quadro comercial leve: cinco circuitos, mono e trifásico misturados

Entradas

Iluminação — 1φ, 220 V, fp 1,0: 2200 W
Tomadas — 1φ, 220 V, fp 1,0: 3300 W
Ar-condicionado — 1φ, 220 V, fp 0,92: 4000 W
Motor — 3φ, 380 V, fp 0,85: 7500 W
Chuveiro/aquecedor — 1φ, 220 V, fp 1,0: 5000 W
Fator de simultaneidade fs · densidade J: 0,8 · 1,5 — · A/mm²

Resultados

Corrente nominal do motor (3φ): In ≈ 13,4 A
Demanda total diversificada: I_dem_total ≈ 64,7 A
Disjuntor geral: 80 (tripolar) A
Seção do barramento: A_barra ≈ 43 mm²
Módulos usados / reserva: 10 / 2 módulos
Quadro recomendado: QDC 12 DIN (12 mód.) —

Calcula-se primeiro a corrente nominal de cada circuito: iluminação 2200/220 = 10 A → disjuntor 10 A; tomadas 3300/220 = 15 A → 16 A; ar-condicionado 4000/(220·0,92) = 19,8 A → 20 A; o motor trifásico 7500/(√3·380·0,85) = 13,4 A → 16 A (3 polos); chuveiro 5000/220 = 22,7 A → 25 A. As correntes de demanda (fd = 1,0) somam ≈ 80,9 A; com o fator de simultaneidade do quadro fs = 0,8 a demanda diversificada é ≈ 64,7 A → disjuntor geral de 80 A, tripolar. O barramento vale 64,7/1,5 ≈ 43 mm². Módulos usados = (1+1+1+3+1) dos circuitos + 3 (geral) = 10; com cinco circuitos a reserva mínima de norma é 2 módulos, então o menor quadro que comporta 12 módulos é um QDC 12 DIN, deixando 2 de reserva. Com corrente de curto presumida de 5 kA, a próxima capacidade de interrupção padrão é 6 kA.

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Erros comuns

Esquecer o √3 nos circuitos trifásicos — usar P/(V·fp) superestima a corrente de linha e superdimensiona o disjuntor e o barramento.
Somar todas as cargas e dimensionar o disjuntor geral sem fator de simultaneidade (fs = 1), inflando o barramento e o quadro para um pico que nunca ocorre.
Adotar um disjuntor abaixo da corrente nominal 'para garantir a seletividade' — o disjuntor deve sempre arredondar PARA CIMA, nunca para baixo.
Ignorar a capacidade de interrupção (kA): um disjuntor com capacidade inferior à corrente de curto presumida pode não interromper e soldar fechado.
Contar só os módulos dos circuitos e esquecer os polos do disjuntor geral e a reserva de norma, deixando o quadro escolhido sem espaço.
Confundir o fator de demanda fd (por circuito) com o fator de simultaneidade fs (quadro inteiro) — eles atuam em níveis diferentes e não são intercambiáveis.

Perguntas frequentes

Como se obtém a corrente nominal de cada circuito?

Para circuitos mono e bifásicos, In = P/(V·fp); para trifásicos, In = P/(√3·V·fp), em que V é a tensão de linha. Se você já conhece a corrente, pode informá-la diretamente. A corrente nominal é então arredondada PARA CIMA até o próximo disjuntor padrão (10, 16, 20, 25, 32 A …), e o número de polos é igual ao número de fases.

Qual a diferença entre fator de demanda e fator de simultaneidade?

O fator de demanda fd atua por circuito e reflete que um circuito raramente solicita toda a sua potência instalada. O fator de simultaneidade fs atua no quadro inteiro e reflete que circuitos diferentes não atingem o pico no mesmo instante. O total do quadro é (Σ In·fd)·fs, então fd reduz cada circuito e fs reduz o conjunto — agem em níveis diferentes e não são intercambiáveis.

Como se determina a seção do barramento?

Por densidade de corrente: A_barra = I_dem_total/J, em que J é a densidade admissível para barras de cobre nu (tipicamente 1,5–2,0 A/mm²). Um J menor dá uma barra maior, mais fria e com menos queda de tensão. O resultado é um mínimo; a barra padrão adotada deve ainda suportar a solicitação térmica e mecânica de curto-circuito.

Por que a capacidade de interrupção (kA) importa?

Todo disjuntor tem uma capacidade de interrupção (Icu/Icn) — a máxima corrente de falta que ele interrompe com segurança. Ela deve igualar ou superar a corrente de curto presumida Icc no local. Se a Icc for maior, o disjuntor pode não interromper a falta e soldar fechado, por isso a calculadora arredonda a Icc para a próxima capacidade padrão (6, 10, 15, 25 kA …).

Quantos módulos de reserva o quadro deve ter?

A boa prática e a NBR 5410 pedem uma reserva para que a instalação possa crescer. Uma leitura prática dá pelo menos 2 módulos até 6 circuitos, 3 até 12, 4 até 30, e cerca de 15 % dos módulos em uso para quadros maiores. A calculadora adota o maior entre esse mínimo e qualquer percentual que você definir, e então dimensiona o quadro para comportar usados + reserva.

Por que arredondar disjuntores e capacidades para cima, nunca para baixo?

O disjuntor protege o condutor, então sua corrente deve ser pelo menos a nominal — um disjuntor menor desarmaria sem motivo ou, se o condutor estiver subdimensionado, não o protegeria. Da mesma forma, o barramento, o disjuntor geral e a capacidade em kA são dimensionados para o próximo valor padrão igual ou acima do necessário, com margem contra tolerâncias e crescimento.

Glossário

Corrente nominal (In): Corrente que um circuito solicita na sua potência, tensão e fator de potência nominais; base para a escolha do disjuntor e do condutor.
Fator de demanda (fd): Razão entre a demanda máxima de um circuito e sua potência total instalada; considera que nem todas as cargas operam a plena potência.
Fator de simultaneidade (fs): Fator do quadro que considera que circuitos diferentes não atingem o pico ao mesmo tempo; aplicado à soma das correntes de demanda.
Módulo DIN: Passo padrão de 18 mm no trilho DIN; um disjuntor unipolar ocupa um módulo, um tripolar, três.
Barramento: Barra de cobre (ou alumínio) que distribui corrente a todos os circuitos do quadro; dimensionado por densidade de corrente e suportabilidade de curto.
Capacidade de interrupção (Icu / kA): Máxima corrente de curto presumida que um disjuntor interrompe sem dano; deve igualar ou superar a corrente de falta no local do quadro.
Disjuntor geral: Proteção geral do quadro, dimensionada para a demanda total diversificada e que alimenta o barramento que supre cada disjuntor de circuito.