Queda de tensão no cabo de alimentação de solo de 400 Hz: porque é que a reatância limita o comprimento

Porque é que um cabo de 400 Hz tem uma queda de tensão tão maior?

A reatância indutiva é X = 2πfL, pelo que, com o mesmo cabo e a mesma indutância L, cresce em proporção direta com a frequência f. Passar de 50 Hz para 400 Hz multiplica-a por 8, e passar de 60 Hz, por 6.7. ISO 6858 estabelece 115/200 V ou 230/400 V trifásicos a 400 Hz para a alimentação de solo de aeronaves, pelo que uma carga elevada de aeronave passa por esta reatância a baixa tensão e corrente elevada. Os critérios de projeto do Departamento de Defesa dos EUA para a alimentação de aeronaves, UFC 3-555-01 (citados aqui a partir da edição de março de 2024; em julho de 2026 seguiu-se uma revisão), referem o mesmo: a parte indutiva da queda de tensão é aproximadamente sete vezes maior do que num sistema de 60 Hz.

A tabela usa os valores a 400 Hz desse documento, provenientes de uma tabela de 1972 para condutores individuais de cobre THHN ao ar. Descrevem esse fio e não um cabo para aeronaves, mas o que importa são as proporções. A 60 Hz, a reatância destas secções mantém-se muito abaixo da resistência ou próxima dela. A 400 Hz, é superior à resistência em todas as linhas.

A resistência também aumenta com a frequência, porque os efeitos pelicular e de proximidade empurram a corrente para uma parte do condutor. Nas secções utilizadas na alimentação de solo, esta alteração é menor do que o aumento de oito vezes da reatância, mas significa que a resistência em CC de uma ficha técnica é o valor mais baixo que a resistência pode ter e não o seu valor em serviço.

Porque é que um condutor maior não resolve o problema?

Um condutor maior reduz a resistência, mas deixa a indutância quase inalterada, e é a indutância que domina a 400 Hz. Na tabela acima, passar de 4/0 AWG para 1000 kcmil representa 4.7 vezes o cobre. A resistência desce para menos de metade, mas a reatância desce apenas cerca de 7 %. Com um fator de potência de 0.8, a queda de tensão desce apenas cerca de 24 %, com um cabo muito mais pesado e rígido de arrastar por um pátio.

É por isso que dimensionar um cabo de 400 Hz apenas com uma tabela de corrente dá mau resultado. Uma secção que transporta a corrente sem sobreaquecer pode ainda assim deixar a aeronave com tensão insuficiente, e a solução habitual à frequência de rede, subir uma secção, pouco acrescenta. Reduzir a indutância significa aproximar os condutores que levam a corrente na ida e na volta, ou repartir cada fase por mais do que um condutor.

Quanta tensão pode o cabo perder?

A ISO 6858 define as características elétricas no conector da aeronave e não nos terminais de saída da unidade de alimentação de solo, pelo que tudo o que o cabo perde sai da margem. A norma exige uma função de compensação de queda de linha na instalação de alimentação de solo, que eleva a tensão de saída na proporção da corrente para que a tensão no conector se mantenha dentro dos seus limites.

A UFC 3-555-01 apresenta um valor de cálculo para os sistemas militares de 400 Hz: com 120 V disponíveis na fonte e pelo menos 113 V exigidos na aeronave, o máximo que se pode perder são 7 V por fase. O seu antecessor arquivado explica de onde vêm os 113 V: um mínimo de 108 V dentro da aeronave segundo a MIL-STD-704 mais uma margem para a queda dentro da aeronave. São valores de projeto militares dos EUA, por isso use-os como exemplo do método e, para um projeto civil, retire os valores da respetiva especificação e do fabricante do equipamento.

A compensação não elimina a necessidade de verificar o cabo. O compensador tem de ser ajustado a uma impedância de cabo conhecida, o mesmo documento arquivado alerta para o facto de a sobrecompensação poder ser tão má como a subcompensação, e pede no máximo 118 V em vazio. Um compensador ajustado para um cabo pode não servir para um substituto mais longo ou diferente.

Como se calcula a queda de tensão num cabo de 400 Hz?

Para calcular a queda, multiplique a corrente de linha pelo comprimento do cabo e pela resistência e reatância por unidade de comprimento, ponderadas pelo fator de potência. Esta é a aproximação padrão para uma carga trifásica equilibrada, com a reatância calculada a 400 Hz:

Queda fase-neutro ≈ I × comprimento × (R cos φ + X sin φ)

Aqui, I é a corrente de linha, R e X são por unidade de comprimento e por fase, e φ é o ângulo da carga. A UFC 3-555-01 usa a forma mais completa I × |Z|, que dá um valor ligeiramente superior e mais prudente. Uma alimentação de 90 kVA a 115/200 V consome 90 000 ÷ (3 × 115), ou cerca de 261 A por fase, e usamos um fator de potência de 0.8 em atraso, o extremo inferior da gama que a ISO 6858 indica para o seu principal tipo de fonte.

A tabela compara duas construções com os mesmos 70 mm² de cobre por fase. A resistência é o máximo da IEC 60228 classe 5 corrigido para uma temperatura de condutor de 70 °C, sem o efeito pelicular adicional a 400 Hz. A reatância é o valor medido na nossa fábrica nestas duas construções, com os dois condutores de cada fase opostos entre si no cabo de sete condutores. As quedas são calculadas a partir destes valores para esta carga concreta.

Neste caso equilibrado, o neutro não transporta corrente. Uma carga desequilibrada, os conectores e qualquer alimentador fixo entre o conversor e o cabo somam-se a estes valores, por isso deixe margem e peça um cálculo com os seus próprios comprimentos e carga.

Quatro feixes de núcleos individuais ou um cabo de sete condutores?

Com o mesmo cobre, a disposição de sete condutores tem uma reatância muito menor, cerca de 2.4 vezes menor nas nossas medições, e cerca de 40 % menos queda de tensão com esta carga. Dividir cada fase em dois condutores colocados em lados opostos de um neutro central reduz o campo magnético produzido pela fase e mantém as fases próximas ao longo de todo o comprimento. Os critérios militares dos EUA especificam esta disposição para os cabos de alimentação de aeronaves de 400 Hz: cabo SAE AS7974 e AS5756/6 com seis condutores de potência, dois por fase, dispostos helicoidalmente em torno de um neutro central, mais seis condutores de controlo.

A baixa reatância não é o único requisito. Os feixes de núcleos individuais como 4×(1×70+4×1) são utilizados em sistemas de poço e unidades móveis: cada núcleo tem a sua própria bainha e pode ser manuseado e terminado separadamente, e os núcleos de controlo de 1 mm² seguem dentro dos núcleos de potência. O catálogo publicado da SAB Bröckskes oferece uma comparação útil das duas formas na gama de um mesmo fabricante: cerca de 46.1 mm de diâmetro total e 3 461 kg/km para o seu cabo 4 × (70 + 4 × 1), contra 42 a 44 mm e cerca de 3 320 kg/km para 7 × 35 + 6 × 4 × 1. Ou seja, a forma de sete condutores não é mais pesada com o mesmo cobre. A escolha depende do regime de serviço, do conector e da forma como o cabo é armazenado, como expõe o nosso guia de cabos de alimentação de solo para aeroportos por aplicação.

Seja qual for a forma escolhida, mantenha os condutores próximos e o aço afastado. Os feixes devem permanecer torcidos ou cintados entre si ao longo de todo o comprimento, porque separá-los aumenta a indutância. Tanto a UFC arquivada como a imprensa especializada alertam para o facto de os materiais magnéticos junto dos condutores aumentarem ainda mais a resistência e a indutância a 400 Hz, por isso não passe estes cabos por condutas de aço nem ao longo de estruturas de aço sempre que for possível evitá-lo. Pode comparar o nosso cabo de alimentação de solo de 400 Hz de 7 núcleos e o cabo de alimentação de solo para aeronaves de 400 Hz para a forma de núcleo individual.

Que comprimento pode ter um cabo de alimentação de solo de 400 Hz?

Não existe um limite único, porque o comprimento depende da carga, da construção e da compensação. Dividir o exemplo de 7 V pela queda por metro a 261 A dá cerca de 34 m para o cabo de 4 × 70 mm² e cerca de 56 m para o cabo de 7 × 35 mm², antes de conectores, desequilíbrio ou qualquer margem. Na prática, o comprimento é definido em função da posição da aeronave e do ponto de serviço. A UFC 3-555-01 usa conjuntos de 260 A de 32 m para conversores de 90 kW e conjuntos de 180 A de 27 ou 32 m para conversores de 45 kW em projetos da Marinha e do Corpo de Fuzileiros, e pede que 9.1 a 30.5 m sejam coordenados com a aeronave em projetos do Exército.

O comprimento veio em primeiro lugar na nossa encomenda de 4×(1×70+4×1) para um sistema de poços de aeroporto. Os conjuntos do comprador eram de 15 m e 28 m, e segundo os valores acima esses dois comprimentos diferem em cerca de 2.6 V a plena carga. O breve vídeo seguinte mostra esta construção de quatro feixes desde a extremidade do cabo, passando pela conformação e pela marcação da bainha, até ao cabo acabado.

O que deve enviar para uma verificação da queda de tensão?

Uma verificação útil precisa da carga, de cada comprimento de cabo, da tensão disponível e do regime de serviço. As construções aqui comparadas fazem parte da nossa gama de cabos de alimentação de solo para aeroportos, e estes são os dados a incluir:

• A aeronave ou a carga: kVA ou kW, fator de potência e qualquer desequilíbrio entre fases.
• O comprimento de cada conjunto, mais qualquer alimentador fixo desde o conversor até ao ponto de ligação.
• A tensão disponível na fonte, o ajuste da compensação e a tensão mínima exigida no conector da aeronave.
• O regime de serviço: unidade móvel, sistema de poços, enrolador de cabo ou instalação fixa, com o tipo de conector e o número de núcleos de controlo.

Com estes valores, a disposição dos condutores pode ser verificada face aos seus comprimentos reais e não face a um valor de catálogo. À data de agosto de 2026, a encomenda mínima é de 50 m tanto para construções normalizadas como personalizadas, e o prazo de entrega vai de 7 a 45 dias úteis, consoante o tipo de produto, a situação de stock e a personalização. Envie as especificações do seu cabo para análise.

Perguntas

Porque é que a queda de tensão é maior a 400 Hz do que a 50 ou 60 Hz?

A queda de tensão é maior a 400 Hz porque a reatância indutiva aumenta na proporção da frequência: cerca de 8 vezes o valor a 50 Hz e 6.7 vezes o valor a 60 Hz. Nas secções de condutor utilizadas na alimentação de solo, esta reatância é superior à resistência, pelo que determina a maior parte da queda.

Posso usar uma tabela de cabos de 60 Hz para um cálculo a 400 Hz?

Não diretamente. A reatância de uma tabela de 60 Hz tem de ser multiplicada por 400/60, e uma resistência a 60 Hz subestima o valor a 400 Hz devido aos efeitos pelicular e de proximidade. As correntes admissíveis de uma tabela para frequência de rede também têm de ser verificadas pela mesma razão.

Um condutor maior resolve a queda de tensão a 400 Hz?

Apenas em parte. Um condutor maior reduz a resistência, mas quase não altera a indutância. Na tabela da UFC 3-555-01, 4.7 vezes o cobre reduz a queda com um fator de potência de 0.8 apenas cerca de 24 %.

A compensação de queda de linha significa que o comprimento do cabo deixa de importar?

Não. A compensação de queda de linha eleva a tensão da fonte para compensar a queda prevista, mas tem de ser ajustada à impedância real do cabo e à carga. Um cabo muito mais longo ou diferente pode deixar a tensão no conector da aeronave demasiado baixa, e a sobrecompensação pode deixá-la demasiado alta.

Qual deve ser a tensão no conector da aeronave?

A ISO 6858 estabelece 115/200 V ou 230/400 V trifásicos a 400 Hz no conector da aeronave, com os limites indicados na norma. Os critérios militares dos EUA usam um mínimo de 113 V por fase na aeronave no seu exemplo de cálculo. Para um projeto civil, retire o valor da respetiva especificação.