Fundamentos de Instalações Elétricas

FUNDAMENTOS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS Luiz Carlos Miyashiro 2 SUMÁRIO 1 A ELETRICIDADE 3 2 GRANDEZAS ELÉTRICAS 13 3 GERAÇÃO TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA 20 4 CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA 27 5 PROTEÇÃO CONTRA CHOQUES 34 6 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS 44 3 1 A ELETRICIDADE A eletricidade se tornou um elemento fundamental no mundo atual em vista de sua dependência para o funcionamento de quase todos os dispositivos que utilizamos no dia a dia Para ilustrar podemos dar como exemplo uma série de aparelhos como celulares computadores televisão rádio iluminação veículos automotores equipamentos hospitalares etc Sua descoberta e o desenvolvimento das suas aplicações tiveram a participação de inúmeros estudiosos e cientistas alguns premiados com a denominação de unidades de grandezas como Ampere Volta Galvani Ohm Conforme a humanidade cresce se amplia também a necessidade do aumento das fontes de energia A eletricidade provém de várias fontes como a hidráulica por meio de usinas hidrelétricas a termoelétrica de usinas termoelétricas a eólica de geradores eólicos a solar por meio de placas fotovoltaicas e a atômica de usinas nucleares Conhecer o funcionamento da eletricidade proporciona uma dimensão de sua potencialidade e o fenômeno até certo ponto surpreendente do deslocamento de elétrons cujo movimento lento de passagem de átomo para átomo gera uma velocidade da eletricidade de 300000 km por segundo velocidade da luz 11 Conceitos de Eletricidade A eletricidade é o movimento dos elétrons de átomo para átomo em um meio físico dito condutor e também de um meio dito isolante como o ar cujo deslocamento vai depender do nível da corrente elétrica Uma descarga atmosférica atua com faixas de 3000 amperes 4 Um átomo de um determinado material tem o núcleo elétrons e prótons de igual quantidade Quando há uma diferença de elétrons em relação aos prótons este elétron se desloca para outro átomo e ocupa um espaço Este átomo por sua vez vai resultar em elétron a mais que irá deslocarse para outro átomo Esta movimentação embora lenta 30 cmhora gera uma movimentação velocidade da eletricidade de 300000 km por segundo ou seja capaz de dar voltas no planeta Terra em menos de um segundo A eletricidade está presente desde o início da formação do planeta pois é um fenômeno natural O próprio funcionamento do corpo humano depende da eletricidade como a movimentação de membros por meio de impulsos elétricos do cérebro O estudo da eletricidade e o desenvolvimento de aplicações teve a participação de vários cientistas Galvani em 1780 ao verificar um processo de dessecação de rãs observou que elas tremiam mesmo depois de mortas no contato com os ferros de sustentação Galvani descobriu que há passagem de eletricidade entre dois metais e uma solução aquosa O processo de galvanoplastia leva seu nome que consiste em um processo de deposição de metal liquido em superfícies metálicas ou não por meio da eletricidade Benjamin Franklin descobriu a ionização do ar por meio do ato de empinar uma pipa colocando uma chave na ponta da linha Volta em 1800 construiu uma pilha elétrica utilizando uma placa de zinco e cobre em solução de ácido sulfúrico O processo químico desta combinação gera a passagem de corrente elétrica de forma acumulada Outros cientistas como Daniel e Lecianché também construíram pilhas elétricas até chegar às pilhas utilizadas atualmente A geração da eletricidade para atendimento da necessidade populacional teve como precursores Thomas Edison e Nicolas Tesla no fim do século XIX com os modelos de construção de usinas elétricas 5 12 Materiais condutores e isolantes A escolha de cada material vai representar a sua característica de facilidade dificuldade ou bloqueio da movimentação de elétrons Materiais como a prata o cobre o alumínio são considerados condutores em vista da facilidade da movimentação de elétrons ou da passagem de eletricidade Materiais como o plástico a borracha e o vidro são considerados isolantes pela dificuldade de passagem de eletricidade O ar é considerado um isolante e a passagem de eletricidade necessita de valores elevados de corrente como a descarga atmosférica Materiais como o óleo isolante são considerados dielétricos utilizados em transformadores e disjuntores de alta tensão para dirimir o arco elétrico Para baixa tensão o material principal na fabricação de fios e cabos é o cobre tendo o PVC como capa isolante Acessórios como conectores utilizam também o alumínio O plástico e o acrílico são bastante utilizados em painéis elétricos como isolantes de partes energizadas A resistência elétrica de um material depende de três fatores 1 Tipo de material Cada material tem uma resistividade característica Resistividade é o nível de resistência à passagem de corrente Quanto maior a resistividade do material menor é a intensidade da corrente que irá passar pelo material A resistividade é contrária à condutividade 2 Seção do material Quanto maior é a seção do material a ser percorrida pela corrente elétrica menor é sua resistência Tendo uma área maior o elétron tem mais liberdade de movimentação 6 3 Comprimento do condutor Quanto maior é o comprimento do condutor maior é sua resistência Materiais da mesma característica porém de comprimento maior oferecem maior resistência de passagem da corrente 13 O choque elétrico O choque elétrico é a passagem de eletricidade pelo corpo humano que dependendo da intensidade pode provocar lesões incluindo queimaduras problemas cardíacos e circulatórios A passagem de corrente elétrica pelo corpo humano se dá em razão da composição de água presente em torno de 60 A alta resistência média do corpo humano não permite que a corrente elétrica pelo choque elétrico alcance valores elevados tendo como variável os níveis de tensão aplicados Altas tensões podem causar queimaduras de terceiro grau com fatalidade instantânea Correntes abaixo de 50 volts em corrente alternada ou 120 volts em corrente contínua não provocam malefícios conforme descrito na Norma Regulamentadora nº 10 Pela lei de Ohm a corrente é igual à tensão aplicada dividida pela resistência do local da passagem desta corrente O corpo humano tem uma resistência alta que varia de 100000 ohms a 600000 ohms Se considerarmos uma tensão de 110 volts e uma resistência de 400000 ohms o produto corrente elétrica será de 0275 miliampére ou seja uma corrente de reduzido valor Se a pele do operador estiver molhada a resistência cai para 15000 ohms e a corrente resultante de 73 miliampére que já pode resultar em sinais leves Estes valores podem demonstrar um choque elétrico em um circuito de 110V por exemplo ao manusear uma lâmpada com a parte energizada Embora pequena essa corrente pode causar danos ao sistema vascular dependendo da tensão corrente parte do corpo em contato estado da pele saúde do operador etc 7 As correntes mesmo em baixa tensão mas com duração maior do que 20 ms milissegundos podem provocar paradas cardíacas principalmente em trabalhadores com doenças préexistentes Segue abaixo menção dos níveis de corrente e os riscos à saúde Faixa de corrente mA Reação do Corpo Humano 01 à 05 Leve percepção superficial sem nenhum efeito grave 05 à 10 Ligeira paralisia dos músculos do braço com início de tetanização Sem efeitos perigosos 10 à 30 Nenhum efeito perigoso se o tempo for menor que 200 ms 30 à 500 Paralisia estendida aos músculos do tórax com sensação de falta de ar e tontura possibilidade de fibrilação ventricular se a descarga elétrica se manifestar na fase crítica do ciclo cardíaco e por tempo superior à 200 ms Acima de 500 Traumas cardíacos persistentes Neste caso o efeito é letal salvo intervenção imediata de pessoal especializado com equipamento adequado A corrente elétrica vai entrar no corpo humano no caso de operações com eletricidade da rede elétrica se houver um caminho para saída Se o operador tiver contato elétrico com o cotovelo e estiver utilizando luvas isolantes botas isolantes capacete com isolamento e não tiver outra parte do corpo em contato com objetos que não sejam isolantes a corrente não irá entrar em seu corpo já que não terá caminho para saída Cabe destacar que os equipamentos de proteção individual como os citados devem ser adequados ao risco Por exemplo se houver um contato com um barramento de 138 kV e a bota de segurança com isolamento para 1 kV a corrente percorrerá seu corpo e sairá pelos membros inferiores 8 14 Eletrostática e Eletrodinâmica Eletrostática A área da física que corresponde ao estudo da eletricidade sem uma fonte direta de energia é denominada eletrostática Ela estuda o comportamento da corrente elétrica quando há influência do material por outro que pode estar negativamente ou positivamente carregado e sua influência nos contatos diretos ou pelo ar A carga elétrica se caracteriza pela movimentação dos elétrons por meio dos átomos do material Sabemos que quando o material se encontra com seus átomos prótons e elétrons na mesma quantidade ele é considerado neutro em termos de carga elétrica Quando há movimentação de elétrons ou perda de elétrons o átomo fica com carga positiva em razão de ter mais prótons do que elétrons Inversamente quando há acúmulo maior de elétrons no átomo este é considerado com carga negativa Na eletrostática há movimentação de elétrons ou eletrização por três meios a saber Eletrização por atrito Eletrização por contato Eletrização por indução eletrostática A eletrização por atrito ocorre quando atritamos certos materiais ou seja quando esfregando materiais de composição diferentes de preferência isolantes no sentido destes se carregarem eletricamente Este material carregado eletricamente pela ação de atrito ao entrar em contato com outros materiais neutros pode permitir a ação de atração Podemos dar como exemplo uma experiência antiga de esfregar com um pano uma régua de plástico isolante e esta atrair pedacinhos de papel 9 Um exemplo prático é a movimentação do ar em caminhões tanque de combustíveis A carcaça do caminhão fica carregada eletricamente pela ação do vento e pode criar pequenas faíscas em contato com material condutor e provocar incêndios em razão da carga Por isso antes do descarregamento do combustível é necessário o aterramento da carcaça do veículo para a condução de eletricidade estática para a terra A eletrização por contato ocorre quando materiais de mesma composição se tocam havendo passagem de eletricidade entre eles Um material pode estar carregado positivamente e outro se estiver no estado neutro acaba por também carregar positivamente O mesmo ocorre com cargas negativas A eletrização por indução eletrostática ocorre pela ação do campo elétrico de um material para outro sem contato físico e o surgimento da corrente elétrica pela interferência deste campo elétrico Eletrodinâmica A eletrodinâmica é a parte da física que estuda os fenômenos que envolvem a eletricidade Já foi explanado como funciona o fenômeno da eletricidade com o deslocamento dos elétrons em um meio condutor A corrente elétrica é o resultado da carga elétrica em um determinado período de tempo Temos a seguinte equação I Q Δt onde I corrente elétrica Q Carga elétrica em Coulomb C Δt período de tempo em segundos s 1Ampére 1 Coulomb em 1 segundo Muitas das questões envolvendo a eletrodinâmica vão constar no conteúdo dos próximos blocos É importante destacar a questão da corrente contínua e da corrente alternada 10 A corrente contínua se caracteriza por manter um sentido e uma intensidade constante Sua fonte de energia normalmente é constituída de pilhas e baterias ou seja geradores de energia por processo químico Temos também retificadores que transformam a corrente alternada em corrente contínua por meio de diodos retificadores para finalidades que envolvem por exemplo equipamentos de informática A corrente alternada é gerada por fontes que utilizam o magnetismo de geradores onde há variação de intensidade em razão da proximidade e do afastamento de induções magnéticas resultando em correntes e tensões no formato de ondas senoidais Houve uma discussão bem conhecida sobre os geradores de Edison que defendia o uso de corrente contínua e de Tesla que era favorável à corrente alternada A rede elétrica no Brasil utiliza a corrente alternada com frequência de 60 Hz 60 ciclos por segundo Tínhamos problemas com frequências de 50 Hz estabelecidos em alguns dispositivos adotados por outros países porém atualmente os aparelhos aceitam estas duas frequências Tivemos também uma evolução em aparelhos que hoje trabalham com tensão bivolt 110 e 220 V 15 Aplicação da eletricidade Para oferecer elementos práticos das definições expostas vamos explicar a utilização da eletricidade nas instalações elétricas Conforme avança a tecnologia novos equipamentos e dispositivos são colocados no mercado com a utilização de fontes de energia oriundos da eletricidade Para atender a mobilidade baterias cada vez menores entram no mercado Elas necessitam da energia elétrica para seu carregamento Os carros elétricos cuja tendência é substituir os carros movidos a combustíveis fósseis deverão exigir mais das fontes de energia elétrica 11 Um dos benefícios destas novas tecnologias é a diminuição da potência exigida para funcionamento de muitos dispositivos elétricos A lâmpada led talvez seja a principal introdução para redução da demanda de eletricidade Livros e publicações que traziam as instalações elétricas baseadas no consumo de lâmpadas incandescentes deverão ser atualizadas Uma lâmpada incandescente de 60 Watts pode ser substituída por uma lâmpada led de 9 Watts e lâmpadas fluorescentes hoje tem na lâmpada led metade de sua potência consumida com vantagem de não necessitar de reatores A potência de determinados aparelhos elétricos de uso doméstico também caiu Podemos mencionar como exemplo as televisões de tubo com o surgimento de televisões em LCD plasma e afins Fornos elétricos hoje tem a companhia de fornos microondas embora estes tenham ainda um consumo elevado de potência assim como chuveiros e aquecedores Aparelhos de ar condicionado tanto na parte de aparelhos de parede Split como de sistemas de ar condicionado central como Chillers detém significativa parcela da demanda em edificações de maior consumo A demanda de energia elétrica cresce pois a população aumenta e a comodidade sempre vai solicitar fontes de energia Nas instalações elétricas temos alguns pontos que devem se destacar para um correto aproveitamento da energia a saber Proteção das pessoas que mantém contato com a eletricidade Proteção das pessoas que ocupam a edificação Proteção dos circuitos contra riscos de incêndio e suas consequências Funcionamento da energia elétrica de modo sustentável Não desperdício de energia por meio de dimensionamento incorreto de cabos equipamentos dispositivos Evitar má operação por imperícia abusos e negligência Seguir exigências legais e boas práticas Evitar problemas elétricos por falta de manutenção preventiva e corretiva 12 Conclusão Neste bloco estudamos as definições do fenômeno eletricidade A lógica deste fenômeno explica por que alguns materiais tem mais condutividade do que outros A apresentação de materiais condutores e isolantes serve para compreendermos as estruturas de equipamentos coletivos e individuais de proteção Falando em proteção vimos neste bloco a questão do choque elétrico cuja gravidade é diretamente proporcional à dimensão da tensão elétrica e os níveis de isolamentos de barreiras REFERÊNCIAS CERVELIN S CAVALIN G Instalações Elétricas Prediais 10 Ed São Paulo 2004 SITTERDING H Noções de Eletrotécnica Prática Ed Tecnoprint Rio de Janeiro 1979 13 2 GRANDEZAS ELÉTRICAS O conhecimento das grandezas elétricas vai garantir a elaboração de projetos elétricos e os meios de procedimento das instalações elétricas por meio de suas relações O triangulo composto da corrente elétrica tensão elétrica e da resistência elétrica é a base do funcionamento da eletricidade As características de cada grandeza são interligadas de modo a permitir o conhecimento do valor de cada grandeza antes da execução do projeto A complexidade maior da área elétrica cabe aos riscos das manobras e manutenções isto quando há inviabilidade de desenergização Vamos por meio destas grandezas dimensionar o efeito do fator que é a potência elétrica 21 A corrente elétrica A concentração da carga elétrica no interior de um condutor pode ser chamada de corrente elétrica Desta forma se imaginarmos que a eletricidade pode ser comparada ao fluxo de água dentro de uma tubulação a corrente elétrica seria o fluxo de água que percorre esta tubulação A unidade convencional adotada é o Ampére proveniente do nome do matemático francês Ampére que descobriu o sentido da corrente devido a forças contrárias e de mesmo sentido e a teoria eletrodinâmica 1 Ampére equivale à 6 quintilhões 1 seguido de 18 zeros de elétrons que passa em um condutor no espaço de 1 segundo A medição da corrente elétrica é feita por meio do amperímetro em série com o circuito Será necessário abrir o circuito para a medição a menos que tenhamos o alicate amperímetro que mede o nível de corrente pela ação magnética 14 Como vimos na subseção do choque elétrico 1 ampére atravessando o corpo humano pode levar uma pessoa à óbito em um tempo maior que 200 milisegundo ou 02 segundos A quantidade de corrente a ser percorrida no corpo em função do choque elétrico vai depender da resistência do corpo humano por isso se tocarmos em um circuito residencial a exemplo da iluminação com corrente de 3 ampéres a corrente a ser percorrida no corpo humano não será de 3 ampéres A corrente elétrica produz energia com capacidade de gerar calor energia térmica mover motores energia mecânica produzir reações químicas como a eletrólise e trazer luminosidade ao ambiente por meio da circulação da corrente em meio físico ou no vácuo Podemos alterar a tensão elétrica por meio de transformadores elétricos mas no caso de a corrente necessitar uma maior demanda teremos que ter a disponibilidade na rede elétrica daí a necessidade de instalação de cabines primárias em empreendimentos com alta carga de energia Para o manuseio da corrente elétrica serão necessários meios de controle e proteção Nos circuitos elétricos residências e industriais utilizamos painéis elétricos com disjuntores fusíveis chaves comutadoras medidores e interligações com cabeamento dimensionado de acordo com os níveis de corrente Quanto maior a necessidade de valores maiores de corrente mais alta deve ser a proteção Equipamentos com potência maior devem ter circuitos separados com dispositivos de proteção específicos como no caso de chuveiros microondas fornos de alta potência Circuito simples com fonte medição e lâmpada A Lâmpada Fonte de tensão Amperímetro 15 22 A tensão elétrica No exemplo anterior comparamos a eletricidade como a ação da água na tubulação sendo que a tensão elétrica pode ser relacionada à pressão da água dentro da tubulação A tensão elétrica tem como unidade o Volt V nome dado em homenagem ao cientista italiano Volta A tensão aplicada em um condutor produz a movimentação de elétrons ou a corrente elétrica cuja intensidade vai depender da resistência do material condutor Em um circuito fechado temos a passagem de corrente elétrica devido à tensão aplicada O mesmo não ocorre em um circuito aberto que pode ter a tensão ou diferença de potencial mas não há a passagem de corrente A tensão na rede elétrica de distribuição tem valores de 13800 volts 12700 volts e próximos dependendo da Concessionária que administra a linha Estas tensões vão ser utilizadas em empreendimentos com alta demanda de energia como indústrias hospitais Shopping Centers e transformados em 110 e 220 volts para utilização residencial ou rural em razão da demanda menor A tensão na cabine primária das empresas vai ser abaixada para geração de correntes elétricas suficientes para atender as necessidades energéticas por meio dos transformadores elétricos Teremos então nestas empresas tensões de 110 e 220 volts na cabine secundária em vista da padronização destes valores de tensão na quase totalidade dos equipamentos e dispositivos No caso de motores bombas e outros equipamentos temos também características com entrada trifásica que são obtidas pelos cabos trifásicos como tensões de 220 380 440 volts 16 Circuito simples com fonte medição e lâmpada Para a medição de tensão colocamos o voltímetro ou multímetro em paralelo ao trecho a ser medido Se abrirmos o circuito haverá a tensão porém a corrente não circulará 23 A resistência elétrica Na comparação da eletricidade com o fluxo de água em uma tubulação a resistência elétrica seria os impedimentos que a tubulação apresenta na passagem de água como curvas e possíveis atritos O diâmetro da tubulação seria comparado à secção do condutor A unidade utilizada para medição da resistência elétrica é o Ohm Ω em homenagem ao físico alemão Georg Simon Ohm Lâmpada Fonte de tensão v Medição de tensão lâmpada Fonte de tensão 17 Para medição de resistências altas como no dielétrico de transformadores de alta tensão utilizamos o megômetro e para medição de baixas resistências como em circuitos ligados a terra utilizamos o terrômetro Medições com multímetros para elevadas ou reduzidos valores de resistência trazem imprecisões ou impossibilidade de medições Cada material apresenta níveis de resistência característicos ou inversamente níveis de condutividade Seguem valores de resistência para alguns materiais Material Resistência Ωmm2m Prata 00158 Cobre 00173 Alumínio 00278 Ouro 0022 Ferro 00970 Borracha 10¹⁷ Vidro 10¹⁶ à 10³⁰ 24 Potência Elétrica A potência elétrica é uma forma energia dada por um período de tempo Pela lei de Ohm a Potência é dada em Watts W nome dado em homenagem ao matemático inglês James Watts que equivale a um Joule por segundo Pela lei de Ohm a potência elétrica é o fator entre a tensão elétrica e a corrente ou P W Tensão V x Corrente A e PW Resistência Ω x Corrente A² Os aparelhos elétricos devem ter potência consumida visível para fins de cálculo da demanda 18 Seguem as potências médias de determinados aparelhos Aparelho Potência W Aquecedor de ambiente 1000 Aspirador de pó 200 Batedeira 100 Chuveiro elétrico 5400 Microondas 1200 Refrigerador 200 Freezer 500 Liquidificador 200 Máquina de lavar roupa 500 Rádio 50 Secador de cabelo 1000 Televisor 200 Ventilador 150 Fonte Elaborado com base em Creder 2012 25 Aplicações da Lei de Ohm A lei de ohm é a principal fórmula utilizada na área elétrica para determinação das grandezas elétricas Pela lei de Ohm temos corrente A ten o re i tência Ω E seguindo esta relação ten o corrente A x re i tência Ω E re i tência Ω 19 Sabendose que a potência W tensão V x corrente A pela lei de Ohm podemos considerar potência W resistência Ω x corrente A ² Conclusão Neste bloco vimos os conceitos das grandezas elétricas corrente tensão e resistência elétrica Tal conhecimento junto com a potência elétrica e a lei de Ohm resulta em infinitas possibilidades de elaboração de circuitos elétricos e compreensão dos circuitos existentes Esta é a base que envolve todas as derivações da tecnologia que tem como energia de funcionamento a energia elétrica Mostramos também aplicações da Lei de Ohm em questões práticas para reforçar que os conceitos matemáticos tem relacionamento direto na solução de valores das grandezas elétricas REFERÊNCIAS CERVELIN S CAVALIN G Instalações Elétricas Prediais 10 ed São Paulo 2004 CREDER H Instalações Elétricas 15 ed Rio de Janeiro LTC 2012 SITTERDING H Noções de Eletrotécnica Prática Rio de Janeiro Tecnoprint 1979 20 3 GERAÇÃO TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA Neste bloco teremos a oportunidade de conhecer a origem da energia elétrica e os seus meios de transmissão até o consumidor Cada etapa apresenta características distintas riscos complexidades cujas falhas no processo podem comprometer o abastecimento de energia de cidades inteiras No início das primeiras linhas de distribuição de cada três trabalhadores um era vítima de morte pelo contato com a eletricidade Isto ocorria em vista da não compreensão integral de como a eletricidade agia nos meios construídos para transmissão Hoje temos isoladores pararaios dispositivos de retenção do arco elétrico e equipamentos de proteção individual adequados ao risco A compreensão de todo processo de geração transmissão e distribuição de energia permite demonstrar as bases teóricas do funcionamento das grandezas elétricas suas relações e o comportamento da eletricidade nos meios condutores e isolantes 31 A geração de energia elétrica No Brasil a maior fonte de energia elétrica provém das hidrelétricas Em segundo lugar vem as termoelétricas A energia hidrelétrica exige mudanças no bioma da região em sua construção e a termoelétrica produz poluição atmosférica Hoje temos fontes como a eólica e a solar fotovoltaica em expansão A vantagem destas fontes é que elas não agridem o meio ambiente A sua desvantagem é a demanda de energia produzida insuficiente para suprir as necessidades das grandes cidades Outra fonte de energia de maior capacidade é a nuclear representado no Brasil pelas usinas de Angra 1 e 2 na cidade de Angra dos Reis Nas condições de seca intensa tal energia é importante para suprir energia às grandes cidades 21 Neste capítulo vamos nos atentar mais a energia elétrica das hidrelétricas que representam 747 do total de energia produzida no Brasil O funcionamento da usina hidrelétrica tem como base a transformação de energia que provem da movimentação da água provinda de grandes reservatórios com alta pressão em turbinas que por meio da rotação dos eixos juntamente com a energia magnética de grandes eletroímãs induz a formação de corrente elétrica É o processo de transformação de energia mecânica em energia elétrica Geradores de motor a diesel tem o mesmo princípio A energia elétrica é formada com três fases trifásica com variação de 120 entre elas Esta energia elétrica é encaminhada por meio das linhas de transmissão até às subestações finais onde serão distribuídas às cidades e grandes consumidores O grande problema desta geração é a alta carga de corrente elétrica Esta carga transmitida por extensos quilômetros de linha geram energia térmica nas linhas cuja demanda final ficaria comprometida Na usina de Itaipu a maior usina binacional Brasil e Paraguai do mundo parte da energia elétrica gerada e abastece a cidade de São Paulo SP que fica à aproximadamente 1000 quilômetros de distância A corrente gerada seria perdida em forma de calor nas linhas de transmissão Pela lei de Ohm a corrente é inversamente proporcional à tensão elétrica ou seja quanto maior a corrente menor a tensão Deste modo é preciso uma elevação da tensão elétrica na fase de geração para que a corrente que percorrerá as linhas de transmissão seja a menor possível para redução do efeito Joule energia térmica sem a perda expressiva de energia transmitida A geração de energia produz tensões na faixa de 13800 Volts e transformadores elevam a tensão 22 A elevação da tensão elétrica atinge faixas de 69 kV 138 kV 230 kV 400 kV 500 kV Para tensões maiores que 500 kV existe a possibilidade de transmissão de energia em corrente alternada e corrente contínua como é o caso de Itaipu que transmite em 600kV em corrente contínua Neste caso é necessária a retificação para corrente contínua e na etapa de distribuição para corrente alternada A redução se dará nas subestações terminais para a fase de distribuição de energia 32 Linhas de transmissão As linhas de transmissão percorrem extensos quilômetros em grandes torres de sustentação até as proximidades de centros de consumo Como citado elas transportam tensão a níveis elevados que são gerados em subestações elevatórias e perto de centros de consumo são convertidos à níveis de geração por meio de subestações abaixadoras As linhas de transmissão devem ser dotadas de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas para não comprometer o fornecimento de energia a grandes centros de consumo As torres de sustentação dos cabos e acessórios devem ser projetadas para suportar chuvas ventos e terremotos Devem ser dimensionadas a alturas seguras do solo para evitar contato elétrico com pessoas vegetação e veículos Fazem parte das linhas de transmissão os isoladores que tem a função de isolar os cabos evitando a dissipação de energia por meio da estrutura São confeccionados de material com rigidez dielétrica como cerâmica vidro e polímeros A grande dificuldade das linhas de transmissão é a manutenção que deve ser realizada com energia viva em vista da impossibilidade de desligamento A operação exige a locomoção por meio de helicópteros que devem se aproximar das linhas vivas para que o operador consiga descer e permanecer nelas por um período de tempo É uma ação por demais arriscada em vista do risco de queda e contato 23 Os operadores conseguem realizar o serviço por meio da equipotencialização Os cabos de elevada tensão são equipotencializados com a roupa especial do operador ou seja o potencial da energia que passa nos cabos é igual ao potencial da vestimenta 33 Subestações As subestações tem a função de elevar a tensão após a geração de energia para as linhas de transmissão para evitar perdas durante o trajeto da corrente elétrica Além disso tem a função de abaixadora de tensão para distribuição de energia Tem também a finalidade de direcionar o fluxo de energia em sistemas de potência detectar falhas na linha e isolar trechos para manutenção A subestação tem como elemento principal o transformador de potência que irá transformar a tensão para elevação ou redução Outros elementos básicos que fazem parte de uma subestação Disjuntores do lado da alta tensão Disjuntores do lado da média tensão ParaRaios Chave Seccionadora Transformadores de corrente Relés de Proteção Isoladores Cabine de comando 34 Distribuição de energia elétrica Após o abaixamento da tensão para níveis de consumo têmse as linhas de distribuição de energia 24 A distribuição de energia elétrica para os consumidores pode ser feita via aérea ou subterrânea A maior parte delas são aéreas devido ao alto custo de implantação das linhas subterrâneas As linhas de alta tensão se encontram na parte superior dos postes com três fases normalmente em cabos de alumínio não isoladas em vista do alto custo Algumas cidades utilizam separadores entre linhas para evitar contato As linhas de alta tensão na faixa de 13800V e 12700V abastecem empreendimento com demanda alta de energia onde cabines primárias no interior das empresas rebaixam a tensão para 110220V mas com carga alta de energia Os transformadores localizados nos postes rebaixam a tensão para 110220V e distribuem nas residências A Potência de um transformador na entrada primária é igual à potência no secundário A alteração se dá nos valores de tensão e corrente Se há redução da tensão o primário do transformador tem fios nos espirais mais finos e o secundário tem fios mais grossos V1 x I1 V2 x I2 V1 tensão no primário I1 corrente no primário V2 tensão no secundário I2 corrente no secundário Consequentemente V1 V2 I2 I1 e N1 N2 sendo N1 número de espiras no primário do transformador e N2 número de espiras no secundário 25 As subestações de energia responsáveis pela origem das linhas de distribuição controlam eventuais falhas na rede e caso necessário efetuam desligamentos na malha de distribuição para permitir o reparo de trechos ou equipamentos como os transformadores Os postes são dotados de isoladores chaves fusíveis e linhas com separadores 35 A entrada de energia A entrada de energia na parte residencial ocorre no secundário do transformador que transforma a tensão de 13800V valor que depende da Concessionária em 110200V em esquema de ligação trianguloestrela Da parte central da ligação estrela sai o neutro que é aterrado A entrada de energia na residência é via cabo com duas fases e um neutro há variação de cidades e regiões O proprietário da edificação deve providenciar o padrão do poste e da caixa de medição por meio de liberação da autorização da Concessionária A entrada de energia na área residencial se dá da seguinte maneira 1 fios fase de 127V e um fio neutro A fase de 127V é obtida no secundário do transformador que entre fases tem uma tensão de 220V Cada fase na entrada é re ultante do valor da ten o dividido por 3 Raiz de 3 2203 127 Conclusão O caminho da geração da eletricidade até nossos lares tem aspectos técnicos fundamentais que não podem deixar de ser monitorados pois o risco é enorme Apagões parecem fatos do passado mas constantemente são lembrados quando há regimes de seca ou descargas atmosféricas com alta incidência 26 Aspectos como dispositivos de proteção confiáveis obediência integral às normas técnicas cumprimento de exigências legais auditorias e fiscalizações permanentes devem ser práticas regulares A nossa parte referente às condições elétricas residenciais também devem ser cumpridas Isso pode ser feito por meio do mantimento de uma estrutura corretamente dimensionada da utilização de materiais confiáveis e ações preventivas como a regularização de aparelhos com ruído ou odor de queimado da não sobrecarga de tomadas e da utilização sustentável REFERÊNCIAS CERVELIN S CAVALIN G Instalações Elétricas Prediais 10 ed São Paulo 2004 CREDER H Instalações Elétricas15ed Rio de Janeiro LTC 2012 SITTERDING H Noções de Eletrotécnica Prática Rio de Janeiro Tecnoprint 1979 27 4 CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA Neste bloco apresentamos conceitos sobre medição aterramento equipotencialização proteção e quadros elétricos que fazem parte do controle da eletricidade e meios de proteção em uma edificação A causa principal de incêndios no Brasil ainda é a eletricidade Os maiores incêndios no Brasil tiveram origem em curtoscircuitos e mesmo com uma legislação mais abrangente exigências maiores e uma melhora na fiscalização desta área ainda ocorrem incêndios diariamente por negligência nas obrigações envolvendo construções e reparos na área elétrica Evidências do não cumprimento de normas do setor elétrico atualmente fazem parte de auditorias de certificação como irregularidades com o SPDA não realização de cursos de capacitação falta de documentação da área elétrica A base de questões práticas deve ser precedida de conhecimento dos motivos de certas ações adotadas e não somente por padrões Por isso procuramos esclarecer neste bloco pontos da norma NBR 5410 41 Medições de energia O tipo de medição de energia vai depender da demanda do empreendimento com instalações diferenciadas A medição da energia residencial é feita pelo consumo potência em watts de um período de tempo mensal Lembrando P watt V volt x I ampére E Potência joulecoulomb x coulombsegundo joulesegundo watt 28 Sendo 1000 watts 1 kW e 1000000 watts 1 MW Exemplo Motor elétrico alimentado por uma tensão de 220V com uma corrente de 30A Potência V x I 220V x 30A 6600W Se o motor ficar ligado direto 3 horas a potência será de 6600 W x 3 19800 Wh ou 198 kWh A soma das potências utilizadas no período resultará no consumo da residência registrado no medidor O medidor de potência é o wattímetro que necessita dos valores de medição da tensão e da corrente A medição de energia é feita por aparelho com a denominação de quilowatthora metro que assim como o wattímetro registra os valores de tensão e corrente e acumula os valores 42 Aterramento A eletricidade caminha em um condutor e a escolha das direções recai sobre materiais com menor resistência A resistência do solo normalmente é baixa e se torna o caminho preferível da eletricidade A terra de ignada para o termo aterramento n o é a terra como elemento da natureza e im a Terra como planeta O termo em inglê Protection Earth ou PE encontrado como designação do cabo ou fio terra esclarece bem o significado de aterramento Earth planeta Terra A recomendação técnica é que a resistência do solo seja menor que 10 ohms Quanto menor a resistência melhor a condução da eletricidade para o solo e dissipação nas camadas inferiores 29 O aterramento é um meio de proteção do circuito para evitar o choque elétrico Fugas de corrente são possíveis principalmente em falhas de isolamento ou contato com umidade O aterramento transfere esta carga elétrica para o solo Nas tomadas é obrigatória a instalação do fio terra ou terceiro pino circuitos monofásicos como meio de proteção de fugas A identificação do cabo a ser conectado é de cor verde ou verdeamarelo Conforme a norma NBR 5410 para instalações em baixa tensão é necessária a instalação de barra de aterramento na entrada de energia Barramentos de 25 metros aterrados com conexão na parte superior para ligação ao quadro elétrico assim como materiais alternativos relacionados na NBR 5410 Existem no mercado produtos para melhorar a condutividade do solo aplicado na inserção da barra de aterramento Segue abaixo a tabela referente à seção do condutor de proteção Seção dos condutores fase mm2 Seção mínima do condutor de proteção mm2 15 a 16 A mesma seção do condutor fase 25 16 35 16 50 25 70 35 95 50 120 70 150 70 185 95 240 120 300 150 43 Equipotencialização Equipotencialização significa mesmo potencial Quando há uma diferença de potencial entre dois pontos há a passagem de corrente elétrica No momento que o potencial se iguala a corrente cessa 30 Utilizando este princípio a norma NBR 5410 estabelece procedimentos para equipotencialização de elementos condutores de eletricidade para proteção de pessoas e animais sujeitos a descargas atmosféricas e fugas de corrente Principalmente elementos condutores que se localizam no lado externo da edificação estão sujeitos a descargas atmosféricas com risco de choque elétrico diretamente ou indiretamente no contato com estes elementos Exemplo de pontos a serem equipotencializados em uma edificação Malhas de aterramento e outros elementos do sistema SPDA Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas Antenas receptoras e transmissoras Portões portas divisórias e grades de metal Equipamentos expostos como chiller bombas de resfriamento condensadores de ar condicionado motores de exaustores Corrimão guardacorpo escadas fixas Tampas de caixa dágua saída de exaustores cabos de aço Mastros de bandeira caixas dágua metálicas registros e válvulas Tanques de oxigênio Central de gás GLP Instalações fixas metálicas e outros A equipotencialização é realizada com a conexão de materiais condutores como fios cabos barramentos em pontos com condutividade elétrica Materiais isolantes como tintas e acabamentos devem ser retirados para garantia da condução posteriormente podem ser aplicadas Todos os pontos de aterramento e de equipotencialização devem ter a ligação com o barramento BEP Barramento de equipotencialização principal para ligação conveniente a terra 31 44 Quadros elétricos Os quadros elétricos da cabine secundária ou de distribuição têm a função de proteção seccionamento acionamento medição e controle dos circuitos elétricos Os quadros elétricos da cabine secundária trazem a carga da cabine primária com a redução da tensão elétrica porém com carga elevada da corrente elétrica Os elementos que compõem estes quadros devem ser dimensionados de acordo com o nível da carga elétrica como chaves elétricas cabeamento fusíveis e portafusíveis disjuntores barramentos de interligação Os quadros elétricos de distribuição se localizam em pavimentos e setores com controle de determinada área Os níveis de corrente são menores porém o cuidado nas manobras não deve ser diminuído A norma regulamentadora NR 10 cita que para evitar choques elétricos os circuitos elétricos devem estar protegidos com a barreira de contato em partes energizadas Os painéis de acordo com as exigências da NR 10 devem dispor de proteções de modo que o operador não tenha contato direto com partes energizadas como fios cabos terminais conexões e barramentos Esta barreira de material isolante normalmente é de acrílico que permite a visualização do circuito A manutenção preventiva em quadros elétricos permite a detecção de falhas que podem originar curtoscircuitos e princípios de incêndio Fazem parte de manutenção as seguintes ações Visualização do quadro elétrico quanto a objetos não pertencentes ao circuito fios soltos eventual faíscamento elementos com aparência de desgaste e odor de queimado Reaperto de elementos como fixação de cabos conectores Medição da temperatura por meio de medidor infravermelho pontual ou câmeras termográficas abrange todo o painel de acordo com tabelas limites de temperatura 32 Identificação dos circuitos de cada disjuntor Identificação do painel elétrico fechadura Existência de bloqueios Testes de tensão elétrica e testes de funcionamento dos disjuntores caso possível Verificação geral dos elementos do painel elétrico 45 Proteção do circuito Os elementos básicos na proteção de circuitos são os disjuntores e fusíveis É fundamental o correto dimensionamento destes elementos para não comprometimento dos cabos e conexões evitando riscos de princípio de incêndio As correntes estipuladas para a seleção dos dispositivos de proteção não podem ser maiores que os valores estipulados em projeto Dimensionamento com valores abaixo podem provocar interrupções não desejáveis e comprometer o funcionamento de equipamentos com perdas tanto materiais quanto humanas no processo Antes do surgimento dos disjuntores que são dispositivos com possibilidade de religamento eram utilizados fusíveis como o tipo rolha e cartucho nas residências O fusível atualmente é utilizado principalmente em circuitos onde há motores elétricos em vista de sua maior precisão de seccionamento onde há variação gradativa de temperatura Para dimensionamento dos quadros elétricos é necessário o balanceamento de cargas dividindo os circuitos em Circuitos de iluminação Circuitos com tomadas de uso geral Circuitos com tomadas de uso específico 33 Cada circuito deve ser identificado no quadro de disjuntores de forma clara O dimensionamento de cada dispositivo de proteção deve obedecer à demanda do circuito e a utilização do fator de potência No caso de iluminação onde há utilização permanente tanto no período diurno como parte do período noturno o fator de potência a ser considerado é 10 Os disjuntores de tomadas de uso específico devem obedecer à potência nominal do equipamento Deve ser obedecido o dimensionamento das tomadas de acordo com a capacidade máxima do circuito nele inserido O cálculo da demanda de um determinado circuito deve ser atualizado sempre que forem acrescentados novos dispositivos a ele Conclusão Os conceitos apresentados neste bloco são importantes para a compreensão dos processos de controle e proteção dos circuitos elétricos além da proteção do operador e pessoas que possam ter contato com a eletricidade Eles vão servir de base para a parte do dimensionamento do circuito elétrico e das questões práticas da instalação elétrica Como dito no início o manuseio da eletricidade veio após a compreensão de como a eletricidade se comporta gerando acidentes e mortes Certas normas obrigatórias ainda são de desconhecimento de grande parte da população como a in talaç o de DR que evita o choque elétrico e força o responsável da construção a regularizar o circuito ao contrário do aterramento que oferece proteção ma e conde o problema da fuga da corrente REFERÊNCIAS CERVELIN S CAVALIN G Instalações Elétricas Prediais 10 ed São Paulo 2004 CREDER H Instalações Elétricas 15 ed Rio de Janeiro LTC 2012 34 5 PROTEÇÃO CONTRA CHOQUES O grande perigo que envolve os serviços com eletricidade é o choque elétrico Todo curso de elétrica tem em seu conteúdo um espaço reservado para a proteção contra choques elétricos Mesmo nos trabalhos com baixa tensão um descuido pode levar o operador a um choque elétrico que pode comprometer o funcionamento cardiorrespiratório e levar ao óbito As medidas coletivas e individuais têm atualmente na Norma Regulamentadora nº 10 o principal procedimento de utilização além das ações de prevenção como a desenergização A norma regulamentadora nº 10 se transformou em requisito obrigatório para admissão de trabalhadores da área elétrica embora conste em seu conteúdo que o trabalhador deve participar de capacitação na empresa onde irá exercer as atividades com eletricidade Ou seja mesmo que o trabalhador tenha um certificado de participação do curso de capacitação da NR 10 ele deve participar de uma capacitação na empresa onde irá trabalhar já que a capacitação deve ser relativa ao risco do ambiente de trabalho específico da empresa 51 Norma Regulamentadora nº 10 A Norma Regulamentadora NR 10 faz parte de um conjunto de normas oriundas da Lei 65141977 que originou a Portaria 32141978 A sua última revisão data de 2019 Tratase de um conjunto de obrigações para trabalhadores que tem contato com a eletricidade em suas atividades ocupacionais Como se trata de legislação o descumprimento de um de seus termos tem penalidades envolvidas O principal objetivo desta norma é garantir condições de trabalho seguras contra o risco de choque elétrico 35 As condições descritas na norma envolvem não somente procedimentos de segurança no processo de trabalho mas obrigações ao empregador no sentido de garantir condições seguras de trabalho como a disponibilidade de equipamentos de proteção coletiva regularmente seguras com testes dielétricos regulares e equipamentos de proteção individual adequados ao risco Cabe aqui a citação da norma quanto à obrigatoriedade de participação de cursos de capacitação com as seguintes condições A capacitação só terá validade para a empresa que o capacitou e nas condições estabelecidas pelo profissional habilitado e autorizado responsável pela capacitação Deve ser realizado um treinamento de reciclagem bienal e sempre que ocorrer alguma das situações a seguir A Troca de função ou mudança de empresa B Retorno de afastamento ao trabalho ou inatividade por período superior a três meses C Modificações significativas nas instalações elétricas ou troca de métodos processos e organização do trabalho A norma NR 10 também destaca a elaboração de ações preventivas com técnicas de análise de risco como a Análise Preliminar de Risco APR A documentação é outro requisito que a norma solicita dentre eles a apresentação de Um conjunto de procedimentos e instruções técnicas e administrativas de segurança e saúde A documentação das inspeções e medições do sistema de proteção contra descargas atmosféricas e aterramentos elétricos Os resultados de testes de isolação elétrica em equipamentos de proteção coletiva e individual 36 A comprovação da qualificação habilitação capacitação e autorização dos treinamentos realizados O relatório técnico de inspeções realizadas 52 Desenergização O processo de desenergização é a principal ação para a garantia da segurança do trabalhador e para evitar o choque elétrico Ela é composta de cinco etapas São elas 1 Seccionamento ou desligamento do circuito Todo serviço com eletricidade deve ser executado com desligamento da fonte com exceção de circuitos com a impossibilidade de desligamento como os que alimentam equipamentos médicos essenciais à continuidade da vida do paciente Mesmo nesse caso devese realizar um estudo para possibilidade de circuito redundante ou seja circuito de mesma função que em caso de parada não programada ou manutenção preventiva atua em substituição ao circuito a ser reparado No caso de troca de uma lâmpada além do desligamento do circuito por meio do interruptor da parede devese desligar o disjuntor corresponde ao circuito da lâmpada Cabe ressaltar que é importante a correta sinalização dos circuitos pertencentes a cada disjuntor e o planejamento na divisão de cargas para que não ocorra impossibilidade de desligamento em vista de acúmulo de circuitos em um mesmo disjuntor No caso de desligamento de chaves seccionadoras cabe alertar sobre o risco de arco elétrico devido à carga nela inserida Já deve haver um aviso de não abertura de chave com carga com exceção de chaves dotadas de supressores de arco elétrico que permitam tecnicamente este procedimento ou disjuntores com dispositivos de proteção contra arco elétrico 37 2 Impedimento de reenergização ou bloqueio elétrico Quando é realizado um serviço envolvendo instalações elétricas além do seccionamento ou desligamento do circuito é necessário o bloqueio da chave ou do disjuntor por meio de travas de impedimento No caso de chaves elétricas ou mesmo do plug devese impedir o religamento por meio de cadeados ou travas cuja ligação deverá obedecer a ordens de hierarquia de funções para garantia da liberação somente em casos do término dos serviços Se há três cadeados em uma chave elétrica serão necessários três funcionários cada um com uma função e uma chave para liberação do dispositivo É uma forma segura de garantir que um desavisado ligue um circuito ainda em manutenção 3 Constatação de ausência de tensão O terceiro passo do processo de desenergização é a medição do circuito a ser manuseado Havendo tensão será necessário o desligamento da fonte de energia Mesmo desligado o circuito pode sofrer interferência de outros circuitos com indução de corrente ou circuitos próximos com falha de isolamento Este terceiro passo reduz a possibilidade de um contato energizado 4 Aplicação de aterramento temporário O aterramento temporário permite o direcionamento de eventuais correntes de fuga para a terra Falhas no isolamento forças indutivas podem gerar estas correntes de fuga e provocar choques elétricos 5 Sinalização Após a execução dos procedimentos anteriores é necessário sinalizar o local e os quadros de comando para alertar sobre a realização dos serviços elétricos como ação de prevenção 38 53 Equipamentos de Proteção Coletiva Os equipamentos de proteção coletiva EPC devem ser priorizados em relação aos equipamentos de proteção individual EPI A proteção coletiva pode ter custos maiores porém a abrangência pode ser total e evita utilizações incorretas de EPIs ou a não utilização Na área elétrica a questão fundamental é o isolamento de partes energizadas que devem ser priorizadas Podemos mencionar como exemplo a proteção individual de luvas de isolamento de borracha Acima dos EPCs temos o processo de desenergização que garante o não contato com partes energizadas Os isolamentos em painéis elétricos que obedecem à recomendação da Norma Regulamentadora NR 10 são constituídos de placas de isolamento para evitar o contato com partes energizadas como conectores cabos barramentos e dispositivos de manobras já dotados com esta proteção como no caso de portafusíveis Os equipamentos de proteção coletiva na área elétrica baseiamse no isolamento de área proteção de partes energizadas dispositivos para utilização de riscos adicionais como Barreiras Barreiras são impedimentos físicos que impedem o contato com material ou equipamentos energizados Podem ser grades com fechaduras e cadeados como os utilizados em cabine primária para isolamento de disjuntores transformadores chaves quando não são de forma blindada onde há proteção por meio de armários e receptáculos Bloqueios Bloqueios de dispositivos de manobras de disjuntores chaves elétricas onde são necessárias chaves ou senhas de uma ou mais pessoas para a liberação de fechamento de circuitos Obstáculos Materiais utilizados para isolamento de áreas como fitas zebradas fitas de isolamento cones biombos grades que avisam do impedimento de adentrarem em zonas controladas ou zonas de risco mas não permitem a ultrapassagem de modo físico 39 Ganchos para aterramento temporário varas de manobras Loadbuster dispositivos para abertura de seccionamentos sob carga Mantas protetoras Para manutenção de linhas vivas em linhas de transmissão São colocados em locais energizados como mantas protetoras isolantes para evitar choques elétricos Placas de sinalização Utilizadas para alertas de áreas de risco obrigatoriedade de utilização de EPIs restrição de entrada aviso de perigo elétrico áreas energizadas Escadas e andaimes para trabalho em altura As escadas devem ser de material não condutor de eletricidade dotadas de base emborrachadaantiderrapante Os andaimes devem ter trava de bloqueio de movimentação e dotados de guardacorpo O trabalho com esse tipo de equipamento precisará ser feito no mínimo em dupla 54 Equipamentos de Proteção Individual Cabe citar o texto da Norma Regulamentadora NR 6 sobre as obrigações do empregador e do empregado quanto aos equipamentos de proteção individual A respeito do EPI cabe ao empregador A Adquirir o equipamento adequado ao risco de cada atividade B Exigir seu uso C Fornecer ao trabalhador somente o aprovado pelo órgão nacional competente em matéria de segurança e saúde no trabalho D Orientar e treinar o trabalhador sobre o uso adequado guarda e conservação E Substituir imediatamente quando danificado ou extraviado F Responsabilizarse pela higienização e manutenção periódica G Comunicar ao MTE qualquer irregularidade observada H Registrar o seu fornecimento ao trabalhador podendo ser adotados livros fichas ou sistema eletrônico 40 A respeito do EPI cabe ao empregado A Utilizalo apenas para a finalidade a que se destina B Responsabilizarse pela guarda e conservação C Comunicar ao empregador qualquer alteração que o torne impróprio para uso D Cumprir as determinações do empregador sobre o uso adequado Os principais equipamentos de proteção individual na área elétrica são Vestimentas de acordo com a NR 10 feitas com material capaz de retardar chama e com faixas luminescentes Capacete aba total com jugular classe B com teste de isolamento Óculos para proteção de projeção de partículas Botas de segurança com reforço no bico não metálico Luvas de isolamento de borracha adequado ao risco Luvas de raspa ou vaqueta para proteção das luvas de borracha Cintos de segurança com talabarte em Y para trabalhos em altura 55 Riscos adicionais Os riscos adicionais conforme a Norma Regulamentadora NR 10 são Trabalhos em altura Trabalhos em espaço confinado Proteção contra descargas atmosféricas Áreas classificadas e riscos com animais peçonhentos 41 Os trabalhadores que irão exercer atividades em altura acima de 2 metros na área elétrica devem participar de capacitação para trabalhos em altura conforme a norma regulamentadora nº 35 com carga horária de 8 horas sendo 4 horas de aula teórica e 4 horas de aula prática com reciclagem bianual A utilização de equipamentos de proteção coletiva como escadas andaimes e plataformas devem ser realizadas sob supervisão de pessoal capacitado assim como na utilização de equipamentos de proteção individual como cintos de segurança com talabarte capacete travaquedas e cordas As atividades em altura em que é necessário o uso de talabartes devem ter a linha de vida montadas e especificadas conforme a NR 35 Há exigência também de controle médico nas atividades com risco de queda Espaços confinados são locais onde não há permanência de pessoal de forma contínua em vista de riscos do ambiente como falta de oxigênio acúmulo de gases inflamáveis e contaminantes A capacitação deve seguir o programa contido na norma regulamentador nº 33 com carga horária de 40 horas e 20 horas na reciclagem com periodicidade bianual Deve ser seguido de avaliação prévia com medição atmosférica do ambiente antes do início das atividades Outro risco adicional é referente às descargas atmosféricas O trabalhador da área elétrica não pode exercer atividades onde há risco de incidência de descargas atmosféricas no momento dos serviços com energia elétrica Há recomendações de no momento das descargas atmosféricas procurar abrigo em local coberto e desligar todos os aparelhos elétricos da tomada É recomendável que as edificações tenham supressores de surto como meio de proteção contra descargas atmosféricas Áreas classificadas são locais com risco de explosão devido à existência de material inflamável em excesso 42 Medidas de prevenção devem ser tomadas na área elétrica como a restrição do uso de dispositivos que possam produzir faiscamento ou atinjam temperaturas suficientes para provocar combustão em substâncias inflamáveis presentes Riscos de explosão e incêndios podem ser controlados por meio de certas medidas como Utilização de dispositivos à prova de explosão como luminárias painéis elétricos eletrodutos instrumentos de medição e controle motores e bombas elétricas com certificação Restrição de corrente suficiente para provocar faíscamento como produtos com segurança intrínseca Aprovação de produtos com especificação de temperatura de operação abaixo dos pontos de ignição dos produtos inflamáveis Utilização de DRs que limitam valores de corrente em circuitos em proximidade de produtos inflamáveis Conclusão Cada dia mais as exigências legais para a proteção do trabalhador são cobradas nas auditorias fiscalizações requisitos para recolocação profissional daí a importância da ciência dos requisitos legais A NR 10 é um dos principais documentos para a segurança do trabalhador tendo em vista a abrangência da área elétrica em quase todas as empresas de grande e médio porte O conteúdo passado não se restringe a medidas de prevenção de segurança afinal também abrange procedimentos técnicos relacionados à proteção coletiva onde dispositivos de proteção conforme a NR 10 são exigências de muitas empresas Nas instalações elétricas em empresas tais exigências vão fazer parte da rotina de um eletricista 43 REFERÊNCIAS BRASIL Ministério da Economia Secretaria do Trabalho Norma Regulamentadora nº 10 Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade da Portaria 321478 Brasília 2019 Disponível em httpsbitly2BHk07i Acesso em 7 jun 2020 BRASIL Ministério da Economia Secretaria do Trabalho Norma Regulamentador nº 33 da Portaria 321478 Brasilia2019 Disponível em httpsbitly2CJzgRD Acesso em 7 jun 2020 BRASIL Ministério da Economia Secretaria do Trabalho Norma Regulamentador nº 35 da Portaria 321478 Brasília 2019 Disponível em httpsbitly2Z6N5kl Acesso em 7 jun 2020 44 6 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS Neste bloco vamos estudar o lado prático da disciplina com informações sobre dimensionamento dos cabos elétricos elementos do quadro de distribuição e o passo a passo de instalações de luminárias tomadas e interruptores Os procedimentos devem ter como base a norma NBR 5410 que trata das instalações elétricas de baixa tensão além do conteúdo da Norma Regulamentadora NR 10 Os fundamentos da instalação elétrica servem de base para instalações com maior complexidade cujo desenvolvimento do processo deve ser acompanhado da perícia dos operadores daí a importância da capacitação para determinados tipos de tarefas Aqui tratamos operações com baixa tensão e circuitos simples Circuitos com motores e bombas envolvendo comandos elétricos controladores lógicos contatores relés manobras com alta tensão e outras atividades mais específicas devem ter programas de capacitação relacionados à operação técnica e riscos equivalentes 61 Fatores para Dimensionamento de fios e cabos Todos os condutores envolvidos nos circuitos elétricos devem ser dimensionados para que possam permitir a circulação de corrente elétrica sem o aquecimento demasiado com limites de temperatura especificados para evitar riscos de princípio de incêndio e sobrecarga de modo a comprometer a funcionalidade do circuito com desligamentos não planejados inoperância de elementos do sistema por queima ou abertura curtos circuitos Primeiramente calculamos a corrente elétrica de operação Pela lei de Ohm a corrente que passa no circuito é igual à tensão aplicada dividido pela resistência ou também pela potência do equipamento a ser ligado pela tensão Por exemplo Em um circuito de iluminação onde temos cinco lâmpadas cada uma com 40 W de potência em um circuito de 120 V qual o valor da corrente que percorrerá 45 I PV I 10x40 W120 I 333A Atualmente tivemos uma melhoria na demanda da corrente nos circuitos de iluminação devido à substituição de lâmpadas incandescentes que geravam potências maiores para lâmpadas led incluindo substituição gradativa de lâmpadas fluorescentes A norma NBR 5410 estabelece as seções mínimas dos condutores de acordo com o tipo de instalação a seção do condutor neutro e do condutor de proteção É utilizado o condutor cobre sendo que para a utilização do condutor de alumínio este deve ter uma seção igual ou maior que 10mm2 e potência maior que 50kW Segue tabela de seção mínima dos condutores extraído da tabela 47 da NBR 5410 Seção mínima dos condutores Tipo de Linha Utilização do circuito Seção mínima do condutor mm2 material Instalações fixas em geral Condutores e cabos isolados Circuitos de iluminação 15 Cobre 16 Aluminio Circuitos de força 25 Cobre 16 Alumínio Circuitos de iluminação e circuitos de controle 05 Cobre Condutores nus Circuitos de força 10 Cobre 16 Alumínio Circuitos de sinalização e circuitos de controle 4 Cobre Linhas flexíveis com cabos isolados Para um equipamento específico Como especificado na norma do equipamento Para qualquer outra aplicação 075 Cobre Circuitos à extrabaixa tensão para aplicações especiais 075 Cobre 46 Observações referente tabela acima As seções mínimas são ditadas por razões mecânicas Os circuitos de tomadas de corrente são considerados circuitos de força Em circuitos de sinalização e controle destinados a equipamentos eletrônicos é admitida uma seção mínima de 01mm2 Em cabos multipolares flexíveis contendo sete ou mais veias é admitida uma seção mínima de 01mm2 Para dimensionamento dos cabos é necessário primeiramente verificar o tipo de linha elétrica por meio da tabela 34 da NBR 5410 O mais utilizado em residências é o método de instalação número sete de condutores isolados ou cabos unipolares em eletroduto de seção circular embutido em alvenaria método B1 para cálculo de capacidade de condução de corrente Outro ponto a ser considerado é o número de condutores carregados conforme a NBR 5410 2004 a Circuitos de corrente alternada Trifásico sem neutro 3 condutores carregados Trifásico com neutro 4 condutores carregados Monofásico a 2 condutores 2 condutores carregados Monofásico a 3 condutores 2 condutores carregados Duas fases sem neutro 2 condutores carregados Duas fases com neutro 3 condutores carregados b circuitos de corrente contínua 2 ou 3 condutores Tabela da seção mínima do condutor neutro extraído da tabela 48 da NBR 5410 2004 47 Seção dos condutores fase mm2 Seção mínima do condutor neutro mm2 S menor ou igual a 25 S 35 25 50 25 70 35 95 50 120 70 150 70 185 95 240 120 300 150 400 185 Seção mínima do condutor de proteção extraído da tabela 58 da NBR 5410 2004 Seção dos condutores fase da instalação S em mm2 Seção mínima do condutor de proteção correspondente S em mm2 S16 S 16S35 16 S35 S2 Quedas de tensão admissíveis Conforme o distanciamento entre a utilização e a fonte medidor temos quedas de tensão que podem ser calculadas pela porcentagem envolvendo as quedas de tensão Podemos utilizar a seguinte fórmula Queda de tensão em porcentual tensão de entrada tensão na carga x 100 tensão de entrada Para o cálculo da seção do condutor a ser instalado devemos somar as cargas ligadas a determinado circuito com consideração do fator de demanda 48 O fator de demanda é um valor que descontamos da potência total especificada em razão da não utilização integral dentro de um mesmo período Se não considerássemos este fator poderíamos ter uma seção de um condutor superdimensionado As pequenas residências têm um fator mais próximo de 100 do que em grandes consumidores FD fator de demanda potência utilizada x 100 potência instalada Segue fator de demanda para cargas de iluminação e pequenos aparelhos Adaptado de Creder 2012 Tipo de Carga Potência Instalada watt Fator de demanda Carga Mínima Wm2 Residências casas e apartamentos Até 1000 80 30 e nunca inferior à 2200 W 10002000 75 20003000 65 30004000 60 40005000 50 50006000 45 60007000 40 70008000 35 80009000 30 900010000 27 Acima de 10000 24 Auditórios salões de exposição e assemelhados 80 15 Bancos 80 15 Barbearias e salões de beleza 80 30 Clubes e semelhantes Escolas e semelhantes Até 12000 80 30 Acima de 12000 50 Escritórios Até 20000 80 50 Acima de 20000 70 Garagens áreas de serviço e semelhantes 80 5 Hospitais casas de saúde e semelhantes Até 50000 Acima de 50000 40 20 20 49 Hotéis motéis e semelhantes Até 20000 21000 a 100000 Acima de 100000 50 40 30 20 Igrejas e semelhantes 80 15 Lojas supermercados e semelhantes 80 20 Restaurantes e semelhantes 80 20 Quartéis e semelhantes Até 15000 Acima de 15000 100 40 30 62 Dispositivos de Proteção Vamos realizar exercícios para dimensionamento do cabo pela capacidade da corrente e a partir daí dimensionar os elementos de proteção Recapitulando Para calcular a corrente utilizamos a seguinte fórmula I P V Em circuitos resistivos utilizamos esta mesma fórmula porém para circuitos indutivos com reatores e motores utilizamos a fórmula I P V cos ϕ ŋ onde cos ϕ Fator de Potência defa agem entre a ten o e a corrente e ŋ rendimento Esta fórmula vale para circuitos monofásicos Quando temos circuitos trifásicos utilizamos a fórmula I P 3 co ϕ ŋ para cálculo da corrente em cada fase Lembrando também sobre circuitos carregados 2F N 2 fases Neutro 3 condutores carregados F F 2 fases 2 condutores carregados F N 1 fase 1 Neutro 2 condutores carregados 50 O dimensionamento dos cabos elétricos vai depender do tipo de instalação dos cabos Utilizamos a tabela 33 Tipos de linhas elétricas da NBR 5410 2004 onde existem diversos tipos de instalação dos cabos com diferentes eletrodutos e meios de instalação sobrepostos embutidos tipos de canaletas etc Para facilitar a compreensão adotamos a consideração do Método de Instalação 7 com a seguinte descrição Condutores isolados ou cabos unipolares em eletroduto de seção circular embutido em alvenaria com código A1 para método de referência Utilizamos a tabela 36 que trata da capacidade de condução de corrente em amperes para isolação em PVC e referências A1 A2 B1 B2 C e D Exemplo Corrente de projeto do circuito 18A Isolação PVC Número de circuitos no eletroduto 4 Instalação em eletroduto embutido B1 51 Se tivermos uma corrente de 18A com aplicação do fator de potência circuito monofásico com 2 condutores carregados Instalação em eletroduto embutido conforme tabela 33 da NBR 5410 teremos na tabela 36 o valor mais próximo maior de 24 ampere que corresponde à 25 mm2 A NBR 5410 cita que deve ser prevista a instalação de dispositivos de proteção contra correntes de sobrecarga nos condutores Os disjuntores são dispositivos de proteção que protegem o circuito contra correntes de sobrecarga e correntes de curtocircuito A proteção contra sobrecarga age por meio de um dispositivo térmico enquanto a proteção contra curtocircuito age por meio de um dispositivo magnético A vantagem do disjuntor em relação a fusíveis está na possibilidade de rearme após uma desativação Logicamente devese corrigir a causa do desligamento antes de realizar o rearme O valor da corrente do disjuntor deve ser maior ou igual à corrente de projeto do circuito para que não haja constante desligamentono funcionamento normal do circuito Ao mesmo tempo deve ser menor ou igual à capacidade de condução de corrente dos condutores vivos do circuito para não haver sobrecarga Vejamos o exemplo de CERVELINCAVALIN 2004 Chuveiro com potência de 4400 W e tensão de 220 V com cabos de cobre com isolação em PVC instalados em eletroduto aparente linha B1 40ºC de temperatura ambiente e o comprimento de 125 m Ia PV 4400220 20A I IaFCT FCA 20 087 08 287 A Sendo FCT Fator de correção de temperatura e FCA Fator de correção de agrupamento Pela tabela 36 chegamos ao valor de cabo de seção de 4mm2 corrente mais próxima de 32 A Para cálculo da capacidade de corrente 52 I 32 FCT FCA 32 087 x 080 223 A Utilizando a tabela abaixo para uma temperatura de 40C bipolar chegamos a um disjuntor de 25A Temperat ura Ambiente 20 30 40 50 Unipol ar Multipo lar Unipol ar Multipo lar Unipol ar Multipo lar Unipol ar Multipo lar Correntes Nominais I A 10 15 20 25 30 35 40 50 60 95 96 90 92 85 88 143 144 135 138 128 132 19 192 180 184 170 176 238 24 225 23 213 22 285 288 27 276 255 264 333 336 315 322 298 308 38 384 360 368 340 352 475 480 450 460 425 440 57 576 540 5520 510 5280 77 749 735 728 70 90 100 672 679 963 936 873 107 1040 970 Fonte CERVELINCAVALIN 2004 63 Iluminação Cabe aqui a apresentação dos tipos de circuito Circuito em série Circuitos em que todos os elementos encontram em série com a fonte de energia R2 Fonte de tensão R1 R3 53 R1 R2 e R3 são resistores ligados em série Em um circuito em série para calcularmos a corrente que passa podemos fazer o cálculo do resistor equivalente Requivalente R1 R2 R3 Se tivermo R1 10 Ω R2 30 Ω e R3 15 Ω Requivalente 10 30 15 55 Ω I V Requivalente No caso de R1 R2 e R3 cada tensão em cada resistor seria diferente V R x I Circuito Paralelo Todos os elementos estão em situação paralela com a fonte de energia Do mesmo modo para calcularmos a corrente resultante teremos que calcular a resistência equivalente do circuito No caso do circuito paralelo temos 1Requivalente 1R1 1R2 1R3 110 130 115 630 02 1Requivalente 02 Requivalente 102 5 Ω I V Requivalente I em cada resistor V R Iluminação Podemos substituir cada Resistor por uma Lâmpada onde teremos R2 Fonte de tensão R3 R1 54 Sendo L1 L2 L3 cada lâmpada do circuito Se a tensão de alimentação for 120V alternada cada lâmpada estando em paralelo terá a voltagem de 120V Vamos supor os seguintes valores L1 20 W L2 10 W L3 40 W a corrente que passará em cada lâmpada será de I PV para L1 20120 017 para L2 10120 008 para L3 40120 033 A corrente total poderá ser calculada de 2 modos I em L1 I em L2 I em L3 017 008 033 058A ou P totalV 201040120 70120 058A Para dimensionarmos o cabo elétrico deste circuito levamos em consideração este valor de corrente e as medidas padrão de cabos e disjuntores Nos circuitos em série a corrente vai ser única mas a tensão em cada lâmpada vai depender da potência de cada uma assim com calculamos com os resistores em série 64 Tomadas e Interruptores A instalação de tomadas de uso geral e uso específico seguem recomendações técnica baseados em Creder 2012 L2 Fonte de tensão L3 L1 55 Tomadas de uso geral Em banheiros pelo menos um ponto de tomada junto ao lavatório Em cozinhas copas áreas de serviço lavanderias pelo menos 1 ponto de tomada para cada 35 m Em subsolos garagens halls de escadarias varandas salas de máquinas bombas e similares com um ponto de tomada Nos demais cômodos ou dependências pelos menos 1 ponto de tomada para áreas menores que 6m² e para áreas maiores 1 ponto de tomada para cada 5m ou fração de perímetro Tomadas de uso específico Tomada com potência igual à potência nominal do equipamento com distanciamento de no máximo à 15m do local previsto do equipamento Os interruptores devem seccionar e ligar circuitos na linha fase do circuito 65 Esquema multifilar e unifilar É fundamental o conhecimento dos esquemas elétricos para a realização das instalações elétricas Simbologia dos condutores Condutor fase no interior do eletroduto Condutor neutro no interior do eletroduto Condutor de proteção terra no interior do eletroduto Condutor retorno no interior do eletroduto 56 O circuito é composto de uma lâmpada acionado por um interruptor Um esquema multifilar é composto da representação de todas as linhas do circuito juntamente com os dispositivos de manobra e consumo L1 fase N Neutro PE terra L1 N PE Esquema unifilar Apresenta somente uma linha representando um circuito com a simbologia do tipo do condutor O circuito é composto de uma lâmpada um interruptor e uma tomada Condutor Fase Condutor Retorno Condutor Neutro Lâmpada 9W 127 V Interruptor 9W 57 Esquema multifilar com instalação de interruptor lâmpada e tomada N2 L2 L1 N1 PE L1 e L2 Fase 1 e Fase 2 N1 e N2 Neutro PE Condutor proteção Esquema unifilar Condutor Fase Condutor Retorno Condutor Neutro Lâmpada 9W 127 V Interruptor ם ם ם ם ם Tomada L2 N2 PE 58 Conclusão Neste bloco foram dadas as situações básicas de instalações elétricas envolvendo iluminação tomadas e interruptores Estas informações servem de instruções para instalações residenciais e serviços rotineiros dentro de empresas como indústrias e comércio A segurança é o principal fator de uma instalação elétrica tanto para o operador quanto para as próprias instalações Em razão disto é fundamental o cumprimento de normas e legislação como a NBR 5410 para baixas tensões e a norma regulamentadora NR 10 REFERÊNCIAS BRASIL ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 5410 Instalações elétricas de baixa tensão Rio de Janeiro 2004 CERVELIN S CAVALIN G Instalações Elétricas Prediais 10ed São Paulo 2004 CREDER H Instalações Elétricas15 ed Rio de Janeiro LTC 2012 Mundo da Elétrica Como dimensionar cabos elétricos residenciais Disponível em httpsbitly2A8dCp8 Acesso em 12 jun 2020 9W 25 25 25