Instalações elétricas I

Curso técnico em eletrônica Ênfase em eletrotécnica Instalações elétricas I Marco Filipe A Rigueira E.E.T.I. Professor Fontes 24/02/2014 0

Sumário 1. Introdução... 2 2. Tensão alternada... 2 3. Simbologia utilizada em instalações elétricas... 4 4. Método de instalação de condutores... 8 4.1. Instalação Aparente... 9 4.2. Embutido... 10 4.3. Eletrocalha e perfilados... 11 4.4. Canaletas... 12 5. Levantamento de carga de uma instalação... 13 5.1. Levantamento da carga de iluminação... 13 5.2. Levantamento de cargas de tomada... 14 5.3. Levantamento da potência total e do tipo de fornecimento... 17 6. Critério para marcação dos pontos de iluminação, tomadas, QDC e divisão de circuitos. 19 6.1. Critério para marcação do QDC... 20 6.2. Critérios para marcação dos pontos de luz e tomadas... 22 6.3. Critérios para traçado dos eletrodutos... 24 6.4. Critérios para marcação dos condutores e divisão dos circuitos... 26 7. Dimensionamento e especificação de condutores... 29 7.1. Considerações Básicas sobre os Condutores... 30 7.2. Seção Mínima e Identificação dos Condutores de Cobre... 32 7.3. Cálculo da Seção dos Condutores... 33 7.4. Critério da capacidade de corrente... 35 7.5. Critério de queda de tensão (CQT)... 37 7.6. Dimensionamento da proteção do circuito elétrico... 39 7.6.1. Proteção contra choques elétricos... 42 7.6.2. Proteção contra sobretensão... 43 8. Dimensionamento dos eletrodutos... 43 9. Levantamento de materiais... 46 1

1. Introduçã o Na engenharia elétrica, a instalação elétrica é a matéria que lida com a transferência da energia elétrica proveniente de uma fonte geradora de energia (como um gerador ou uma usina hidrelétrica), sua transformação e seus pontos de utilização (como a tomada, um interruptor ou a lâmpada fluorescente). A instalação elétrica envolve as etapas do projeto e da implementação física das ligações elétricas, que garantirão o fornecimento de energia em determinado local (figura 1). Figura 1 - Exemplo de um quadro de distribuição de energia elétrica. 2. Tensã o ãlternãdã A corrente alternada (CA ou AC - do inglês alternating current), é uma corrente elétrica cujo sentido varia no tempo, ao contrário da corrente contínua cujo sentido permanece constante ao longo do tempo. A forma de onda usual em um circuito de potência CA é senoidal (figura 2) por ser a forma de transmissão de energia mais eficiente. Enquanto a fonte de corrente contínua é constituída pelos polos positivo e negativo, a de corrente alternada é composta por fases (e, muitas vezes, pelo fio neutro). Figura 2 - Tensão senoidal ou alternada (AC). 2

A tensão alternada possui a seguinte equação (1) V(t) = Vp sen ( 2π T Θ) V. (1) No sistema brasileiro (de baixa tensão), Vp=179,6 V e o tempo para um ciclo completo é T=16,67 ms. Sendo assim, a frequência dessa tensão (f = 1 ) vale f=60 Hz. T Para transmitir a tensão alternada são necessário 2 cabos. Um deles está carregado com a tensão alternada e é chamado de fase. O outro cabo possui tensão de 0V, é a referência para a fase e também serve de retorno para a corrente que chega desta fase. Este cabo é chamado de neutro. O sistema de geração brasileiro gera 3 fases e é chamado de sistema trifásico. A tensão senoidal é representada por um valor médio chamado valor Eficaz ou RMS. Em sistemas de baixa tensão, a tensão entre fase neutro vale VFN=127 Vrms. Podemos também alimentar cargas com apenas as fases. Neste caso a tensão entre as fases vale VFF=220 V. A quantidade de fases (monofásico, bifásico e trifásico) que uma edificação irá receber depende da potência demandada e está representada na figura 3. Figura 3 - fornecimento de energia para consumidores Tipo A, B e D. 3

3. Simbologiã utilizãdã em instãlãço es ele tricãs A norma NBR5444 Símbolos gráficos para instalações elétricas prediais contém toda a simbologia e está disponível no site da disciplina. Os símbolos foram feitos para serem usados em planta baixa (arquitetônica) do imóvel. Neste tipo de planta é indicada a localização exata dos circuitos de luz, de força, de telefone e seus respectivos aparelhos. A tabela 1 a seguir contém os principais símbolos que serão utilizados na disciplina. Tabela 1 - Princípais símbolos utilizados em instalações elpetricas. 4

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4. Me todo de instãlãçã o de condutores Após o lançamento dos pontos dos circuitos elétricos, devemos interligar estes pontos de cada circuito através de eletrodutos, a partir do Quadro de Distribuição de Circuitos - QDC, procurando respeitar algumas regras básicas: O traçado do circuito elétrico deverá, sempre que possível, seguir o caminho mais curto, indo até as tomadas de uso geral, luminárias, interruptores etc., evitando-se o retorno dos condutores no sentido do QDC; A interligação entre os diversos trechos dos circuitos sempre deverá ser feita através das caixas para luminárias, situadas no teto; Deve ser evitado o cruzamento entre os eletrodutos, para não comprometer a rigidez estrutural da laje; A distância máxima recomendável entre duas caixas consecutivas não deverá ultrapassar 15 m nos trechos retos. Esta distância deveráser reduzida de 3 m para cada curva de 90º intercalada no trecho; Caso passem no mesmo eletroduto condutores de dois ou mais circuitos diferentes, os mesmos deverão ser identificados tanto no eletroduto, como nos circuitos; Se necessário, poderá ser utilizado mais de um eletroduto de diâmetros menores, ao invés de um eletroduto de diâmetro maior, desde que não comprometa a passagem dos condutores elétricos, sendo portanto, de diâmetros equivalentes. Os eletrodutos são fabricados, normalmente, em varas de comprimento de 3 metros. A conexão entre duas peças deve ser feita através de luvas, de tal forma queseja assegurada a resistência mecânica do conduto. Os eletrodutos são fixados nas caixas retangulares, quadradas, octogonal, etc, através de buchas e arruela. As curvas de 45º ou 90o, quando utilizadas, deverão ser fixadas aos eletrodutos, através de luvas. 8

Figura 4 - Acessórios de instalação de eletrodutos. Em capítulos posteriores serão abordados os procedimentos para dimensionamento dos eletrodutos. 4.1. Instãlãçã o Apãrente Estes eletrodutos normalmente são produzido em PVC rígido (figura 7), aço galvanizado (figura 6) ou emborrachado com interior metálico, PEAD (figura 5) e são utilizados para instalações elétricas aparentes em indústrias e edificações para comércio e serviços (ver norma NBR 15465). Figura 5 - Eletroduto em PVC. Figura 6 Eletroduto em aço galvanizado. 9

Figura 7 - Eletroduto em PEAD. Ex. Rodoviárias, Hospitais, demais áreas comerciais, Aeroportos e Escolas (figura 8). Figura 8 - Exemplo de instalação aparente. 4.2. Embutido Este tipo de instalação é o mais comum (Figura 9). Pode ser instalado em alvenaria (figura 10) ou em construções de gesso acartonado (Dry wall). Os eletrodutos são em PVC e os acessórios podem ser metálicos ou em PVC. 10

Figura 9 - eletroduto embutido na laje (ainda não preenchida de concreto). Figura 10 - Eletroduto embutido na parede. 4.3. Eletrocãlhã e perfilãdos São instalações normalmente utilizadas no ramo comercial e industrial. Consistem em uma instalação sobre a alvenaria. Pode ser no teto (figura 11) ou no piso (figura 12), que no caso é coberto por um piso removível. 11

Figura 11 - eletrocalha no teto. 4.4. Cãnãletãs Figura 12 - eletrocalha em piso removível. Canaletas são utilizadas em situações onde a instalação embutida está pronta e torna-se necessário alguma alteração do leiaute (novas posições de mobiliários) ou mesmo um aumento do número de circuitos. Assim, para evitar obras em alvenaria, é comum realizar este tipo de instalação externa (figura 11). 12

Figura 13 - instalação de canaletas e acessórios como tomadas e caixas de passagem. 5. Levãntãmento de cãrgã de umã instãlãçã o O levantamento de carga (potências) é feito mediante uma previsão das potências mínimas de iluminação e tomadas a serem instaladas, possibilitando, assim, determinar a potência total prevista para a instalação elétrica residencial. A planta disponibilizada no site da disciplina será nosso exemplo para levantamento de carga e para o projeto até o final do curso. A partir do levantamento de carga, é possível prever o tipo de fornecimento de energia (2 fios, 3 fios ou 4 fios). 5.1. Levãntãmento dã cãrgã de iluminãçã o Conforme a norma NBR5410 as condições para se estabelecer a quantidade mínima de pontos de luz são: 13

Sobre a potência da instalação, as condições mínimas são: Obs.: A quantidade de pontos de luz deve ser dimensionada pelo projetista de acordo com as necessidades do leiaute de arquitetura. Por exemplo: se a potência total de iluminação de um cômodo é de 600 VA, pode-se separar em 2 pontos de luz de 300 VA A tabela 2 mostra um exemplo de um dimensionamento de iluminação. Tabela 2 Exemplo de dimensionamento de iluminação. 5.2. Levãntãmento de cãrgãs de tomãdã Existem dois tipos de tomadas: A tomada de uso geral (TUG) e a tomada de uso específico (TUE). As TUGs Não se destinam à ligação de equipamentos específicos e 14

nelas são sempre ligados: aparelhos móveis ou aparelhos portáteis. As TUEs são tomadas com valor específico de potência para atender uma carga especial como exemplo o chuveiro ou uma torneira elétrica. Conforme a NBR5410, as condições para se estabelecer a potência mínima de tomadas de uso geral (TUG s): Em cômodos menores que 6 m² e áreas molhadas devemos seguir as recomendações abaixo: 15

A quantidade de TUE s é estabelecida de acordo com o número de aparelhos de utilização que sabidamente vão estar fixos em uma dada posição no ambiente (Figura 14). Figura 14 - Exemplos de equipamentos que utilizam TUE. 16

NOTA: quando usamos o termo tomada de uso específico, não necessariamente queremos dizer que a ligação do equipamento à instalação elétrica irá utilizar uma tomada. Em alguns casos, a ligação poderá ser feita, por exemplo, por ligação direta (emenda) de fios ou por uso de conectores. Em resumo, para uma TUE devemos escolher sua localização de acordo com a posição do equipamento e devemos A tabela 3 mostra um exemplo de dimensionamento de tomadas TUG e TUE. Tabela 3 - Exemplo de levantamento de carga de TUE e TUG. 5.3. Levãntãmento dã pote nciã totãl e do tipo de fornecimento A partir do levantamento de carga de tomadas e iluminação, podemos prever a carga total da instalação. Para tal, devemos gerar uma tabela com todas as cargas de iluminação e tomadas de uso geral e específico. A tabela 4 representa um exemplo de um levantamento da carga total da instalação. 17

Os valores de potência de iluminação e tomadas estão na unidade de VA, conhecida como potência aparente. A potência aparente é a soma da potência ativa (dada em W) com a potência reativa (dada em VAr). Assim é necessário aplicar um fator de correção, chamado fator de potência, para se obter apenas a potência ativa. Abaixo é mostrado um exemplo para a obtenção do valor da potência ativa da iluminação e das tomadas. 18

Tabela 4 - Tabela de previsão da carga total a ser instalada. A partir da carga total da instalação podemos prever o tipo de fornecimento conforme mostrado no capítulo 2: Até 10 kw: Fornecimento do Tipo A, monofásico de 127V, a dois fios (fase e neutro). Acima de 10 kw e até 15 kw: Fornecimento do Tipo B, bifásico com 220 V (entre fases) e 127 V (entre fase e neutro), a três fios (fase-fase-neutro). Acima de 15 kw e até 75 kw. Fornecimento do Tipo D, trifásico com 220 V e 127 V, a 4 fios (fase-fase-fase-neutro). Acima de 75 kw os níveis de tensão e o tipo de fornecimento são diferentes e serão estudados posteriormente. 6. Crite rio pãrã mãrcãçã o dos pontos de iluminãçã o, tomãdãs, QDC e divisã o de circuitos 19

Após a previsão de carga vista no capítulo anterior e a simbologia apresentada no capítulo 2, os passos seguintes são as marcações, na planta, dos pontos de iluminação, tomadas e QDC. Após este processo, deverá ser feita a distribuição dos eletrodutos, e a divisão dos circuitos de iluminação e tomada com suas respectivas marcações na planta. 6.1. Crite rio pãrã mãrcãçã o do QDC Em toda edificação, a energia é distribuída de um ponto central, conhecido como quadro de distribuição de circuitos, ou QDC, a partir do qual são distribuídos os circuitos terminais. Estes circuitos terminais são um conjunto de cabos, tomadas, interruptores e disjuntor projetados para alimentar um conjunto especifico de iluminação ou tomadas; O QDC recebe os cabos do medidor de energia na parte externa da residência a partir dele ocorre a distribuição dos circuitos. A figura 15 representa um QDC e exemplos de distribuição de circuitos. Os disjuntores, que são dispositivos de proteção, ficam localizados sempre no QDC. Figura 15 - Representação de um QDC com exemplos de circuitos. 20

Algumas regras práticas são utilizadas para a locação do QDC (sua simbologia está descrita do capítulo 2): O QDC deverá ser feito de material metálico ou PVC e ser instalado em local de fácil acesso, preferencialmente no centro de cargas da instalação elétrica e possuir uma identificação do lado externo de seus componentes Dispositivos de Proteção e de Segurança e dos Circuitos Elétricos com as respectiva cargas Normalmente loca-se o QDC na cozinha, copa ou área de serviço e se possível atrás da porta. Deve ficar o mais próximo possível do medidor de energia. No Quadro de Distribuição de Circuitos QDC, deverão ser instalados os dispositivos de proteção para os respectivos circuitos (um para cada circuito). O QDC deverá conter/possibilitar a instalação de: 1. Barramentos para os condutores das Fases; 2. Terminal para ligação do condutor Neutro; 3. Terminal para ligação do condutor de Proteção (PE); 4. Disjuntores Termomagnéticos; 5. Dispositivos Diferencial-Residual DR; 6. Dispositivos contra sobretensões, etc. O Quadro de Distribuição de Circuitos QDC deve ser bem fechado, com o objetivo de evitar que as pessoas acidentem ao encostar acidentalmente ou manusear os dispositivos de segurança. Também deve possibilitar o enclausuramento (figura 16) das partes energizadas (conexões dos cabos com os dispositivos de proteção e de segurança, barramentos, etc.). Figura 16 - QDC com tampa metálica. Possibilita isolamento das partes energizadas e evita acidentes. A figura 17 representa a marcação de um QDC realizada na área de serviço, atrás da porta. 21

Figura 17 - Localização do QDC em uma residência; 6.2. Crite rios pãrã mãrcãçã o dos pontos de luz e tomãdãs A partir da simbologia do capítulo 2 e do levantamento de carga realizado no capitulo 5, devemos realizar o seguinte procedimento: 1. Realizar a marcação dos pontos de luz. Cada Cômodo pode ter quantos pontos de luz forem necessários, conforme a necessidade da arquitetura ou por experiência do projetista elétrico. Como no exemplo da figura 18, para cada cômodo, independente de quantos pontos de luz existirem, a soma de todos os pontos de luz deverá ser igual ao valor previsto para aquele cômodo no levantamento de carga. (Ou seja Ex. Se o quarto social tem 100 VA de potência de luz a soma de todos os pontos de luz tem que ser 100 VA).Na simbologia do ponto de luz há espaços para a marcação da potência do ponto luz, seu circuito de alimentação e seu respectivo comando de iluminação. No banheiro devem ser previstos além do ponto de luz do teto, um ponto de arandela acima da bancada da pia. Figura 18 - distribuição dos pontos de luz conforme necessidade do projeto e com a soma das potências de iluminação igual a potência prevista no levantamento de carga. 22

2. Em seguida, realizar a marcação dos comandos de iluminação (figura 19). Neste momento deve-se atentar para a necessidade e viabilidade da utilização do three way e four way, afim de se obter melhor conforto para o usuário final. O three way e o four way são indicados para utilização em escadas, quartos (porta e cabeceira da cama), grandes salas, comunicação entre garagem e salas. Há também a utilização de interruptores de duas ou mais seções para comandar pontos de luz de forma independente. Figura 19 - Exemplo de marcação de comando de iluminação (2 seções). A marcação das letras de identificação deverá ser feita posteriormente. four way. As figuras 20 e 21 representam exemplos de marcação de comandos tree way e Figura 20 - marcação do comando four way. Figura 21 - Marcação do sistema three way. 3. Após a marcação dos pontos de iluminação e comandos de iluminação em toda a planta, devemos realizar a marcação das tomadas. As potências e quantidade de tomadas já foram realizadas no levantamento de carga. Neste instante basta marcar os pontos nos locais orientados pelo projeto de arquitetura ou de acordo com a experiência do projetista. Normalmente, é comum instalar tomadas perto das portas, na mesma prumada do comando de iluminação. A simbologia pode ser verificada no capítulo 2. 23

Figura 22 - Marcação dos pontos de iluminação. A letra X corresponde a potência da tomada (conforme o levantamento de carga). A letra n corresponde ao número do circuito e será abordado mais a frente. 6.3. Crite rios pãrã trãçãdo dos eletrodutos Uma vez determinado o local para o circuito de distribuição, inicia-se o processo traçando-se eletrodutos aos pontos de luz mais próximos. Em seguida, interligamos os pontos de luz, formando uma rede. As principais regras são: Trace os eletrodutos procurando caminhos mais curtos evitando sempre cruzamento de tubulações e também o menor caminho de cada ponto de luz do circuito até o QDC; Evite que as caixas octogonais do teto estejam interligadas a mais de 6 eletrodutos (tentar usar no máximo 5 eletrodutos nesta disciplina); Evite que as caixas retangulares embutidas nas paredes se conectem com mais de 4 eletrodutos; Como decidir a saída do circuito (para qual direção / Cômodo), figura 23: o Achar o centro geométrico do circuito (centro da figura formada pelos cômodos deste circuito, representado por este símbolo); o Achar o centro de carregado circuito (representado por este símbolo); o Na direção destes 2 centros (não neles); Sair do QDC para o primeiro ponto de luz nesta direção será uma das melhores soluções. Todos os pontos de comandos de iluminação devem ser ligados ao respectivo ponto de luz. Sempre que possível, interligue tomadas e pontos de comando de luz pela parede. 24

Figura 23 - Exemplo de traçado de eletrodutos. A figura 24 representa o aspecto final de uma instalação de eletrodutos. Percebe-se as interligações entre pontos de luz, tomadas e comandos de iluminação. Figura 24 - Aspecto final de uma instalação de eletrodutos em uma construção. 25

6.4. Crite rios pãrã mãrcãçã o dos condutores e divisã o dos circuitos Após o traçado dos eletrodutos, devemos dividir os circuitos, separando-os por regiões e por limites de potência. Define-se circuito elétrico como o conjunto de equipamentos e fios, ligados ao mesmo dispositivo de proteção. O circuito de distribuição liga o QDC ao medidor e será abordado nos próximos capítulos. Os circuitos terminais (figura 25) partem do quadro de distribuição e alimentam diretamente lâmpadas, tomadas de uso geral e tomadas de uso específico. Figura 25 - Exemplo de uma instalação com circuitos terminais saindo do QDC e alimentando equipamentos. 26

Para o procedimento de divisão de circuitos que deve ser realizado a essa altura do projeto, devemos seguir as recomendações da NBR 5410 que são descritas a seguir: Prever circuitos de iluminação separados dos circuitos de tomadas de uso geral (TUG s). Prever circuitos independentes, exclusivos para cada equipamento com corrente nominal superior a 10 A. Por exemplo, equipamentos ligados em 127 V com potências acima de 1270 VA (127 V x 10 A) devem ter um circuito exclusivo para si. Exemplos: Chuveiro, Microondas, torneira elétrica e lavadora de louças; É comum separar os circuitode iluminação em área de serviço, quartos, área social e área externa. O mesmo é aplicado para os circuitos de tomadas. Eletricamente, deve-se seguir o seguinte critério de potência para divisão de circuitos de iluminação e tomadas (este critério evita que cabos muito grossos sejam utilizados.): Um circuito de iluminação pode ter no máximo 1270 VA. A partir desse valor, outro circuito deve ser criado dentro de uma mesma região. Por exemplo: se a soma da potência de iluminação da área de serviços for 2000 VA, devemos criar 2 circuitos de 1000 VA. Um circuito de tomada pode ter no máximo 1900 VA. A partir desse valor, outro circuito deve ser criado dentro de uma mesma região. Por exemplo: se a soma da potência de tomada dos quartos e banheiros for 3500 VA, devemos criar 2 circuitos de 1750 VA. Como exemplo de divisão de circuitos podemos ter: 27

Deve-se realizar uma lista com os cálculos de cada circuito, contendo seu número, sua potência total e sua região. Após este passo, pode-se marcar os condutores na planta e numerá-los de acordo com seu circuito. É importante seguir a simbologia conforme o capítulo 2, principalmente sobre a forma de identificação dos pontos de luz, tomadas e condutores em relação ao número do circuito, sua potência ou seu comando no caso de interruptores e pontos de luz. As figuras 26 à 29 são exemplos de traçados de plantas com tudo o que foi discutido até o momento.. Figura 26 - Distribuição dos condutores de alimentação de luz Figura 27 - Indicação dos comandos de iluminação. Figura 28 - Traçado de mais de um circuito, comandos de luz e identificação dos pontos. 28

Figura 29 - Traçado e identificação dos condutores de tomadas. 7. Dimensionãmento e especificãçã o de condutores Os metais são condutores de corrente elétrica. Entretanto, determinados metais conduzem melhor a corrente elétrica do que outros, ou seja, alguns oferecem menor resistência àpassagem da corrente elétrica. A resistência elétrica de um condutor pode ser expressa pela fórmula: Observação: O inverso da resistência elétrica, tem o nome de Condutividade. Os metais mais usados para condução de energia elétrica são: Prata - utilizada em pastilhas de contato de contatores, relés, etc; Resistividade média é 0,016 Ωmm 2 /m a 20ºC; Cobre - utilizado na fabricação de fios em geral e equipamentos elétricos (chaves, interruptores, tomadas, etc). Resistividade média do cobre duro é 0,0179 Ωmm 2 /m a 20ºC; 29

Alumínio - utilizado na fabricação de condutores para linhas e redes por ser mais leve e de custo mais baixo. Os condutores de alumínio podem ser de: o CA alumínio sem alma de aço o CAA - alumínio enrolado sobre um fio ou cabo de aço ( alma de aço ) Resistividade média é 0,028 Ωmm 2 /m a 20ºC. Observação: Comparando os valores de resistividade do cobre e alumínio, pode ser verificado que o cobre apresenta menor resistividade, consequentemente para uma mesma seção (mm 2 ), os condutores de cobre, conduzem mais corrente elétrica e possuem menor queda de tensão ao longo do cabo. 7.1. Considerãço es Bã sicãs sobre os Condutores Os condutores de metal podem ter os seguintes tipos de formação (figura 30): Fio formado por um único fio sólido (chamado de classe 1); Cabo formado por encordoamento de diversos fios sólidos (chamado de classe 2). Figura 30 - Tipos de condutores: Fio e cabo. Esses condutores podem ser isolados ou não: Isolação é um termo qualitativo referindo-se ao tipo do produto da capa para isolar eletricamente o condutor de metal; Isolamento é quantitativo, referindo-se à classe de tensão para a qual o Condutor foi projetado; Quando o condutor não tem isolação (capa) é chamado de condutor Nu. Figura 31 - Tipos de isolação. 30

A camada de isolação de um condutor, pode ser de compostos termoplásticos como o PVC (Cloreto de Polivinila) ou por termofixos (vulcanização) como o EPR (Borracha Etilenopropileno) e o XLPE (Polietileno Reticulado) etc. Os condutores isolados são constituídos em dois tipos: à prova de tempo e para instalações embutidas. Os primeiros só podem ser usados em instalações aéreas, uma vez que a sua isolação não tem a resistência mecânica necessária para a sua instalação em eletrodutos. Os outros podem ser usados em qualquer situação. A escala de fabricação dos condutores adotada no Brasil é a série métrica onde os condutores são representados pela sua seção transversal (área) em mm 2. Normalmente são fabricados condutores para transportar a energia elétrica nas seções de 0,5 mm 2 a 500 mm 2. Os fios são geralmente encontrados até a seção de 16 mm 2. A Norma vigente, a NBR 5410/2004 preveem instalações de baixa tensão, o uso de condutores isolados (unipolares e multipolares) e cabos nus (utilizados principalmente em Aterramentos, ver subitem 4.4.1 página 97). Um Condutor Isolado é constituído por um fio ou cabos recoberto por uma isolação (Figura 32). Um Cabo Unipolar é constituído de um condutor isolado recoberto por uma camada para a proteção mecânica, denominada cobertura. Figura 32 - Condutores isolados. Um Cabo Multipolar (figura 33) é constituído por dois ou mais condutores isolados, envolvidos por uma camada para a proteção mecânica, denominada também, de cobertura. 31

Figura 33 - Cabo multipolar. Um Cabo Nu (figura34) é constituído apenas pelo condutor propriamente dito, sem isolação, cobertura ou revestimento. Figura 34 - Cabo Nu. 7.2. Seçã o Mí nimã e Identificãçã o dos Condutores de Cobre As seções mínimas dos condutores de cobre para a Fase, o Neutro e para o condutor de Proteção (PE), definas pela Norma NBR 5410/2004, deverão ser: a) Seção mínima para condutor Fase Circuito de Iluminação: 1,5 mm 2 Circuito de Força - Tomadas de Uso Geral ou Específico: 2,5 mm 2 Observações: Nos cordões flexíveis para ligação de aparelhos eletrodomésticos, abajures, lustres e aparelhos semelhantes, poderão ser usados, o condutor de 0,75 mm 2 ; A seção correta do condutor de cobre, deverá ser calculada conforme discutido mais a frente. b) Condutor Neutro: Este condutor, deve possuir a mesma seção (mm 2 ) que o condutor Fase, nos seguintes casos: Em circuitos monofásicos a 2 e 3 condutores e bifásicos a 3 condutores, qualquer que seja a seção (mm 2 ); Em circuitos trifásicos, quando a seção dos condutores Fase for inferior a 25 mm 2 ; Em circuitos trifásicos, quando for prevista a presença de harmônicas, qualquer que seja a seção (mm 2 ). 32

Observação: A Norma vigente, a NBR 5410/2004, estabelece também, outro modo para o dimensionamento do condutor Neutro, que não se aplica nesse Manual. Em caso de dúvidas, deve-se consultar a Norma. c) Condutor de Proteção (PE): este condutor, deverá ser dimensionado de acordo com a Tabela 5: Tabela 5 Dimensionamento do condutor PE. A identificação dos condutores Fase, Neutro e Proteção, é feita através de cores padronizadas da Isolação, com o objetivo de facilitar a execução e/ou manutenção/reforma na instalação elétrica, bem como, aumenta a segurança da pessoa que está realizando a instalação elétrica. A Norma NBR 5410/2004 determina que os condutores isolados devem ser identificados pela cor da Isolação, conforme a sua função: Condutor Neutro: a isolação deve ser sempre na cor azul claro; Condutor de Proteção (PE): a isolação deve ser na cor dupla verde amarela ou somente verde. Condutor Fase: a isolação deverá ser de cores diferentes dos condutores Neutro e o de Proteção (PE). Por exemplo: usar isolação de cores vermelha e/ou preta. Nota: Em nenhuma hipótese, podem ser trocadas essas cores. Exemplo: os cabos com isolação verde-amarela não podem ser utilizados como condutor Fase. 7.3. Cã lculo dã Seçã o dos Condutores Para a determinação da seção (mm2) mínima dos condutores, dois critérios básicos deverão ser adotados: 1. Critério de capacidade de Corrente 2. Critério de Queda de Tensão. 33

IMPORTANTE: Os dois critérios deverão ser feitos separadamente. O condutor a ser adotado, deverá ser o de maior Seção (mm 2 ). É importante observar que a seção mínima admissível dos condutores para instalações elétricas residenciais, é aquela definida na seção 7.2. Portanto, após a elaboração dos dois critérios, caso se chegue a um condutor de menor (mais fino) seção (mm 2 ) do que aquele recomendado, deverá ser adotado o condutor indicado na seção 7.2. Ao circular uma corrente elétrica em um condutor, ele aquece e o calor gerado é transferido para o ambiente em redor, dissipando-se. Se o condutor está instalado ao ar livre a dissipação é maior. Caso o condutor esteja instalado em um eletroduto embutido na parede, a dissipação do calor é menor. Quando existem vários condutores no mesmo eletroduto embutido, as quantidades de calor, geradas em cada um deles se somam aumentando ainda mais a temperatura dentro desse eletroduto. Os condutores são fabricados para operar dentro de certos limites de temperatura, a partir dos quais começa a haver uma alteração nas características de Isolação/Isolamento, que deixam de cumprir as suas finalidades. A Tabela 6 (da Norma NBR 5410/2004) a seguir, mostra as temperaturas características de condutores utilizados em instalações elétricas residenciais. Tabela 6 - Temperaturas características de condutores. A Norma da ABNT, NBR 5410/2004 define que os condutores com isolamento termoplástico, para instalações residenciais, sejam especificados para uma temperatura de trabalho de 70ºC (PVC/70ºC) e as tabelas de capacidade de condução de corrente, são calculadas tomando como base este valor e a temperatura ambiente de 30ºC. A maneira segundo a qual os condutores estarão instalados influenciará na capacidade de troca térmica entre os condutores e o ambiente, e em consequência, na capacidade de condução de corrente elétrica dos mesmos. Quanto melhor as condições dos condutor dissipar o calor, maior poderá ser a corrente transportada por ele. Utilizaremos em nosso projeto a maneira mais usual em instalações residenciais/prediais, que é: Condutores unipolares em eletroduto embutido em alvenaria (tabela 33 da página 90 da NBR-5410 Out/2004). 34

7.4. Crite rio dã cãpãcidãde de corrente Primeiramente deve-se calcular a corrente em cada circuito e em seguida aplicar os fatores de correção, FCT e FCNC, quando necessário. (Cada circuito terá o mesmo condutor em toda sua extensão). Para análise, como se fossem circuitos monofásicos, tem -se: I circuito = S V (1) onde S é a potência em VA do circuito e V é a tensão do circuito. Será necessário aplicar fatores de correção aos valores calculados de corrente de cada circuito, de forma a adequar cada caso específico às condições para as quais foram elaboradas as tabelas de condução de corrente. São basicamente duas as correções: uma em função do número de circuitos dentro de um mesmo eletroduto e outra em função da temperatura ambiente. A corrente de projeto (I projeto ) será então: I projeto = I circuito FTC X FCNC (2) onde FTC é o fator de correção de temperatura e FCNC é o fator de correção para um grupo de circuitos em um mesmo eletroduto. Os fatores de correção de temperatura (sem levar em conta a radiação solar) e o fator de correção para grupo de circuitos num mesmo eletroduto são obtidos nas tabelas 7 e 8. Tabela 7 - Tabela de fatores de correção de temperatura. 35

Tabela 8 - Tabela de fator de correção para grupo de circuitos num mesmo eletroduto Os fatores de agrupamento de circuitos (FCNC) e de temperatura (FCT) devem ser aplicados para se evitar um aquecimento excessivo dos fios quando se agruparem vários circuitos num mesmo eletroduto ou se a temperatura ambiente for diferente da especificada nas tabelas de capacidade de condução de corrente. Quando temos uma corrente de projeto menor ou igual a 30% do valor da Tabela 9, poderemos desconsiderar esse circuito para ser contabilizado no FCNC, pois ele não apresentará problema de aquecimento (entretanto ocupará espaço no eletroduto). A seguir apresenta-se a Tabela 9 (Conforme Tabela 36 da 5410 pg 101, método B1) referente a capacidade de condução de corrente de condutores de cabos de cobre com isolação de PVC, instalados em eletrodutos embutidos em alvenaria (apenas um circuito dentro do eletroduto) numa temperatura ambiente de 30º C. Tabela 9 - Capacidade de condução de corrente de condutores de cabos de cobre com isolação de PVC Segue abaixo um exemplo para o dimensionamento de um chuveiro em uma projeto residencial: Seja a potência do chuveiro S = 4500 VA e sua tensão V = 220 V, temos: 36

Considerando que de todos os eletrodutos em que este circuito está passando o eletroduto com maior número de circuitos seja 3 circuitos e ainda que, a temperatura ambiente é de 30 º C, a corrente de projeto será FCT (30 º C) = 1,0 e FCNC (3) = 0,70 (TABELAS 7 e 8): Observe que houve um acréscimo de 43% na corrente do projeto devido ao agrupamento de circuitos no eletroduto, levando a escolha de condutores de #4,0 mm 2, o qual é o mínimo condutor da tabela 9 que suporta esta corrente de projeto. 7.5. Crite rio de quedã de tensã o (CQT) Os equipamentos elétricos (eletrodomésticos, chuveiros, etc.) são projetados para trabalharem a determinadas tensões, com reduzida tolerância. Entre o ponto de fornecimento de energia e o ponto de utilização ocorre uma queda de tensão nos condutores, devido à resistência elétrica dos mesmos. Estas quedas são função da distância entre a carga e o ponto de fornecimento. Quando as quedas são elevadas, os equipamentos receberão uma tensão inferior aos valores nominais e isto é prejudicial ao seu desempenho, podendo reduzir a sua vida útil. As quedas de tensão admissíveis são dadas em porcentagem da tensão nominal ou de entrada em relação ao padrão da concessionária. Pela norma NBR-5410:2004, para instalações alimentadas diretamente por um ramal de baixa tensão, a partir da rede de distribuição pública de baixa tensão, a queda admissível é de 4% (Conforme item 6.2.7.2 da 5410 pág. 115). Esta queda deve ser dividida entre o alimentador principal e os demais circuitos. É usualmente sugerido quedas iguais para o alimentador principal e os demais circuitos, como mostrado na figura 35. Figura 35 - Queda de tensão admissível em tomadas de uma instalação predial. 37

Para o dimensionamento dos condutores utilizando o critério de queda de tensão existem vários métodos de cálculo. Utilizaremos o método VA x m que é simples e produz uma boa aproximação para condutores de diâmetros pequenos como os usados em instalações residenciais/prediais. Para um condutor de resistividade ρ e área A e para uma queda máxima de tensão do quadro de distribuição à carga de 2%, podemos então construir a tabela 10, utilizando a equação abaixo. Tabela 10 - Tabela para o método de queda de tensão VA.m. Os passos para a realização do cálculo do CQT são dados a seguir: Medir com o escalímetro na planta a distância d entre o quadro de distribuição (QDC) e a tomada ou ponto de luz mais longe deste QDC, somando-se também o caminho do eletroduto subindo na parede (figura 36). Verificar a tensão de alimentação se é 127 V ou 220 V. Verificar a potência S do circuito dada em VA. Isto foi calculado na divisão dos circuitos, sendo aproximadamente 1270 VA para luz e 1900 VA para tomadas. Realizar a multiplicação S X d e verificar na tabela qual o cabo correspondente. Deve-se tomar cuidado para não se confundir a coluna da tensão de 127 V com a de 220 V. 38

Figura 36 - Distâncias entre pontos de luz e tomadas e o teto. Estes valores devem ser somados a distância do ponto ao QDC para obtenção de d. Figura 37 - Igual a figura 36, porém para eletrodutos embutidos no piso. O dimensionamento do cabo será então a maior bitola calculada entre o critério de capacidade de corrente e o critério de queda de tensão. 7.6. Dimensionãmento dã proteçã o do circuito ele trico 39

A NBR 5410 estabelece prescrições fundamentais destinadas a garantir a segurança de pessoas, de animais domésticos e de bens, contra os perigos que possam resultar de utilização das instalações elétricas. As sobre correntes são correntes elétricas cujos valores excedem o valor da corrente nominal ou valor de funcionamento normal do equipamento. Elas podem ser pouco superiores à corrente nominal (correntes de sobrecarga) ou muito superior por ocasião de uma falta (correntes de curto-circuito). Em instalações residenciais utilizam-se normalmente disjuntores termomagnéticos em caixas moldadas ("quick-lag"), para proteger os diversos circuitos contra eventuais sobrecargas ou curtos-circuitos. De construção compacta (figura 38), possuem acionamento manual e são equipados com disparadores eletromagnéticos que atuam em caso de curto-circuito e disparadores térmicos que atuam em caso de sobrecarga. São usados, portanto, para a proteção e manobra de circuitos de distribuição, montados em quadros de distribuição padronizados. Figura 38 - Exemplos de Disjuntores termomagnéticos. Para o dimensionamento do disjuntor, devemos seguir os seguintes passos: Especificar o tipo de disjuntor de acordo com o número de fases: monofásico, bifásico ou trifásico. Calcular a corrente do circuito a partir do valor da potência S do circuito (este valor foi obtido no momento da divisão do circuito) utilizando-se a seguinte fórmula: I circuito = S circuito (em VA) V circuito (em V) A A corrente do disjuntor deverá ser maior ou igual e o mais próxima possível da corrente do circuito. A figura 39 possui os valores nominais de disjuntores. I Disjuntor I circuito 40

Figura 39 - Correntes de interrupção de disjuntores. Por último deve-se especificar a classe do disjuntor conforme a figura 40. Figura 40 - Classe de sensibilidade do disjuntor. A norma de proteção estabelece que os disjuntores de curva B devem atuar para correntes de curto-circuito entre três e cinco vezes a corrente nominal. Enquanto isso, os de curva C atuam entre cinco e dez vezes a corrente nominal e, por fim, os disjuntores de curva D devem responder para correntes entre dez e vinte vezes a corrente nominal. Os disjuntores de curva B são indicados para cargas resistivas com pequena corrente de partida, como é o caso de aquecedores elétricos, fornos elétricos e lâmpadas incandescentes. Já os de curva C são indicados para cargas de média corrente de partida, como motores elétricos, lâmpadas fluorescentes e máquinas de lavar roupas. Por fim, os disjuntores de curva D são indicados para cargas com grande corrente de partida, a exemplo de transformadores BT/BT (baixa tensão). 41

7.6.1. Proteçã o contrã choques ele tricos É previsto um sistema de aterramento para a instalação onde todas as massas devem ser conectadas à terra (figura 41). É obrigatória, também, a utilização de dispositivos diferenciais de alta sensibilidade. Na prática todos os circuitos apresentam uma corrente de fuga, limitada a valores mínimos, devido à inexistência real de isolação perfeita. O que o dispositivo diferencial faz é supervisionar a existência de corrente de fuga no circuito ao qual está conectado e atuar, provocando o seccionamento da alimentação do circuito, sempre que o valor desta corrente for superior a um valor preestabelecido. Comercialmente os dispositivos diferenciais são fornecidos em módulos acoplados elétrica e mecanicamente a disjuntores termomagnéticos, constituindo portanto um único dispositivo. Desta forma, garante-se em um mesmo dispositivo, a proteção dos condutores contra sobrecargas e curtos-circuitos e a proteção das pessoas contra choques. Em instalações residenciais em locais molhados, em particular banheiros e piscinas, é obrigatório a utilização de dispositivos diferenciais. Figura 41 - Esquema de aterramento. 42

7.6.2. Proteçã o contrã sobretensã o Numa instalação residencial as causas mais frequente das sobretensões são os fenômenos atmosféricos. A tendência dos raios é atingir a superfície da Terra. Estando a sua ocorrência, a princípio, fora do controle da ação humana, pois são fenômenos da natureza. Trata-se então de procurar oferecer um ponto de captação, um percurso seguro e um sistema de escoamento das descargas elétricas de origem atmosférica de forma a evitar ou reduzir os seus efeitos perigosos. Este é então o princípio fundamental dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas. O projeto e a instalação de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas não são objetivos de estudo nesta disciplina. 8. Dimensionãmento dos eletrodutos Dimensionar eletrodutos é determinar o tamanho nominal do eletroduto para cada trecho da instalação. Tamanho nominal do eletroduto é o diâmetro externo do eletroduto expresso em mm e padronizado por norma. O tamanho dos eletrodutos deve ser de um diâmetro tal que os condutores possam ser facilmente instalados ou retirados. Para tanto é obrigatório que os condutores não ocupem mais do que 40% da área útil dos eletrodutos (figura 42). Figura 42 - Condutores no eletrodutos. 60% do espaço deve ser livre para facilidade de instalação e também para resfriamento. Para se dimensionar os eletrodutos de um projeto elétrico, é necessário ter: 43

O procedimento a ser seguido é o seguinte: Na planta do projeto, para cada trecho do eletroduto devemos: 1. Contar o número de condutores em cada trecho; 2. Verificar qual a maior seção destes condutores; De posse destes valores devemos consultar a tabela 11 para se obter o tamanho nominal do eletroduto adequado a este trecho. Tabela 11 - Tabela de eletrodutos X seção de cabo e número de condutores no eletroduto. O exemplo abaixo ilustra o dimensionamento de um trecho de eletroduto. 44

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9. Levãntãmento de mãteriãis Para a execução do projeto elétrico residencial, deve-se realizar o levantamento de todo o material utilizado na obra. Isto significa medir, contar e somar todo o material que está representado na planta do projeto. A tarefa consiste em medir o quanto de eletroduto e cabos serão utilizados, contar todas as caixas, comandos e tomadas. Para a medida dos eletrodutos e cabos, deve proceder da seguinte forma: Medir cada trecho de eletroduto diretamente na planta, através do escalímetro (figura 43); Somar e estas medidas, a distância entre a laje e a caixa do comando de iluminação, tomada ou o próprio QDC (figura 44 e figura 45). Quando o eletroduto for embutido no piso, deve-se somar distância entre piso e caixa conforme a figura 46. Figura 43 - Medida horizontal da planta. É feita com o escalímetro. 46

Figura 44 - Valores a serem descontados do pé direito, para serem somado a medida horizontal e se obter o comprimento total do eletroduto e cabos. Figura 45 - Exemplo de cálculo de eletroduto e cabo na descida. O exemplo é da caixa de tomada que fica a 2,20 m do piso. 47

Figura 46 - Medidas verticais dos eletrodutos que sobem pelo piso. Deve-se somar todo o trecho dos eletrodutos e assim pode-se obter o comprimento total deste eletroduto e do cabo utilizado. Após esta medida, basta contar o número de caixas (figura), tomadas e comandos de iluminação (figura). Figura 47 - caixas de derivação. Figura 48 - Tomadas, interruptores e conjuntos. 48

A tabela representa uma lista de material de uma projeto residencial. Tabela 12- Lista de material de um projeto elétrico residencial. 49