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Engenharia

Instalações Elétricas

By 14 de janeiro de 2019 No Comments

Esta aula tem como objetivo descrever os conceitos mais importantes concernentes a Instalações Elétricas para concursos de engenharia civil. O material é baseado na NBR 5410:2004 corrigida 2008 e nos resumos preparados para consolidação do conhecimento da matéria ao longo dos anos.

Considerações Iniciais

As instalações elétricas devem privilegiar a adoção de soluções, caso a caso, que minimizem o consumo de energia, entre elas a utilização de luminação e ventilação natural e de sistemas de aquecimento baseados em energia alternativa.

Tais recomendações devem também ser aplicadas aos aparelhos e equipamentos utilizados durante a execução da obra e no uso do imóvel (guinchos, serras, gruas,aparelhos de iluminação, eletrodomésticos, elevadores, sistemas de refrigeração etc.). Estudaremos agora o diagrama unifilar, que é um desenho que utilizando simbologia específica, representa graficamente uma instalação elétrica, indicando, sobre a planta arquitetônica:

  • os pontos de luz e as tomadas;
  • a posição dos eletrodutos;
  • a localização dos quadros de distribuição;
  • a divisão dos circuitos;
  • o número e a caracterização dos condutores dentro dos eletrodutos.

Tanto aspectos do circuito elétrico como do caminhamento físico da instalação são contemplados no diagrama unifilar.

O traçado dos eletrodutos deve ser estudado de forma a minimizar as quantidades de materiais a serem utilizados, e evitando interferências com as outras instalações prediais (água, esgoto, gás, etc) e elementos estruturais da construção. Deve-se também atentar para os problemas de execução e manutenção futuros, por exemplo, evitando-se o excesso de eletrodutos e de condutores em caixas de derivação, reduzindo-se os cruzamentos de eletrodutos no interior das paredes e lajes, posicionando as caixas em lugares de fácil acesso, etc.

As caixas de passagem próximas dos quadros de distribuição tendem, normalmente, a receber um grande número de condutores. Isso deve ser evitado com a instalação de um maior número de eletrodutos saindo do quadro de distribuição, podendo-se desse modo aliviar os eletrodutos, dividindo-se os condutores entre eles.

Quanto ao circuito elétrico, o diagrama unifilar deve indicar para cada carga (ponto de luz, tomada, ou aparelho específico), os correspondentes elementos básicos:

  • fonte (ponto de suprimento ou quadro de distribuição);
  • circuito parcial a que pertence;
  • pontos de comando (interruptores e chaves associados);
  • condutores associados.

Para ilustrar esse conceitos, considera-se uma fonte (fase e neutro) e uma lâmpada, que deve ser comandada por um interruptor, conforme mostrado na figura abaixo:

Nota-se que, embora à primeira vista o interruptor (1-2) poderia inserir- se no trecho do circuito Fase/Lâmpada (entre os pontos F e 3) ou no circuito Neutro/Lâmpada (entre os pontos N e 4), é obrigatório, por norma, inseri-lo no trecho que contém a fase (F). Isto ocorre para que se garanta maior segurança na manutenção da luminária, mantendo-a com o potencial do neutro, quando o interruptor estiver aberto. Caso se interrompesse o neutro, o potencial da lâmpada seria sempre igual ao da fase, o que não é conveniente.

Há uma nomenclatura própria para os três condutores que constituem os três trechos do circuito:

  • O condutor do trecho F/1, é designado por condutor FASE ou simplesmente FASE e está sempre no potencial da fase (110V, 115V, 127V ou 220V);
  • O condutor do trecho N/4, é designado por condutor NEUTRO ou simplesmente NEUTRO, e está no potencial do neutro quando a lâmpada está desligada e muito próximo dele quando a lâmpada esta energizada.
  • O condutor do trecho 2/3, é designado por retorno e ora está no potencial do neutro quando a lâmpada está desligada, ora está no potencial da fase quando a lâmpada estiver acesa.

Nota-se que podem ocorrer situações particulares em que circuitos são alimentados por duas fases, ao invés de uma fase e um neutro. Neste caso, esses dois trechos são designados por fase, e necessariamente há a interrupção de uma fase pelo interruptor.

Todos os elementos que compõem o diagrama unifilar de uma instalação elétrica são representados por simbologias específicas, determinadas pelas Normas Brasileiras. Além dessa simbologia existem outras que, embora não sejam padronizadas por norma, têm uso corrente. A figuras abaixo apresentam as principais simbologias utilizadas.

 

Em uma instalação elétrica predial há vários tipos de comandos que controlam os pontos de luz, destacando-se:

  • comando simples;
  • comando de vários pontos de luz de um só ponto;
  • comando de um ponto (ou mais pontos) de luz por 2 pontos;
  • comando de um (ou mais pontos) de luz por mais de 2 pontos, os quais passam     a ser descritos a seguir, supondo-se que a fonte é constituída por uma fase e neutro:

O comando simples é o comando mais utilizado, sendo composto por um interruptor simples que comanda um ponto de luz. O circuito e o diagrama unifilar correspondente são apresentados na figura abaixo:

Em comando de vários pontos de luz por um só ponto empregam-se chaves interruptoras duplas ou triplas, inseridas em circuitos análogos aos do item anterior. A figura abaixo apresenta, a título ilustrativo, 3 pontos de luz de um salão comandados por apenas um ponto.

O comando de um ponto de luz a partir de dois pontos utiliza os interruptores “paralelos”, conforme ilustrado no circuito elétrico da figura abaixo:

Note que o circuito da figura abaixo, apesar de funcionar, não deve ser utilizado, uma vez que não respeita a norma, pois em certos estados dos interruptores, a lâmpada permanece desligada submetida à tensão de fase.

Além disso, a diferença de potencial nos terminais do interruptor, em determinadas situações, é igual à d.d.p. fase/neutro, transgredindo as suas especificações.

A utilização conjugada de interruptores four-ways e paralelos permite o comando de um ponto de luz por 3 ou mais pontos, conforme mostra a figura abaixo. Note que a medida que se insere mais um interruptor four-ways nos circuitos dos retornos, obtém-se mais um ponto de comando.

Consideremos então um exemplo que, em uma ligação de dois interruptores para controlar uma lâmpada (ligação de interruptor em paralelo ou threeway), sejam utilizados dois interruptores apropriados com 3 polos — o polo do meio fecha o circuito com os polos extremos. Considere, ainda, que um interruptor tenha polos A, B e C (sendo B o polo do meio) e o outro tenha polos D, E e F (sendo E o do meio) e que a lâmpada tenha polos G e H, sendo, ainda, N o neutro e P a fase. Nessa situação, para a ligação em paralelo funcionar adequadamente, seria correto ligar H a N; G a E; A a D; C a F; e B a P.

Inicialmente vamos ilustrar a correta instalação de dois disjuntores Three Way:

O importante é que um interruptor esteja ligado pelo polo do meio na fase e outro pólo na lâmpada.

Consideremos agora um outro exemplo baseado nos dados e o croqui a seguir, o qual representa parte de uma instalação elétrica monofásica com tensão de 127 V:

Os interruptores indicados destinam-se exclusivamente ao acionamento do ponto externo I. Os pontos de iluminação internos são acionados por outros interruptores que não estão representados no croqui.

Não considerando o terra (proteção) e sabendo que a fase desce no ponto IV, passam pelo trecho II-III 3 retornos. Isso se deve ao fato que temos conjugados dois interruptores paralelos  e um intermediário. Então entre II e III temos 3 retornos, como mostra o diagrama unifilar abaixo. (mudei as cores dos retornos para facilitar a visualização)

Outro ponto importante é a locação dos pontos de consumo, que consiste na marcação em plantas, em escalas adequadas, dos quadros de distribuição, pontos de iluminação, tomadas de uso geral, tomadas para aparelhos específicos e interruptores.

São condições para se estabelecer a quantidade mínima de pontos de luz:

  • Prever pelo menos um ponto de luz no teto, comandado por um interruptor de parede.
  • admite-se que este ponto seja substituído por ponto na parede em espaços sob escada, depósitos, despensas, lavabos e varandas, desde que de pequenas dimensões e onde a colocação do ponto no teto  seja de difícil execução ou não conveniente.
  • A norma não define o que quer dizer “pequenas dimensões” nem dá dicas de como definir “difícil execução” ou “não conveniente”. Todas estas aberturas no texto ficam a cargo da interpretação de cada um.
  • Arandelas no banheiro devem estar distantes, no mínimo, 60 cm do limite do boxe.

As condições para se estabelecer a potência mínima de iluminação é feita em função da área do cômodo da residência:

Importante: a NBR não estabelece critérios para iluminação de áreas externas em residências, ficando a decisão por conta do projetista e do cliente.

O Método de cálculo de iluminação de interiores das cavidades zonais se baseia na ‘teoria de transferência de fluxo’ e só se justifica quando aplicado a instalações de alto padrão técnico, em que é exigida maior precisão de cálculos.

Pontos de tomada é definido como o ponto de utilização em que a conexão do equipamento ou equipamentos a serem alimentados é feita através de tomada de corrente.

A norma esclarece ainda que um ponto de tomada pode conter uma ou mais tomadas de corrente. A idéia neste caso é estimular a presença de um número adequado de tomadas de corrente nos diversos cômodos de forma a reduzir ao máximo a utilização de benjamins ou tês.

Ponto de tomada com 4 tomadas 2P+T (modelo conforme NBR 14136)

 

A norma define o número mínimo de pontos de tomadas que devem ser previstos num local de habitação. Os critérios estabelecidos são:

  • Banheiros: pelo menos um ponto de tomada próximo ao lavatório.
  • Cozinhas, copas, copas-cozinhas, áreas de serviço, cozinha-área de serviço, lavanderias e locais análogos: no mínimo um ponto de tomada para cada 3,5 m, ou fração, de perímetro. Acima da bancada da pia devem ser previstas no mínimo duas tomadas de corrente, no mesmo ponto ou em pontos distintos.
  • Varandas: deve ser previsto pelo menos um ponto de tomada, admitindo-se que este ponto de tomada não seja instalado na própria varanda, mas próximo ao seu acesso,quando a varanda, por razões construtivas, não comportar o ponto de tomada, quando sua área for inferior a 2 m2 ou,ainda, quando sua profundidade for inferior a 80 cm.
  • Salas e dormitórios: devem ser previstos pelo menos um ponto de tomada para cada 5 m ou fração de perímetro, sem especificar a área mínima de 6 m2.
  • Sala de estar: recomendações específicas para este local, que geralmente abriga diversos eletroeletrônicos. Além da quantidade mínima de pontos de tomada conforme parágrafo anterior, a norma alerta que existe a “possibilidade de que um ponto de tomada venha a ser usado para alimentação de mais de um equipamento, sendo recomendável equipá-lo, portanto, com a quantidade de tomadas julgada adequada”. Mais uma vez o texto deixa a cargo do profissional o julgamento sobre a quantidade adequada de tomadas. Como sempre, o bom senso deve prevalecer.
  • Demais cômodos: requer que sejam previstos, pelo menos, um ponto de tomada, se a área do cômodo ou dependência for igual ou inferior a 2,25 m2, admitindo-se     que, em função da reduzida dimensão do local, esse ponto seja posicionado externamente ao cômodo ou dependência, a até 80 cm de sua porta de acesso. Quando a área do cômodo ou dependência for superior a 2,25 m2 e igual ou inferior a 6 m2, exige-se, no mínimo, um ponto de tomada. E nos casos de cômodos com área superior a 6 m2, vale a regra de um ponto de tomada para cada 5 m, ou fração, de perímetro.

Uma vez determinada a quantidade de pontos de tomada, é preciso atribuir as potências em VA para estes pontos. A norma diz que a potência a ser atribuída a cada ponto de tomada é em função dos equipamentos que ele poderá vir a alimentar e não deve ser inferior a determinados valores mínimos indicados a seguir:

  • Banheiros, cozinhas, copas, copas-cozinhas, áreas de serviço, lavanderias e locais análogos: deve-se atribuir no mínimo 600 VA por ponto de tomada, até 3 pontos, e 100 VA por ponto para os excedentes, considerando-se cada um desses ambientes separadamente. Porém a norma contém a seguinte novidade: “quando o total de tomadas, no conjunto desses ambientes, for superior a 6 pontos, admite-se que o critério de atribuição de potências seja de, no mínimo, 600 VA por ponto de tomada, até 2 pontos, e 100 VA por ponto para os excedentes, sempre considerando cada um dos ambientes separadamente”.
  • Demais cômodos ou dependências: no mínimo 100 VA por ponto de tomada.

Nos projetos elétricos residenciais, desejando-se saber o quanto da potência aparente foi transformada em potência ativa, aplica-se os seguintes valores de fator de potência:

Exemplos:

Potência de iluminação (aparente) = 700 VA Fator de potência a ser aplicada = 1 Potência ativa de iluminação (W) = 1 x 700 VA = 700 W

Potência de tomadas de uso geral = 10000 VA

Fator de potência a ser aplicado = 0,8.

Assim a potência ativa de tomadas de uso geral = 0,8 x 10000 VA = 8000 W Calculo da potência ativa total: Potência ativa de iluminação = 700 W Potência ativa de TUG’s = 8000 W, considerando hipoteticamente a Potência ativa de TUE’s = 5000 W Total = 700 + 8000 + 5000 = 13700 W

Em função da potência ativa total prevista para a residência é que se determina: O tipo de fornecimento, a tensão de alimentação e o padrão de entrada.

A norma explicita que “a conexão do aquecedor elétrico de água ao ponto de utilização deve ser direta, sem uso de tomada de corrente”.

A forma de fazer a ligação direta não é detalhada na norma, estando abertas as possibilidades de ligação direta entre condutores com reparo da isolação por fita isolante, uso de conectores, etc. Só não vale instalar um plugue no cabo do aquecedor (chuveiro, torneira, etc) e ligá-lo a uma tomada de corrente instalada na caixa de ligação na parede.

Todo circuito deve dispor de condutor de proteção, em toda sua extensão. Um condutor de proteção pode ser comum a mais de um circuito.

Todas as tomadas de corrente fixas das instalações devem ser do tipo com contato de aterramento (PE). As tomadas de uso residencial e análogo devem ser conforme NBR 6147 e NBR 14136.

Estas duas prescrições já fazem parte da NBR 5410 desde a edição de 1980, mas nunca estiveram escritas de maneira tão clara como agora na versão 2004. Não há mais espaço para dúvidas ou interpretações, ou seja: é obrigatório distribuir o condutor de proteção (fio terra) em todos os circuitos (inclusive os de iluminação) e utilizar TODAS as tomadas de corrente na configuração 2P + T (dois pólos e terra)

Assim, todas as caixas de derivação e passagem deverão disponibilizar o fio terra (verde ou verde- amarelo) e, naquelas caixas onde forem instaladas tomadas estas deverão ser de três pólos (2P + T) que atendam as normas NBR 6147 e NBR 14136.

A NBR 6147 é a norma que testa as tomadas em geral qualquer que seja o seu desenho (configuração) e a NBR 14136 é a norma que padroniza o formato das tomadas para uso residencial e análogo até 20 A – 250 V.

Houve uma sutil, porém importante mudança no uso obrigatório de dispositivos diferenciais-residuais (DR) nas instalações em locais de habitação.

A NBR 5410/97, estabelece que, qualquer que seja o esquema de aterramento, devem ser utilizados dispositivos DR de alta sensibilidade, isto é, com corrente diferencial-residual nominal igual ou inferior a 30 mA, nos circuitos que sirvam a pontos situados em locais contendo banheira ou chuveiro, exceto os circuitos que alimentem aparelhos de iluminação posicionados a uma altura igual ou superior a 2,50 m.

A versão de 2004 mantém que devem ser usados DRs de alta sensibilidade, porém não dispensa a proteção dos circuitos que contêm os aparelhos de iluminação em banheiros, mesmo que situados acima de 2,50 m.

Na edição de 1997, os DRs de alta sensibilidade também eram exigidos apenas nos circuitos de tomadas de corrente de cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e, no geral, a todo local interno molhado em uso normal ou sujeito a lavagens, permitindo a não proteção de circuitos exclusivos de refrigeradores e congeladores.

Na versão 2004, existe a mesma exigência, porém ampliada, passando de “tomadas de corrente” para pontos de utilização situados em cozinhas, etc. Isto significa que a nova norma exige a proteção por DR, além dos circuitos de tomadas, também nos circuitos de iluminação daqueles locais.

Há uma exceção a esta regra para os casos de pontos de iluminação situados a mais de 2,50 m do piso. Também deixou de existir na versão 2004 a dispensa da proteção por DR no circuito de refrigeradores, passando-se a recomendar (não obrigar) o uso de dispositivos DR de alta imunidade a perturbações transitórias.

A alternativa ao uso deste DR especial, é a proteção do circuito do refrigerador por um DR “normal”, correndo um risco maior de haver um desligamento do circuito por ocasião de uma perturbação eletromagnética (quedas de raios próximo ao local, manobras na rede da concessionária, etc) num momento em que não haja a presença do usuário, com a conseqüente possibilidade de perda dos produtos perecíveis contidos no refrigerador ou congelador, uma vez que o DR não possui rearme automático.

Os pontos de luz devem ser locados com base no projeto luminotécnico do ambiente. No caso de instalações simples, onde o número de luminárias é reduzido, o projeto de luminotécnica pode ser dispensado, valendo-se apenas da experiência do projetista e do arquiteto.

As tomadas denominadas específicas são aquelas destinadas ao suprimento de aparelhos determinados, geralmente não portáteis, tais como: chuveiros, geladeiras, condicionadores de ar, etc. As demais tomadas, destinadas a ligação dos demais aparelhos, são denominadas de uso geral.

As instalações elétricas compõem importantes elementos das edificações e devem ser dimensionadas e especificadas seguindo critérios adequados à necessidade do ambiente e de acordo com as recomendações das normas técnicas vigentes. Assim a instalação elétrica deve ser dividida em tantos circuitos quantos necessários, devendo cada circuito ser projetado de forma a poder ser seccionado sem risco de realimentação inadvertida através de outro circuito.

Chama-se de circuito o conjunto de pontos de consumo, alimentados pelos mesmos condutores e ligados ao mesmo dispositivo de proteção (chave ou disjuntor).

Os circuitos de segurança são aqueles que garantirão o abastecimento, mesmo quando houver falha da concessionária. Como exemplo de circuitos de segurança, podem-se citar os circuitos de alarme e de proteção contra incêndio, abastecidos simultaneamente pela concessionária ou por fonte própria (baterias, geradores de emergência etc.).

Uma vez determinadas as cargas a serem alimentadas em uma instalação elétrica, podemos planejar a distribuição destas cargas pelos diversos circuitos. Vejamos a seguir as regras da ABNT NBR 5410:2004 sobre o assunto.

 

Pontos de iluminação e tomadas

Em 4.2.5.1, temos: “A instalação deve ser dividida em tantos circuitos quantos necessários, devendo cada circuito ser concebido de forma a poder ser seccionado sem risco de realimentação inadvertida através de outro circuito”.

E, em 4.2.5.5, “Os circuitos terminais devem ser individualizados pela função dos equipamentos de utilização que alimentam. Em particular, devem ser previstos circuitos terminais distintos para pontos de iluminação e para pontos de tomada”. Juntas, estas duas prescrições obrigam a separação de iluminação e tomadas nas instalações em geral.

No caso particular de locais de habitação, em 9.5.3.3 admite-se que, em algumas situações, pontos de iluminação e tomadas possam ser alimentados por circuito comum, desde que respeitadas algumas condições:

  • A corrente de projeto do circuito comum (iluminação + tomadas) não deve ser superior a 16 A;
  • Os pontos de iluminação não devem ser alimentados, em sua totalidade, por um só circuito, caso esse circuito seja comum (iluminação+ tomadas); e
  • Os pontos de tomadas, já excluídos os indicados em 9.5.3.2, não podem ser alimentados, em sua totalidade, por um só circuito, caso esse circuito seja comum (iluminação + tomadas).

Assim, é importante ressaltar que a regra geral para a divisão de circuitos é sempre a separação das cargas de iluminação e tomadas, ficando a exceção com alguns casos na área residencial. E mesmo nessa área, a junção de iluminação e tomadas no mesmo circuito é opcional.

Adicionalmente, nos casos em que iluminação e tomadas são separadas, um circuito de iluminação deve ter seção mínima de 1,5 mm2 e um circuito de tomada deve ter seção mínima de 2,5 mm2, sendo evidente que, quando associarmos estas cargas no mesmo circuito, este deve ter seção mínima de 2,5 mm2.

Nos sistemas polifásicos, os circuitos devem ser distribuídos de modo a assegurar o melhor equilíbrio de cargas entre as fases.

Em instalações elétricas de baixa tensão é permitida a instalação de linhas aéreas externas com condutores nus ou providos de cobertura resistente às intempéries montados sobre postes ou estruturas, desde que os condutores nus devem ser instalados de forma que seu ponto mais baixo observe as seguintes alturas mínimas em relação ao solo:

  • 5,50 m, onde houver tráfego de veículos pesados;
  • 4,50 m, onde houver tráfego de veículos leves;
  • 3,50 m, onde houver passagem exclusiva de pedestres.

Todo circuito deve dispor de condutor de proteção, em toda a sua extensão; e um condutor de proteção poderá ser comum a dois ou mais circuitos, desde que alguns critérios normativos sejam obedecidos.

Em caso de identificação pela cor, qualquer condutor isolado utilizado como condutor de proteção (PE) deve ser identificado pela cor verde em sua isolação.

Para finalizar, segue a representação gráfica de alguns quadros de distribuição, esse assunto é extenso mas eventualmente cobrado nos concursos. É interessante conhecer o básico:

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