Cabeamento
Aula 9
Infraestrutura Elétrica para
Objetivos
• Revisar conceitos elementares sobre eletricidade
• Aprender algumas boas práticas para instalações elétricas;
• Definir os componentes de produção e distribuição de energia elétrica;
• Dimensionar o emprego dos principais dispositivos de acondicionamento de energia;
• Definir os componentes e proteção de uma instalação elétrica;
• Entender o dimensionamento do quadro de distribuição elétrica;
Introdução
• Nesta aula veremos as redes elétricas, inicialmente os conceitos físicos elementares sobre campo elétrico e magnético; as principais unidades de medida de carga elétrica e os fenômenos que explicam interferência.
• Veremos ainda uma abordagem superficial sobre as fases de produção e distribuição de energia.
• Finalmente vamos estudar o dimensionamento de uma rede elétrica de baixa tensão.
Eletricidade – Conceitos Básicos
• O estudo das aulas de rede elétrica servirá para o futuro
projetista de redes de computadores compreender, criticar e projetar os sistemas de alimentação elétrica para suas
redes. Permitirá que compreenda a importância de uma rede estabilizada e sem interrupção para os seus sistemas
• O profissional de tecnologia sempre será consultado sobre o uso da rede elétrica, seja na vida profissional seja na vida pessoal
Segurança
• Em http://www.portaleletricista.com.br/riscos-do-choque-
eletrico-e-seus-efeitos-no-corpo-humano/ encontramos este resumo muito interessante:
– “ ... A corrente elétrica ... pode levar um indivíduo à morte.
– ... 1 mA - sensação de choque.
– ... 10 mA - contração muscular dificultando os movimentos.
– ... 20 mA - dificultam a respiração, que pode até mesmo cessar por completo se chegar a 80 mA.
– Entre 100 mA e 200 mA - o risco de morte é iminente. “
Condutores, isolantes e semicondutores
• Condutor
– Conduzem a energia elétrica. Os metais são os principais condutores de energia
• Isolante
– Material por onde não flui energia elétrica. Borracha, madeira etc
• Semicondutor
– Classifica-se entre o condutor e o isolante - capacidade de alterar os valores das cargas elétricas recebidas
Tensão
• O conceito - diferença de potencial entre dois pontos,
• A tensão é medida em Volts (V) - força que determina o movimento dos elétrons através de um meio
Resistência
• É a oposição que um material oferece ao movimento da carga elétrica.
• A condutividade pode ser vista como o oposto da resistência
• A resistência é medida em OHM (Ω)
Corrente
• É o volume de elétrons que flui através de um condutor
• Para um mesmo tipo de condutor o diâmetro (bitola) define a sua capacidade de conduzir elétrons
• A unidade de medida de corrente é o Ampére (A).
Cálculos básicos
A lei de OHM define:
V = R * I
– Onde V é a tensão em Volts, R é a resistência em Ohm e I é a intensidade de Corrente em Ampéres
– Concluimos parcialmente que tensão e corrente são inversamente proporcionais
Potência
• Potência é o produto da tensão e da corrente.
P = V * I
Potência
• A potência possui duas interpretações:
– Potência Ativa – se transforma em algo útil, iluminação, vento de um ventilador, água quente num chuveiro
elétrico ...
– Potência Reativa – é a parcela de carga consumida pelos dispositivos de transformação, transformadores, motores (do ventilador) ...
• A soma destas potências é medida em Watt e determina a quantidade de energia necessária para cada dispositivo.
Potência
• A potência é uma medida que facilita os planejamentos de rede elétrica:
– Temos a tensão constante (110 ou 220V).
– Os equipamentos costumam informar a sua potência
–Como P = V I, então I = P / V.
– De posse de I (intensidade de corrente-Ampéres) podemos dimensionar os cabos a serem utilizados
Dimensionamento dos Cabos de Energia
• A capacidade dos cabos deve ser maior que a exigência dos equipamentos.
• Ligar um dispositivo que necessita de 50 A em um circuito feito para suportar apenas 10 vai causar aquecimento até a ruptura do fio, ou causar um incêndio
Fator de potência
• É um valor que define a relação entre a potência aparente e a potência reativa.
• É determinada em tabelas e varia para cada tipo de equipamento.
• Para uma lâmpada incandescente de 60 W o fator de potência é 1, o que significa que a rede é dimensionada para 60 W e é este o valor consumido
Fator de potência
• Num outro dispositivo teríamos uma tomada dimensionada para 1000 VA , se para este equipamento fator de potência for de 0,8 então a potência ativa será de 800 W.
Fator de potência
• A potência disponibilizada é tratada em VA e
• O consumo do equipamento em W
Corrente contínua e alternada
• Corrente continua
– Tem um fluxo constante de carga com mesma magnitude.
É a base de funcionamento dos circuitos eletrônicos e é também a corrente fornecida por uma bateria
(armazenador de carga)
Corrente contínua e alternada
• Corrente Alternada
– É uma corrente com magnitude que varia entre 2 valores máximo e mínimo. Seu comportamento pode ser descrito a partir de uma curva senoidal. É a base das redes de geração, transmissão e distribuição de eletricidade
Fase
• A corrente alternada descreve uma onda senoidal.
• Num eixo cartesiano temos a horizontal (x) e o vertical (y), se traçarmos um círculo de raio 1 a partir do encontro destes eixos o seno é a projeção (sombra) de uma reta que vai da origem até o
círculo Círculo Trigonométrico
0
90 270
180
300 300
Seno
Fase
Seno
Angulo
0 90 180 270 360 +1
-1
Círculo Trigonométrico
0
90 270
180
300 300
Seno
Fases
• A corrente alternada pode apresentar-se em 3 fases, separadas de 120 graus.
• Sua representação gráfica seria:
Seno
Angulo
0 +1
-1
Dimensionamento dos cabos elétricos
• Para instalações residenciais temos, resumidamente:
– Cabo de bitola 2,5 mm² - 21,0 A.
– Cabo de bitola 4,0 mm² - 28,0 A.
– Cabo de bitola 6,0 mm² - 36,0 A – Cabo de bitola 10,0 mm² - 50,0 A.
Cores dos cabos elétricos
• Os cabos elétricos também devem obedecer a padrões de cores que facilitam a sua identificação.
– Neutro – Azul-claro
– Terra – Verde ou verde com listras amarelas
– Fase – Preto, vermelho ou marrom (são admitidas outras cores, exceto verde e azul)
Importante: Jamais confie nas cores dos cabos para tocar em um fio com as mãos. Use medidores, lâmpadas de teste etc.
Muitos “eletricistas” desconhecem a norma
Como a energia é produzida e chega ao usuário final?
Geração Linha de Transformação
Transmissão
Quadro de Energia
Distribuição
Medidor Usuário Final
Geração
Geração
• Células fotoelétricas (ou células solares) que transformam luz em energia.
• Outras formas de produção se baseiam na conversão de energia mecânica em energia elétrica.
• Seu princípio é de uma espira em movimento, gerando energia por indução eletromagnética.
• O giro pode ser obtido por força hidráulica, eólica ou mecânica (termoelétrica).
• Na produção de energia nuclear temos basicamente água aquecida por energia nuclear e o vapor aciona uma turbina
Linhas de transmissão
Linhas de transmissão
• Após gerada a energia passa por linhas de transmissão.
• A potência para abastecer uma cidade é extremamente alta, a corrente, na mesma proporção também é extrema. Para atender esta demanda seriam necessários cabos com uma bitola impensável.
• O artifício é transmitir em alta tensão, para uma potência constante, ao aumentar a tensão reduzimos a corrente
Linhas de transmissão
• No Brasil, as linhas de transmissão são classificadas de acordo com o nível de tensão de sua operação. São eles:
– A1 – tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV – A2 – tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV
– A3 – tensão de fornecimento de 69 kV
http://www.abradee.com.br/setor-eletrico/redes-de-energia- eletrica
Transformação
• As linhas de transmissão trabalham com alta tensão que varia de 69 a 230 kV, chegando às áreas urbanas a energia passa por
subestações com transformadoras que a reduzem para valores entre 2,3 e 44 kV.
• Nos bairros estas tensões são novamente reduzidas para os valores da tensão nominal da cidade. No Brasil estas tensões são de 110 ou 220 V
Fases para o usuário final
• A quantidade de fases 1 a 3 depende da potência a ser
consumida. Cada distribuidora pode definir os padrões, mas no Brasil o valor médio é:
– Até 12000 W – uma fase e um neutro
– De 12000 a 25000 W – 2 fases e um neutro – De 25000 a 75000 W – 3 fases e 1 neutro
– Acima de 75000 W – A distribuidora aloca um
transformador com alta tensão de entrada e o cliente redistribui em seu quadros internos.
Quadro de distribuição
• É usada para facilitar a distribuição predial. Consiste de um conjunto de tiras de cobre fixadas em uma superfície
isolante, em cada tira é conectada uma fase ou um neutro.
• Estas varas possuem furos onde parafusos fixam os diversos circuitos.
• Cada conexão fase passa por uma chave de segurança chamada disjuntor.
Medidor de energia
• É o local onde é medido o consumo de energia.
• Atenção às unidades de medida:
– Potência instantânea – W ou kW (1000W)
– Consumo – kW/h. Potencia necessária na unidade de
tempo. 1kW/h significa o consumo de um equipamento de 1 kilowatt ligado por uma hora.
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Consumo de energia
• Para esta aula calcule o consumo de energia elétrica de sua casa.
• Considere os equipamentos que ficam ligados o tempo
todo, geladeiras e freezers, por exemplo. Lembre dos KW/h.
• Em seguida considere ainda a pior hipótese de consumo:
todos os eletrodomésticos ligados simultaneamente.
Consumo de energia
• Não há uma resposta padrão, cada caso será diferente, mas:
• Compare suas observações com as da sua conta de
energia. Há coerência? O que é possível fazer para reduzir o consumo?
Consumo de Energia
• Depois desligue tudo por 5 minutos e sinta como seria sua vida sem energia elétrica. A matriz energética brasileira é baseada nas hidrelétricas, cada aparelho ligado consome alguns litros de água dos reservatórios, se o regime de chuvas não ajudar ...
• Economize energia, isto evita racionamentos, evita o uso de energia poluente das termelétricas e é bom para o bolso.
