Instalacoes eletricas 27813

www.ceee.com.br - Eletricidade para Estudantes - Teoria

Instalações Elétricas(Para domingueiros e profissionais)

Prof. Luiz Ferraz Netto

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Introdução

Dia a dia cresce o número de aparelhos eletro-eletrônicos instalados na rede elétrica

domiciliar. Já não há mais uma divisão nítida entre o que é de eletrônica e o que é de

eletricidade doméstica. Conhecer o básico das instalações elétricas é dever de todos os

estudantes de Ciências, eletro-eletrônicos e famosos domingueiros.

Nesse texto analisaremos uma instalação elétrica domiciliar típica, através de alguns

conceitos de Eletricidade. Esses serão o ponto de partida para que possamos entender o

funcionamento de alguns dispositivos nela utilizados.

3 fios

A energia elétrica que recebemos da empresa de eletricidade, chega até nossa casa por

meio de 3 fios. O porque do uso de três fios não é muito bem entendido por muitos

instaladores. Eles, pela prática, simplesmente usam desses 3 fios para distribuírem as

tensões típicas de 110 V e de 220 V entre os aparelhos domésticos comuns para que

funcionem. De modo geral, as técnicas usadas nessas distribuições e instalações são

simplesmente deploráveis.

Assim, nosso primeiro ponto importante, na análise de uma instalação elétrica domiciliar

típica, é saber de que modo a eletricidade vem por estes três fios.

A energia elétrica que recebemos em nossa casa, numa linguagem simples, é transportada

por ondulações da corrente elétrica que vai e vem pelos condutores, impulsionada pelo que

denominamos de tensão elétrica.

Isso quer dizer que a tensão varia continuamente, mudando de polaridade 120 vezes por

segundo, de modo que, 60 vezes, a cada segundo, ela empurra a corrente num sentido e

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60 vezes, no mesmo segundo, ela puxa a corrente no sentido oposto, alternadamente. Daí

a denominação corrente alternada.

Representando isso por um gráfico, teremos semiciclos positivos quando a corrente é

empurrada e semiciclos negativos quando a corrente é puxada; algo como se ilustra a

seguir.

Para que uma corrente elétrica possa circular por um aparelho que seja ligado a esses

condutores de energia, ela precisa de um percurso completo (circuito fechado), ou seja, de

ida e volta, o que significa que um só fio não pode alimentar nenhum aparelho.

Temos de usar dois fios, entre os quais a tensão elétrica ou diferença de potencial muda

alternadamente de polaridade.

Um desses fios, por motivo de segurança, a própria Companhia Elétrica coloca em contato

mais íntimo possível com o solo (chão, terra). Dos dois fios da rede elétrica, aquele que não

apresenta nenhuma diferença de potencial com o solo (porque está intimamente ligado com

ele) é denominado subjetivamente de retorno, neutro ou terra. O outro, para diferenciação,

é denominado de fase ou vivo.

Para um aparelho elétrico esses nomes são supérfluos, uma vez que os dois fios

trabalham exatamente do mesmo modo, alternadamente.






Para o instalador e para os moradores da residência ‘que fio está ligando aonde’, é

importante por motivos de segurança e não por motivos de funcionamento do aparelho. Isso

fica patente quando ligamos um liquidificador na tomada de qualquer lado que se espete

o plugue, ele funcionará!

Como aqueles que manuseiam os aparelhos estão permanentemente em contato com a

terra (assim como um dos fios da rede), é prudente que as partes metálicas do aparelho

que possam ser tocadas, sejam aquelas ligadas ao fio neutro ou terra. Desse modo, como

não há diferença de potencial, não haverá riscos de choques elétricos (passagem de

corrente elétrica pelo corpo e suas conseqüências) .

Erros comuns

Um erro comum dos instaladores, por falta de sólidos conceitos, deriva desses nomes

diferenciadores.

Quando se trata do fio vivo ou fio fase, eles lhe conferem certas importâncias elétricas (em

relação ao circuito todo), que simplesmente não existem!

Atribuem o conceito de pressão ou de tensão elétrica apenas para o fio fase e um

papel secundário de retorno para o fio terra.

Para eles é o fio fase que provoca a corrente. A falha está no conceito de tensão elétrica ou

d.d.p. conceito aplicado a pelo menos dois condutores elétricos (rigorosamente, entre

dois pontos distintos de um campo elétrico, em superfícies não eqüipotenciais). Não existe

um condutor com tensão elétrica pode existir um par de condutores (dos quais um

deles pode ser o fio terra) entre os quais estabelece-se uma tensão elétrica ou diferença de

potencial. Um fio de alto potencial elétrico é comumente citado como ‘um fio de alta

tensão’ é um erro!

Outro erro comum dos instaladores é imaginar que, pelo fato da Companhia Elétrica

aterrar um dos fios, a terra seja efetivamente utilizada como um dos fios de transporte de

energia elétrica. Se isso fosse verdade, não seriam necessários 3 fios entrando em nossas

residências; bastariam 2, o terceiro seria ligado a uma longa haste cobreada enfiada no

chão.






Nomenclaturas

Na figura, a seguir, mostramos um circuito elétrico simples e a nomenclatura associada.

Dos três fios que chegam até nossa casa, trazendo energia elétrica da empresa geradora e

distribuidora, um deles é ligado em terra (na saída do gerador, no transformador da rua e

em centenas de outros pontos ao longo de seu percurso). Os outros dois são isolados da

terra. São os denominados fios vivos.

Entre qualquer fio vivo e o fio terra há uma diferença de potencial (110V - nominal). Entre os

dois fios vivos também há uma diferença de potencial (220V - nominal); o dobro daquela

que se estabelece entre um fio vivo e o fio terra. A fase da tensão alternada entre um fio

vivo e o terra é oposta à fase que existe entre o outro fio vivo e o terra.

A figura a seguir ilustra as tensões elétricas e as correspondentes fases entre eles.

Modelos didáticos.






A melhor ilustração possível, a nível

de demonstração, para a rede elétrica

domiciliar é feita com um

transformador abaixador de tensão

com center-tape (CT - terminal central)

no secundário de baixa tensão.

Ligamos o primário do transformador

na rede elétrica (110 ou 220V,

conforme a rede). Nos três fios do

secundário (num transformador para

6V + 6V, por exemplo) temos a exata

imagem de nossa rede domiciliar.

Os três fios que chegam a nossas casas também vêm de um transformador abaixador de

tensão (instalado em algum poste perto de sua casa!) são os três fios do secundário

desse transformador ... com center-tape.

Usando nosso "transformadorzinho

didático", basta ligar o fio central (center-

tape) num condutor aterrado (um cano

metálico enfiado na terra úmida).

Os fios laterais do secundário desse

transformador passam a denominar-se fios

vivos ou fios fases e o fio central será o fio

neutro ou fio terra.

No exemplo desse transformador teremos:

6VAC entre qualquer fio vivo e o fio terra;

12VAC entre os dois fios vivos.






Entre os fios vivos há uma diferença de fase

de 180 graus.

Eis um outro modelo didático.

A menos do tipo e valores da d.d.p.

desenvolvida, podemos fazer uma analogia

desse circuito domiciliar (ou do modelo do

transformadorzinho) com o circuito de duas

pilhas associadas. Confronte!

Nessa figura, 1,5V , 3,0V e 1,5V são

tensões elétricas (diferenças de potenciais);

+1,5V , 0V e -1,5V são potenciais elétricos

em relação à Terra.

Como nos circuitos de pilhas não há

aterramento (ainda que muitos deles usem

dos chassis dos aparelhos como sendo um

dos condutores), não comparece aqui os

termos vivos e terra. Por motivos da história

da eletrônica, um dos condutores pode ser

denominado de +B e o outro de chassis,

massa ou terra.

Curtos e fusíveis.

Evidentemente, antes do primeiro acesso que temos a esses fios condutores de energia

elétrica, a empresa coloca um medidor de energia elétrica ou de consumo de energia. O

"relógio da luz", como é popularmente conhecido, mede os quilowatts-horas consumidos

que correspondem à quantidade de energia fornecida.

Em outra oportunidade abordaremos como calcular esses consumos domiciliares.






O medidor só funciona quando a corrente circula, ou seja, quando algum aparelho é ligado

e exige ,com isso, a circulação de uma corrente que lhe forneça energia.

Observe que, se houver alguma deficiência na instalação de energia que provoque um

"escape" de corrente, por exemplo, um fio desencapado encostado num ferro da estrutura

da casa, conforme exemplo da figura a seguir, a corrente circulante acionará o medidor que

registrará um consumo indevido.

De uma maneira mais simples, podemos dizer que se trata de um "vazamento" de energia

pelo qual o usuário paga sem saber, pois toda a corrente que passa pelo "relógio" é

registrada, determinando o consumo de energia. Isso é algo análogo ao uso de uma

mangueira d'água para regar uma planta (e não para lavar a calçada, como estupidamente

se faz), mas que apresenta algum furo em sua extensão. O "relógio da água" marcará o

consumo total: água que vaza pelo furo + água para a planta.

Após o relógio, encontramos um conjunto de dispositivos de proteção que podem ser

fusíveis comuns ou disjuntores.

Os fusíveis comuns são ligas metálicas que "queimam" (fundem-se) quando a corrente

ultrapassa um valor considerado perigoso para a instalação.

A intensidade máxima da corrente que pode passar por um fio é determinada basicamente

pelo material de que ele é feito e por sua espessura.






Nas ligações com fios de cobre com determinada espessura, se a corrente ultrapassar um

certo valor, a quantidade de calor produzida pode ser exagerada, a ponto de afetar a

integridade da capa plástica do fio.

Se essa capa derreter, com a perda do isolamento, o perigo se torna maior, pois pode

ocorrer um curto-circuito. Assim, a função do fusível é queimar, interrompendo assim a

circulação da corrente, caso sua intensidade se tome perigosa a ponto de colocar em risco

a integridade da instalação. Se o fusível não queimar, por ocasião de um surto extra de

corrente, a instalação e todos os aparelhos (em funcionamento) ligados a ela serão

percorridos por esse surto de corrente ... alguns poderão "pifar"!

Nota: "curto-circuito" não é um circuito "curto"; não é um trajeto físico de pequena

extensão ... é um percurso de menor resistência elétrica para a corrente.

Disjuntores

Os disjuntores têm a mesma finalidade que os fusíveis comuns, se bem que funcionem de

modo um pouco diferente. Os disjuntores têm a aparência mostrada a seguir.

Consistem, basicamente, numa chave que desliga automaticamente quando a intensidade

da corrente alcança o valor para o qual é projetado. Vale a pena desmontar um deles para

uma análise criteriosa de seu funcionamento.






A vantagem do disjuntor em relação ao fusível é que o disjuntor simplesmente "desarma",

interrompendo a corrente quando ela se torna perigosa, enquanto que o de fio fusível

queima. Uma vez que a causa do excesso de corrente tenha sido eliminada, o fusível

precisa ser trocado por outro novo, enquanto o disjuntor é simplesmente rearmado.

Fusíveis em d.c.

Nos circuitos DC, alimentados por pilhas ou baterias os fusíveis também têm sua atuação

como protetores. Nos automóveis, por exemplo, há um bom conjunto de fusíveis

protegendo as mais variadas partes. Os rádios e toca-fitas também devem ser protegidos

mediante fusíveis. Em muitos desses rádios, o circuito interno não tem qualquer contato

com a carcaça do aparelho, por isso, além dos fios que vão aos alto-falantes, aparecem em

destaque os fios de alimentação: vermelho (+) e preto (-). O vermelho deve ser ligado ao

positivo da bateria (regra geral para os veículos modernos) e o preto ao chassis do veículo.

E o fusível onde deve ser posto?

No fio vermelho? No fio preto?

Faça essa pergunta a 100 instaladores de rádio e equipamentos de som em carros. A

maioria dirá: É no fio vermelho, no positivo, no que vai para a bateria.

Sem dúvida, certos instaladores de rádios e aparelhos de som em automóveis, insistem na

instalação dos fusíveis no fio positivo (fio vermelho que vai para o pólo positivo da bateria).

Eles alegam que a alta corrente extra entra por ali e queima o fusível antes de entrar

no rádio!

Realmente, isso é uma falha grave no conceito. A corrente que passa pelo fusível

também passa pelo rádio ... sempre! A corrente que passa pelo fio positivo também passa,

ao mesmo tempo e com a mesma intensidade pelo fio negativo ... sempre! É indiferente

colocar o fusível no fio preto ou no vermelho.

A principal causa da queima de fusíveis ou desarme de disjuntores numa instalação elétrica

é o curto-circuito.






Curto circuito = caminho de menor resistência elétrica

Ocorre curto-circuito quando a energia elétrica encontra um caminho de retorno com menor

resistência que aquele que encontraria passando normalmente por um aparelho. Esse

novo caminho, não necessariamente é o mais curto, em termos de distância. Ele o mais

curto, em termos de menor resistência.

Se um fio encostar em outro (fase e neutro, por exemplo) não havendo um aparelho para

entregar a energia, mas sim um percurso de muito baixa resistência, a corrente se torna

intensa a ponto de colocar em perigo a instalação. Ocorreu o que denominamos de curto-

circuito, ou seja, o "circuito" (percurso) não passa pelo aparelho alimentado (grande

resistência), mas vai diretamente ao retorno (quase nenhuma resistência).

Nas instalações que utilizam fusíveis existem também chaves que permitem desligar os

diversos setores da instalação, para o caso de necessidade de manutenção, reparos ou

alterações. Observe que é desse local que a distribuição de energia pela residência é feita.

Distribuição da energia

O normal numa residência é termos três circuitos de distribuição.






Estes circuitos podem fornecer tensões de 110 V e 220 V ou somente uma delas, conforme

a instalação.

Partindo da chave principal (*) onde chegam os três fios, observamos que a partir deles

podemos obter duas tensões.

Cada fio vivo extremo está ao potencial elétrico de 110 V e têm como terra comum o fio do

meio, ou seja, ele é o neutro para os dois fios vivos extremos.

Um osciloscópio de traço duplo devidamente instalado

para colher informações de tensões entre esses fios

denunciará que há uma defasagem de 180 graus

entre os dois pares vivo-terra.

A distribuição de energia elétrica pela residência deve

ser feita de modo a equilibrar as correntes que

passam pelos dois fusíveis.

(*) NOTA: Em instalações já um tanto antigas, é comum encontrarmos uma chave geral, de

faca, com 3 facas. Elas têm incorporados os suportes (soquetes) para 3 fusíveis. Cada

fusível da lateral protege um fio vivo. O fusível central não protege nada, ele não está

ligado em nada. O suporte central é apenas "um armário" para um fusível de reserva. Se

durante a noite um dos fusíveis laterais queima, com uma lanterna o localizamos e o

substituímos pelo fusível do meio o reserva.

Se você retirar esse fusível central verá que há uma arruela de latão (e um parafuso central)

curto-circuitando essa entrada de terra. Essa arruela, com as habituais trepidações do

prédio, pode desfazer a ligação do terra ... e algum aparelho vai queimar lá dentro da casa!

Vale a pena, periodicamente, desligar a chave geral, retirar esse parafuso central do

suporte do meio da chave, retirar a arruela e lixá-la bem. Recoloque-a no lugar e aperte

bem esse parafuso central. Enrosque, nesse suporte-"armário" o fusível de reserva.






As duas fases ou fios vivos irão para os dispositivos que requeiram 220V (chuveiro, torneira

elétrica etc.). Deve haver um par de disjuntores ou uma chave especial com fusíveis para

esse circuito.

Uma das fases e o neutro são usados para alimentar as tomadas de energia distribuídas

pela casa. Neste circuito, pode-se fazer uma segunda separação nas casas tipo sobrado,

por exemplo, para as tomadas do andar de cima e para as tomadas do térreo.

A outra fase e o neutro servem para alimentar as lâmpadas. Aqui também podemos fazer a

separação entre o circuito do andar de cima e o térreo, no caso de um sobrado.

Veja que essas separações são interessantes não só em termos de distribuição das

correntes como também para a manutenção. Podemos desligar a chave que alimenta as

tomadas para trabalhar numa delas, sem precisar desligar a luz, que vai iluminar o local que

esta sendo trabalhado.

Os circuitos individuais dos dispositivos alimentados vêm a seguir.

Interruptores

Os interruptores são ligados em série com as lâmpadas ou seja, a corrente que passa pelo

interruptor é a mesma que passa pela lâmpada.

Circuito série do interruptor e lâmpada

Observe que basta interromper a corrente em apenas um fio, pois isso interrompe seu

percurso, impedindo sua circulação: a lâmpada não acende. Em princípio, podemos






interromper a corrente no fio vivo ou no fio neutro, mas é uma boa prática do instalador

identificar o pólo vivo e nele colocar o interruptor.

Esse procedimento é interessante porque, se tentarmos trocar uma lâmpada tendo apenas

o interruptor desligado e esse se achar no neutro, um toque em qualquer parte metálica do

soquete ou do circuito não impede que levemos um choque, pois passamos a formar o

circuito de terra para a corrente.

Ligação inadequada do interruptor Ligação recomendada para o

interruptor

Se o fio interrompido for o vivo, nas partes metálicas do soquete da lâmpada teremos

apenas neutro, ou seja, elementos com o mesmo potencial de nosso corpo e que portanto,

não podem dar choque mesmo que toquemos neles.

Evidentemente, isso não se aplica a uma lâmpada alimentada por 220 V, onde temos os

dois fios vivos.

Outros dispositivos são as tomadas de energia que alimentam diversos tipos de

dispositivos.

Essas são conectadas nos diversos pontos da instalação, conforme as necessidades.

Podemos ter numa instalação tomadas especiais de 220 V conectadas aos pontos em que

existe essa tensão.

Termos usados






TERRA, NEUTRO, MASSA E FASE

Em diversos pontos deste artigo, onde analisamos a estrutura básica de uma instalação

elétrica domiciliar, falamos nos quatro termos acima, mostrando aos leitores que existem

"estados" ou níveis de potenciais elétricos que caracterizam de forma bem distinta os fios

ou os pontos de uma instalação em que os dispositivos externos são ligados.

As definições com as explicações mais detalhadas dos termos usados são dadas a seguir:

TERRA - O solo terrestre é um semicondutor de eletricidade. Em certas situações, qualquer

corpo que esteja em conexão com a terra terá o potencial desta, ou seja, não haverá

diferença de potencial entre eles (corpo e terra), de modo que, não haverá circulação de

corrente de um para o outro.

Se um corpo estiver carregado ou sob um potencial diferente da terra, ao ser colocado em

contato com ela, ele se descarrega. Em outras palavras, adquire o mesmo potencial elétrico

que a Terra que, por convenção é de 0 volts. Isso esclarece porque o usuário da rede

elétrica, ao tocar pontos da rede que estão interligados com a terra, não toma choque.

Isso significa que a ligação de um objeto à terra é a garantia de que ele não vai causar

choque se for tocado. A barra de terra de uma instalação elétrica é para garantir que, em

caso de interrupção dos fios ou problemas na instalação teremos um dos condutores ligado

à terra.

NEUTRO - Um dos condutores de energia da empresa distribuidora é ligado à terra.

No local onde a energia elétrica é gerada, ao longo das torres de distribuição, nas

subestações e nos transformadores de rua há uma ligação desse condutor até o solo. Esse

condutor é denominado de neutro.

Na maioria das instalações ele está no mesmo potencial da terra (caso em que ambos

podem ser confundidos), mas existem casos em que um defeito na instalação, como por

exemplo, uma interrupção de um fio, torna o potencial do neutro diferente do potencial do

terra, caso em que choques podem ocorrer. Quando o neutro e o terra apresentam

potenciais elétricos diferentes dissemos que houve um "mau aterramento".






MASSA - Se o neutro ou o terra for ligado a um chassi de um aparelho de modo que esse

chassi de metal sirva como um condutor de corrente, esse chassi será chamado de massa.

Na maioria dos casos, a MASSA de um aparelho coincide com o terra e o neutro, o que

significa que se for tocada nada acontece em termos de choque. No entanto, existem

aparelhos em que a MASSA não é obrigatoriamente terra ou neutro. Existem televisores,

por exemplo, em que um dos fios da rede de energia é ligado ao chassi e ele não é

necessariamente o neutro. Desta forma, a MASSA desses televisores pode estar com um

potencial de 110 V ou 220 V em relação à Terra, podendo assim causar choques em quem

nele tocar.

FASE - O condutor isolado da Terra e que apresenta potencial elétrico em relação a ela é

denominado de fio fase. Evidentemente, se com os pés no chão, tocarmos nesse condutor,

tomaremos choque.





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