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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
12.1 I NTRODUÇÃO
Neste capítulo apresenta-se os conceitos e as principais etapas para a realização de projetos de instalações elétricas prediais de baixa tensão (até 1000 V), monofásicos a 2 ou a 3 fios, de acordo com as prescrições da norma brasileira NBR 5410 de instalações elétricas de baixa tensão.
No item 12.2 descreve-se sucintamente as etapas principais a serem desenvolvidas na confecção de um projeto, que são posteriormente detalhadas nos seus sub-itens.
No item 12.3 apresenta-se um exemplo de um projeto de uma pequena instalação residencial, com a utilização de um programa computacional, chamado INTERA , desenvolvido para a realização, de forma interativa e didática, de um projeto de instalação elétrica residencial. Esse programa encontra-se disponível no site www.pea.usp.br/enerq.
12.2 ROTEIRO DE UM PROJETO DE I NSTALAÇÃO ELÉTRICA
RESIDENCIAL
As atividades técnicas relativas à confecção de um projeto de instalações elétricas podem ser divididas nas seguintes etapas principais, que serão descritas nos itens subseqüentes:
- Alocação dos pontos de consumo: consiste na distribuição de tomadas de uso geral e específico, bem como dos pontos de luz;
- Alocação do Quadro de Distribuição: consiste na localização do quadro de distribuição na planta civil;
- Traçado de eletrodutos: consiste na distribuição de eletrodutos, para a alimentação dos pontos de consumo;
- Caixas de passagem: consiste na distribuição de caixas de passagem para a instalação, para permitir conexões de condutores e sua manutenção futura;
- Definição de circuitos parciais: consiste na definição de circuitos parciais, monofásicos ou bifásicos, que suprirão os diversos blocos de carga, nos quais a carga total será dividida;
- Atribuição de cargas a circuitos parciais: consiste na definição de quais pontos de consumo pertencem a cada um dos circuitos pré-definidos, de forma que cada circuito seja dimensionado, controlado e protegido independentemente;
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- Distribuição de condutores: consiste na distribuição dos condutores (fase, neutro e proteção/terra) para cada um dos circuitos parciais, que alimentam os pontos de consumo, através dos eletrodutos;
- Cálculo das correntes e dimensionamento dos condutores: consiste no cálculo da corrente de cada um dos circuitos parciais, a partir da demanda dos pontos de consumo que atende, possibilitando o dimensionamento dos condutores da instalação, por critérios de carregamento e queda de tensão;
- Definição da proteção: que consiste no dimensionamento dos disjuntores de baixa tensão a serem utilizados no quadro de distribuição.
12.2.1 ALOCAÇÃO DOS PONTOS DE CONSUMO
A marcação dos pontos de consumo deve ser feita na planta baixa da edificação, em escala adequada, dos pontos de iluminação, das tomadas de uso geral, das tomadas para aparelhos específicos e dos interruptores.
Os pontos de luz devem ser alocados 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.
Entretanto para a determinação das cargas de iluminação em unidades residenciais pode ser adotado o seguinte critério:
- em cômodos ou dependências com área igual ou inferior a 6m^2 deve ser prevista uma carga mínima de uma lâmpada incandescente de 100 W;
- em cômodos ou dependências com área superior a 6m^2 deve ser prevista uma carga mínima de uma lâmpada incandescente de 100 W para os primeiros 6m^2 , acrescida de 60 W para cada aumento de 4m^2 inteiros.
As tomadas específicas são aquelas destinadas ao suprimento de aparelhos determinados, geralmente não portáteis, tais como: chuveiros, geladeiras, condicionadores de ar, etc. As demais tomadas, destinadas à ligação dos demais aparelhos, são denominadas de uso geral.
Nas unidades residenciais e acomodações de hotéis, motéis e similares, o número de tomadas de corrente para uso não específico (tomadas de uso geral) deve ser fixado de acordo com o critério seguinte:
- em banheiros, pelo menos uma tomada junto ao lavatório;
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Interruptor paralelo
Interruptor paralelo
neutro
lâmpada
Interruptor simples fase
neutro
fase
lâmpada
Interruptor intermediário
Interruptor intermediário
neutro
fase
lâmpada
Figura 12.1 – Circuitos com Interruptores
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12.2.2 Q UADRO DE DISTRIBUIÇÃO , ELETRODUTOS E CAIXAS DE PASSAGEM
O Quadro de Distribuição deve ser instalado o mais próximo possível do centro de carga da instalação de forma consistente com o projeto civil da instalação, considerando aspectos estéticos e de acesso.
O traçado dos eletrodutos deve ser implementado de forma a minimizar as quantidades de materiais a serem utilizados, evitando-se interferências com as outras instalações prediais (água, esgoto, gás, etc) e os elementos estruturais da construção. Deve-se também atentar para os problemas de execução e manutenção, evitando-se por exemplo o excesso de eletrodutos e de condutores em caixas de passagem , reduzindo-se os cruzamentos de eletrodutos no interior das paredes e lajes, posicionando as caixas em lugares de fácil acesso, etc.
12.2.3 DEFINIÇÃO DE CIRCUITOS PARCIAIS E DISTRIBUIÇÃO DOS
CONDUTORES
Após a fixação das cargas nos pontos de consumo, adota-se os seguintes critérios para a divisão das cargas entre os circuitos elétricos:
- Prever circuitos individualizados em função do tipo de aparelhos que alimentam, como por exemplo, circuitos distintos para iluminação, tomadas, motores, etc;
- Dividir a carga de iluminação em vários circuitos, que atendem diversos ambientes da edificação;
- Prever condutores compatíveis com os terminais e com as cargas dos aparelhos e tomadas que irão ser atendidas;
- Agrupar cargas nos circuitos de modo a respeitar a máxima capacidade de condução de corrente dos condutores, bem como a sua queda de tensão admissível, prevendo-se ainda uma margem de segurança para acréscimos de carga (por exemplo de 20%).
No caso de quartos de hotéis, residências e similares, é aceitável o agrupamento, em um mesmo circuito de cargas de iluminação e tomadas, exceto em cozinhas, copas e áreas de serviço, onde as tomadas devem ser supridas por circuitos exclusivos. Devem ser previstos circuitos independentes para as cargas acima de 1500 VA (porém as de mesmo tipo podem ser alimentadas pelo mesmo circuito). É usual fixar-se a carga máxima de 1500 VA nos circuitos em 110/127 V, objetivando-se o uso de condutor de 1,5 mm^2 , que é a bitola mínima utilizada em instalações prediais.
A distribuição de condutores de uma instalação deve ser realizada para cada um dos circuitos parciais pré-definidos, respeitando-se as cargas monofásicas (alimentadas com uma fase e um neutro) e as cargas bifásicas (alimentadas com duas fases), o fio terra que
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A primeira providência a ser tomada para o dimensionamento de um circuito parcial é identificar o tipo de carga que atende e, calcular a corrente total correspondente.
Conforme o tipo de carga, por norma, as seções dos condutores de fase e de neutro deverão ser iguais ou superiores aos seguintes valores:
- iluminação.............................................................................1.5 mm^2
- tomadas de corrente ..............................................................2.5 mm^2
- aquecedor de água em geral..................................................2.5 mm^2
- máquina de lavar roupa.........................................................4.0 mm^2
- aparelhos de ar condicionado................................................2.5 mm^2
- fogões elétricos .....................................................................6.0 mm^2
Nota-se que o condutor neutro deve ter a seção igual à do condutor de fase, salvo em casos especiais que via de regra não ocorrem em instalações prediais.
A seguir deve-se calcular a corrente de carga do circuito, o que usualmente é feito a partir da soma das potências nominais (instaladas) correspondentes às instalações que são atendidas pelo circuito, através da expressão:
cos ϕ
max
V
P
I =
onde: P max é a carga do circuito (W);
V é a tensão nominal do circuito (V); cos ϕé o fator de potência.
Quando o fator de potência não é o mesmo para todas as cargas do circuito, calcula-se inicialmente as potências ativa e reativa totais do circuito, obtendo-se o fator de potência pela relação Q max (^) = P maxtan ϕ.
Conhecendo-se a corrente do circuito, deve-se determinar a seção adequada dos condutores do circuito, através da pesquisa do cabo de menor seção que suporta a corrente da carga, consultando-se a tabela - Capacidade de Corrente de Condutores, da Norma NBR 5410, para eletrodutos embutidos em alvenaria.
Observa-se, entretanto que essa tabela apresenta as capacidades para cabos com isolação de PVC e de XLPE, operando à temperatura ambiente de 30o^ C, instalados em eletrodutos contendo 2 ou 3 cabos carregados. Em situações distintas, é necessário aplicar correções sobre os valores de correntes preconizados nessa tabela. As tabelas de Fatores de Correção para Temperaturas Ambientes Diferentes de 30o^ C, e de Fatores de Correção para Agrupamentos de Cabos em Eletrodutos, apresentam os fatores de correção pelos
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quais as correntes devem ser multiplicadas para se obter as capacidades finais dos condutores quando submetidos as diferentes condições de instalação.
12.2.5 DIMENSIONAMENTO DO ALIMENTADOR
Analogamente ao prescrito para circuitos parciais, o dimensionamento do alimentador principal da residência inicia-se pela determinação da carga que atende. Entretanto neste caso, a consideração simplesmente da soma das potências das cargas que o alimentador atende pode provocar o seu superdimensionamento, uma vez que a demanda simultânea, correspondente a um grupo de cargas de funcionamento não contínuo, é estatisticamente inferior a essa soma.
Esse aspecto da não simultaneidade da ocorrência da demanda máxima é levado em conta através da consideração do fator de diversidade (ver capítulo 10 – Fornecimento).
Assim sendo, a demanda de um alimentador se determina através da soma das potências de todas as cargas que o alimentador atende considerando os correspondentes fatores de diversidade.
Os fatores de diversidade são coeficientes empíricos, menores ou iguais a um, associados a grupos de cargas de mesma natureza, estabelecidos por norma ou por Concessionárias de Energia Elétrica.
De posse da demanda máxima correspondente às cargas atendidas pelo alimentador, procede-se de modo análogo ao dimensionamento de circuitos parciais para se selecionar a seção do condutor mais adequado.
12.2.6 VERIFICAÇÃO DA Q UEDA DE TENSÃO
Além dos alimentadores e dos circuitos parciais apresentarem a suficiente capacidade de corrente para atender a sua carga, o suprimento deve ser feito respeitando limites adequados de tensão, estabelecidos por norma.
O cálculo da queda de tensão ( ∆ V ) num trecho de um circuito, por exemplo bifásico,
pode ser efetuado de modo aproximado, através da expressão:
∆ V = I .( 2 l ).( R cos ϕ + X sen ϕ)
onde: I é a corrente passante no trecho considerado; 1 é o comprimento do trecho do circuito; R é a resistência do condutor por unidade de comprimento;
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- correntes In (nominal) e I 2 (corrente de atuação), do tipo de dispositivo a ser utilizado.
A norma NBR 5410 impõe 3 condições para a coordenação:
a1) Ib < = In, o que normalmente acontece, pois a corrente de carga tem que necessariamente ser inferior ou igual à corrente máxima suportada pelo condutor.
a2) In < = Iz, o que assegura que potencialmente o dispositivo de proteção atua antes que se atinja a corrente máxima suportada pelo condutor.
b) I 2 < = 1.45 Iz, o que representa uma margem de segurança, que garanta que o dispositivo de proteção atue quando ocorre uma corrente suficientemente menor que a máxima suportada pelo condutor.
Quando se utiliza disjuntores é suficiente que sejam verificadas as condições (a1) e (a2), uma vez que I 2 é menor que 1.45 In. Entretanto nos fusíveis, devem ser verificadas as três condições e pode ser utilizada a seguinte regra para a determinação de I 2 , em função da corrente nominal In:
- para In < = 10 A I 2 = 1.90 In
- para 10 A < In < = 25 A I 2 = 1.75 In
- para In > = 25 A I 2 = 1.60 In
Para assegurar que os condutores também estejam protegidos contra os efeitos danosos de um curto circuito é necessário que o dispositivo de proteção tenha capacidade de suportar e de interromper a corrente de curto circuito (capacidade disruptiva), em um intervalo de tempo inferior aquele que o danifica.
Para tanto é necessário verificar se:
t < (k2 x S2) / Icc**
onde: k = 115 para condutores de cobre, com PVC/70; k = 135 para condutores de cobre, com XLPE; S é a seção do condutor em mm^2 ; Icc é a corrente de curto circuito, em A; t é o tempo de atuação do dispositivo para a corrente Icc.
ELETROTÉCNICA GERAL 283
12.3 EXEMPLO DE APLICAÇÃO DO PROGRAMA I NTERA PARA O
PROJETO DE UMA I NSTALAÇÃO ELÉTRICA RESIDENCIAL
O programa computacional INTERA tem por objetivo a realização, de forma intera tiva e didática, de um projeto de instalação elétrica residencial. Este programa foi concebido por Professores do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas da Universidade de São Paulo, para o ensino de projetos de instalações elétricas de baixa tensão residenciais.
Com o objetivo didático o INTERA permite a realização de projeto de instalação sobre plantas civis residenciais pré-estabelecidas. A interatividade se realiza pela independência da distribuição dos principais elementos da instalação. O processo iterativo se desenvolve pela proposta de solução apresentada pelo usuário, na medida em que suas ações, de por exemplo, locar pontos de carga, selecionar e posicionar eletrodutos e especificar fios, são verificadas e consistidas pelo programa, que as aceita ou rejeita, conforme à norma ABNT, NBR 5410 de instalações elétricas de baixa tensão.
O presente item parte de um roteiro de realização de um projeto genérico de instalação elétrica residencial, para depois aplicá-lo, passo a passo, sobre uma planta civil real, utilizando o programa INTERA.
A utilização do programa INTERA parte da definição de um novo projeto de instalação elétrica (opção Criar Projeto ). Este projeto deve ser baseado em uma das plantas civis fornecidas conjuntamente com o programa. A planta civil é dividida em diversos cômodos. A figura 12.2 apresenta a tela inicial do programa INTERA, com a definição de um novo projeto denominado arbitrariamente Tutorial1 , baseado na planta civil internamente chamada de Kitnet.
Figura 12.2 – Definição de um novo projeto
ELETROTÉCNICA GERAL 285
interruptor : permite a alocação de interruptores para o acionamento de pontos de luz da instalação;
comando : possibilita a associação de um ou mais interruptores (1 interruptor simples para um ponto de acionamento, 2 interruptores paralelos para 2 pontos de acionamento ou 1 intermediário e 2 paralelos para 3 pontos de acionamento) com um ou mais pontos de luz;
tomada : permite a alocação de tomadas de uso geral ou uso específico nos cômodos da planta civil;
caixa : alocação de caixas de passagem nas paredes;
quadro : alocação do quadro de distribuição;
eletroduto : alocação de eletrodutos para alimentação dos pontos de consumo;
circuito : para definição dos circuitos da instalação;
carga : para associação entre cada ponto de consumo (ponto de luz ou tomada) com um circuito parcial;
fios : para definição dos condutores de fase, neutro e retorno, por circuito parcial;
terra : para distribuição dos condutores de proteção nas tomadas da instalação;
Além disso, outras opções da Edição dizem respeito a:
alterar : permite a alteração de dados de um elemento da instalação;
mover : permite modificar a localização de um dado elemento da instalação;
retirar : permite remover elementos da instalação;
zoom : permite aplicar zoom sobre áreas especificas da instalação.
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O primeiro passo do roteiro descrito no item 2, consiste na instalação de pontos de consumo, isto é, pontos de luz e tomadas. Para os pontos de luz, selecionando a opção lâmpada podem ser alocadas lâmpadas nos cômodos da instalação. O programa INTERA fornece uma sugestão de potência instalada em lâmpadas incandescentes por cômodo (basta o mouse estar no cômodo). A figura 12.4 ilustra a alocação de 2 pontos de luz em um dos cômodos (quarto/sala), com potência em lâmpadas incandescentes sugerida para 280 W, em função das dimensões do cômodo. O programa permite a definição de lâmpadas incandescentes ou lâmpadas fluorescentes, de teto ou de parede (arandela).
Figura 12.4 – Pontos de Luz em um Cômodo
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A opção interruptor permite a alocação de interruptores para o acionamento de pontos de luz (podem ser definidos interruptores do tipo simples, paralelo ou intermediário). A opção quadro permite a alocação do quadro de distribuição. A figura 12.6 ilustra a alocação de um interruptor paralelo no quarto/sala para acionamento dos dois pontos de luz deste cômodo, bem como a instalação do quadro de distribuição.
Figura 12.6 – Alocação de Interruptores paralelo e Quadro de Distribuição de Luz
ELETROTÉCNICA GERAL 289
O programa INTERA possibilita a determinação do centro de carga da instalação, que possibilita uma melhor escolha do local de instalação do Quadro de Distribuição. Para tanto, deve se utilizar o botão Configura e selecionar a opção Centro de Carga , conforme figura 12.7. O quadrado menor, em vermelho, no cômodo banheiro, representa o centro de carga da instalação. Nota-se que a localização do quadro está relativamente próxima a este local. O centro de carga ficou bastante deslocado, pois no banheiro foi selecionada tomada de uso específico, para o chuveiro, com 3000 W de potência instalada.
Figura 12.7 – Centro de Carga
ELETROTÉCNICA GERAL 291
Uma vez distribuídos e alocados os pontos de consumo, interruptores e quadro de distribuição de luz, podem ser distribuídos os eletrodutos da instalação elétrica. No programa INTERA, cada segmento de eletroduto é definido entre dois elementos genéricos (ponto de luz, tomada, quadro de distribuição, caixa de passagem ou interruptor). A figura 12.9 ilustra a instalação de um eletroduto entre dois elementos (quadro de distribuição e ponto de luz). Os eletrodutos podem ser do tipo teto, parede ou piso.
Figura 12.9 – Alocação de um segmento de eletroduto entre QD e ponto de luz
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Após a distribuição dos eletrodutos na instalação (note que todos os pontos de consumo devem ter caminho conexo por segmentos de eletrodutos até o quadro de distribuição), utilizando a opção de Edição circuito, podem ser definidos os circuitos parciais, em função do tipo de pontos de consumo (no exemplo, circuito 1 para as tomadas de uso geral, circuito 2 para os pontos de luz e circuito 3 para a tomada de uso específico – chuveiro). A figura 12.10 ilustra a definição do circuito 3, para o chuveiro, que é alimentado pelas duas fases da instalação (A e B).
Figura 12.10 – Definição do circuito 3, bifásico AB, para alimentação do chuveiro
