Instalações Elétricas Prediais Teoria e prática Vol 5 - Cavalin e Cervelin, Exercícios de Engenharia Civil

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• Mestre em Engenharia da Produção - UFSC.
• Especialista em Metodologia do Ensino Superior - UFRGS.
• Pedagogo - Administração Escolar - UTP.
• Técnico em Eletrotécnica - UTFPR.
• Professor na UTFPR.

Geraldo Cavalin

• Especialista em Metodologia do Ensino Superior - UFRGS.
• Pedagogo - Administração Escolar - UTP.
• Técnico em Eletrotécnica - UTFPR.

Apresentação

o livro de Instalações Elétricas Prediais pretende auxiliar os profissionais que atuam na área elétrica (eletricistas, mestres de obras, técnicos, engenheiros, arquitetos ou pessoas interessadas) a adquirir conhecimen t os para projetar e executar instalações elé- tricas. Além do conteúdo teórico são propostos exercícios e ativ ida - des de pesquisa, bem como práticas de laboratório similiares às que o profissional se depara no dia- a- dia de trabalho. A idéia essencial é proporcionar aos profissionais da área elétrica um conjunto de informações teórico / prática que constitui o conhecimento em instalações elétricas. Salientamos que o conhecimento não se limita somente à el aboração das atividades aqui sugeridas, mas sim à participação freqüente em cursos de atualização, leitura de livros, catálogos e revistas especializadas. Desejamos agradecer a todos que, direta ou indiretamente, colaboraram para que este livro fosse possível. Agradecemos, também, às empresas pelo fornecimento de materiais e a autoriza- ção para publicação de figuras, catálogos e tabelas. Esperamos que este livro contribua para tornar mais fácil o trabalho dos estudantes e profissionais.

Os autores.

Sumário

• Unidade
  • Capítulo 1: A eletricidade a serviço da humanidade
  • Capítulo 2: Ferramentas para instalações elétricas
• Unidade
  • Capítulo 1: Instalação de lâmpadas com interruptores simp l es, bipolares e tomadas de corrente. ------------
  • Capítulo 2: Instalação de lâmpadas com interruptores paralelos e intermediários
  • Capítulo 3: Instalação de iluminação de emergência
  • Capítulo 4: Instalação de lâmpadas com relé fotoelétrico
  • Capítulo 5: Comando de iluminação com interruptor de minuteria ...........-...........
  • Capítulo 6: Sensor de presença e variador de tensão elétrica
  • Capítulo 7: Comando de campainhas e porteiros eletrônicos
  • Capítulo 8: Re lé de impulso por pulsador e programador horário
• Unidade
  • Capítulo 1: Segurança em instalações elétricas
  • Capítulo 2: Aterramento do sistema elétrico
  • Capítulo 3: Sistema de proteção contra descargas atmosféricas
• Unidade
  • Capítulo 1: Previsão de cargas de iluminação e tomadas
  • Capítulo 2: Dimensionamento da instalação elétrica e conexões de condutores
  • Capítulo 3: Proteção em instalações elétricas
  • Capítulo 4: Eletrodutos e acessórios para instalações elétricas ....................................................................
• Unidade
  • Capítulo único: Projeto de instalação elétrica predial
• Unidade
  • Capítulo único: Comando de motores elétricos monofásicos e trifásicos

Geração e transmissão de

energia elétrica

Energia elétrica é o resultado do movimento das cargas elé- tricas no interior de um condutor. É a base fundamental e insepa- rável da tecnologia moderna. Existem várias razões para a sua utilização em larga escala : a) pode ser transportável: é produzida em locais distantes, considerados os mais adequados, e levadas por linhas de transmissão aos grandes centros consumidores; b) é transformável: pode ser transformada em outras formas de energia. Ex. luz, calor, movimento; c) é elemento fundamental para a ocorrência de muitos fenômenos físicos e químicos, que formam a base de opera- ção de máquinas e equipamentos de tecnologia atual. Exemplos: eletromagnetismo, efeito termiônico, efeito semicondutor, fotovoltaico, técnicas de galvanoplastia - cromagem, zincagem, prateação, galvanização, etc.; d) quando utilizada durante um período de tempo, propicia uma determinada quantidade de trabalho realizado, equi-

valente à potência elétrica consumida.

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Tip os de fontes de geração e tra nsmissão de energia elétrica.

A energia elétrica pode ser hidroelétrica, térmica, nuclear e eólica.

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Hidroelétrica

Este tipo de energia elé tri ca consi s te basicamen t e no rep r e- sarnento da água. A energia elétrica é ge r ada em função da queda d'água (hidráulica), usada para gir ar as t ur bin as qu e es t ão acopla- das aos geradores elétricos. Dependendo da quant i dade de ág ua represada e da altura da barragem, são calculada s as di men s õe s dos geradores com suas respecti vas po t ência s. A geração trifásica em usinas hid r oelé tr icas pode ser feit a em 6,9kV, 13,'8kV e 18kV; sua potência pode se r em quilowa tt (kW) ou mega w att (M W ).

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Cas a de força Canal Gerador

Deta l hes das partes principa is de uma usina hidroelétrica.

Térmica

Lin has de di stri bui ção

Rio

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A energia mecânica necessária pa ra girar o eixo do gerador de energia elétrica é obtida com a queima de combustíveis, tais como: gás natural, derivados de petróleo, carvão minera l e v ege- tal, xisto betuminoso, resíduos de madeira e da produção agrícola, bagaço de cana - de-açúcar, lixo doméstico, urânio, e outros.

Energ ia vem da palavra grega enérgeia, que quer dizer "força em açã o". É a base da vida.

Eó ica

A energia eólica é convertida diretamente da energia cinética dos ventos em energia elétrica. Para isso, são utilizados aerogeradores (nome moderno dos antigos moinhos de vento). E' o <liuro <lJQ.e <lJ '. ~ ~ ....J..--.--'I.-..' í'" ' 1l e ,

Hé li ce

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CDTurbina e gerador (2)Cabo condutor @Edifício de controle

@Transformadores @Linhas de t ranspor te

Deta lhes de um gera dor eól ico.

Princíp io de fu ncionamento da geração de energia elétr i ca por geradores eólicos.

\ **1.** Pesquise os conceitos de energia potencial e energia cinética. Cite exemplos. ## 2. Identifique pelas fotos os tipos de turbinas existentes. Depois escreva onde são utilizadas. ----------~---- x:E' E:o'u' **1l:** li: ro'>. **_E:_**^ **c: "ã3:** Q. • li: Le· **....:::;...:........IIIIirii.:.;·· B:** o: : I Capítulo 1 **3.** Que tipo de turbina é utilizada para girar o eixo do gerador da Usina Hidroelé - trica de Itaipu? **4.** Quem foi o inventor da turbina Kaplan? Cite outras informações complementares. **5.** Pesquise sobre as seguintes fontes geradoras de energia elétrica conforme apresenta- do nas ilustrações: energia célula a combustível; energia solar e energia das marés. ãJo-o u (^2) c ~ i **- ----** Os geradores que utilizam a queima de combustível a gás, a diesel, etc., são utilizados especificamente por empresas que pro- duzem energia em 380\1, 220V e 127V e têm como potências 5kWa 500kW 2 ~ u '" Existem também geradores de pequenas dimensões, que utilizam especificamente gaso- lina como combustível podendo ser usados em acampamentos, festividades e pescarias. Geram ~. energia nas tensões de 380\1, 22 OV e 127V e ,r: potências 0,7kVA a 7kVA, monofásicos, bifásicos e trifásicos. Re nta l - gr u po gerador 3406 - 500kVA - em co nt êin er at enuado emergência - Cur itiba/Pr. 1:J '" c:o I 2ic:o u. Gerador a gasolina. .", c: ~ <l. ~ '" .!5! **'e-** 2 u '" (^2) c:o u. Appa - Porto de Paranaguá grupo gerador gepx- 150 - 150/165 kVA em reboque Para naguá / Pr. 1. Pesquise a vantagem de uma termoelétrica utilizar gás natural como combustível. 2. As termoelétricas podem operar em ciclo simples, em ciclo combinado ou em co-geração? Pesquise e comente sua resposta. **Linhas de transmissão** A linha de transmissão tem por finalidade trans- portar grandes quantidades de energia da usina de energia elétrica até os centros consumidores. Na maioria das vezes, a geração de energia elétrica é realizada a distâncias consideráveis dos centros con- sumidores, devido às condições naturais que propi- ciam os fatores ideais de geração para a construção das barragens da usina. A linha de transmissão tem origem na subes- tação elevadora, construída junto ou próxima da usina geradora de energia elétrica, onde os trans- formadores elevam as tensões geradas 6,9kV; 13,8kVe 18kV para 69kV a 750kV; ou até mesmo a 1 G\1, em tensão alternada e 600kV; em tensão contínua. Chegando aos centros consumidores, existem as subestações abaixadoras ou redutoras, cuja finalidade é reduzir as tensões para va lores de distribuição ou de consumo. Veja as figuras abaixo. Usina de Energia Elétrica, que pode ser: Hidroelétrica, Nuclear, Térmica, etc, Subestação Elevadora, , :l C. , ~::::, <1Jc o 6 u o 'iiiu Linha de transmissão da Itaipu binacional. Subestação junto ao centro de consumo. Linha de Transmissão, .8.... :llO "O^ o o> 'S E" 10 (^2) 'S rrtil L^ <1J "O^2 C 10 fj) .8ii) tl:O< .8u (J) ~ o U :l C. ::::,^ ~ <1J C (^2) o u o 'iiiU Subestação Abaixadora ou Redu to ra, Linha de Distribu ição, Entrada de Energia para o consumidor, til Transmissão de energia: da geração ao consumidor. .8 tl: **Distribuição** A rede de distribuição propor c iona as condi ç ões necessárias para que a energia elétrica chegue até o consumidor. Quando se ele va a t ensão, é possí vel reduzir a seção dos con- dutores para transmitir a mesma quantidade de energia (mesma potência). Neste caso, podemos constatar que a rede de dist ribui- ção opera com dois v alores de tensão : mais altos e mais baixos. Os grandes consumidores necessitam v alores de tensão altos (ex. indústrias, grandes edifícios), enquanto que os consumidores pequenos necessitam de valores de tensão baixos (ex. residências, pequenos ed ifícios, condomínios). A figura abaixo mostra que a subestação abaixadora reduz a tensão para 13,8kV, 34,5kV ou 69kV, denominada distribuição primária , padrão utilizado nos centros urbanos. Os consumidores de grande por t e são atendidos diretamente em tensão primária porque dispõem de suas próprias subesta- ções (transformadores) que abaixam a tensão para alimentar seus equipamentos. :::::v€ o€\ €ma transmissão. Indústrias, prédios de grande porte , etc. Rede de dis tri bui ção pri már ia e se cund á.r ia. Distribui çã o prim ár ia. Transform adores. B<fJ IÍ' "'"u o Ví ~ o U B<fJ IÍ' A rede de distribuição primária também alimenta os transformadores que estão afixa- dos nos postes cuja finalidade é reduzir a ten-são a valores menores, por exemplo: 220/ 127V ou 380/2 20V para atender aos pequenos consumidores, que são a maioria nas cidades. É a chamada distribuição secundária. A rede de distribuição secundária é formada por quatro fios, sendo que o pri- meiro de cima para baixo é o neutro e, em seguida, vêm as fases. Os condutores são separados sem isolação ou com isolação no caso de ruas arborizadas. \ Rede de média e baixa tensão com transformador. Para a identificação das fases e neutro são normalmente atri- buídas letras ou números: Fase - R - A-I - Ll Fase - S - B - 2 - L (^2) Fase - T - C - 3 - L Neutro - N - O - O - N (H (^) 1 - H2 - H3) - (Ll - L2 - L3) (X (^) o - Xl - X2 - X3) - (Tl - T2 - T3) ## 1. Defina rede de distribuição. Em seguida, explique as diferenças entre rede de distribuição primária e secundária. ## Z. Em que localidades do Brasil a distribuição secundária é feita em 380/220V? **3.** Quais as cidades do Brasií que **utilizam** rede de distribuição subterrânea? Quais as vantagens e desvantagens desse tipo de rede de distribuição? A figura abaixo mostra detalhadamente os valores de tensão em um sistema trifásico a quatro fios. Segundo a norma brasi- leira, as tensões são classifica- das em quatro níveis : - Baixa tensão: vai até 1.000V. - Média te nsão : acima de] 1.000 até 72. 500V - Alta tensão: acima de 72.500Vaté 242.000V - Extra-alta tensão : acima de 242 .000V R ,, ,, ,, ,, ,, **-J.- i** ,, ,, ,, ,, , ~--- 127V 220V 220V 380V 1 20V 208V 230V 400V 277V 480V 400V 690V 440V 760V T ## I - - - -- ~ ~ ~ I PO~ I I l77~ 1 .4OO ~ ### 1.^440 \ I s N R **---------- ---_.** **-** 127V 220V^ **II** 220V 220V (^) **I** 380V 380V 120V 208V 208V 23 0V 400V **-** 277V 4 80V^ **I** 480V **1** 400V 690V^ **I** 690V **-** 440V 760V **I** 760V T ,, Distribuição primáriil.. : Transformador. , : Distribuição :, secundária. 1 27 x,f3 = 22rJV 220 x ,f3 = 380V 120 x,f3 = 208V 230 x ,f3 = 400V 277 x ,f3 = 480V 400 x {3 = 690V 440 x -!3 = 760V 1. Pesquise os valores das tensões padronizadas encontra- das na sua região: a) Qual o valor da tensão padrão entre neutro e fase? **b)** Qual o valor entre duas fases (fase e fase)? c) Qual o valor da tensão num sistema trifásico? 2. Qual o nome da concessionária da sua região? 3. A norma b dk ileira classifica em quatro ní v ei s os v alores de tensões. Porém, existem outros valores. Quais são eles? **Símbolos gráficos** A NBR 5444: 1 989 apresenta os símbolos gráficos que devem ser utilizados na elaboração de projetos de ( nstalações elétr i cas. Os símbolos são utilizados na representação ~s diversos el ementos que compõem os circuitos elétricos. ## É importante salientar que toda atividade exige o envolvi- mento de inúmeros profissionais: os projetistas, os técnicos, os mestres de obras, os operários qualificados, arquitetos e enge- nheiros. Para que ocorra um perfeito entrosamento é necessária uma linguagem comum que se chama simbologia normalizada. A simbologia normalizada deve ser utilizada na elaboração de projetos elétricos, segundo as seguintes recomendações: a) obedecer rigorosamente o que determina a norma. No entanto, devido ao crescente avanço da tecnologia, é pos- sível que, em determinadas situações, não se encontre na norma um símbolo gráfico que atenda à necessidade ime- diata. Neste caso, deve-se representar o símbolo utilizado especificando-o corretamente na relação das simbologias do projeto; ! Capítu lo 1