Aula 10 - Memorial descritivo, de cálculos e orçamento de projeto elétrico residencial

Padrão de entrada e medição de energia elétrica

O fornecimento de energia por parte da concessionária CPFL será realizado a partir da rede secundária de distribuição. De um poste determinado pela concessionária, partirão 2 condutores, sendo 1 fase e 1 neutro bitolas de 16 mm2, que irão interligar a rede de distribuição ao ponto de entrega. Esse ponto de entrega consiste no poste da residência, onde irão descer os 2 condutores, um na cor azul e outo preto, constituindo o ramal de entrada. Por esses condutores o ramal de entrada é interligado com o medidor de energia elétrica, que se localiza no quadro de medição, embutido no muro da própria residência, após o medidor será instalado um disjuntor geral de 63A e um dispositivo de proteção contra descarga elétrica que formam o poste padrão monofásico A2. 

No medidor há um sistema de aterramento do neutro que será constituído por um eletrodo de 10 mm2 com eletroduto de 1/2’’ e comprimento de 2,4m do tipo copperweld. O eletrodo deverá ser instalado próximo ao poste do consumidor (ponto de entrega).

Alimentador do quadro de distribuição

O circuito alimentador do Quadro de Distribuição (QD) sairá do medidor por meio de um eletroduto de PVC de 32mm rígido, enterrado no solo, descendo do muro passando pelo solo até o quadro de distribuição na área central da casa, em um cômodo sem porta (cozinha).

Distribuição de energia elétrica

Esse quadro será instalado na cozinha á 1,5m do piso acabado, com a finalidade de abrigar as proteções e dar origem aos circuitos de distribuição, devendo ter capacidade para acomodar os disjuntores e ainda possuir espaço para possíveis ampliações, se necessárias futuramente. O quadro deverá ser embutido na parede, sendo constituído de PVC com tampa acrílica. 

Circuitos terminais 

Os circuito terminais serão instalados no quadro de distribuição, sendo monofásicos 127V, protegidos por disjuntores termomagnéticos, sendo:

1. Geral - 01 Interruptores diferencial residual - IDR - 3kA - 2 polos - 63A;
2. Chuveiro - 01 Disjuntor Termomagnético  3kA - 1 polo - 40A;
3. Cozinha - 01 Disjuntor Termomagnético  3kA - 1 polo - 16A;
4. Tomadas gerais - 01 Disjuntor Termomagnético  3kA - 1 polo - 10A;
5. Ferro de passar - 01 Disjuntor Termomagnético  3kA - 1 polo - 10A;
6. Micro-ondas - 01 Disjuntor Termomagnético  3kA - 1 polo - 10A;
7. Iluminação - 01 Disjuntor Termomagnético  3kA - 1 polo - 6A;

Iluminação e tomadas

O sistema de iluminação da residência terá pontos de luz de potências nominais de 100W para uma tensão nominal de 127V. Eles foram projetados para lâmpadas do tipo led's com plafon de sobrepor.

A distribuição de energia aos pontos de luz e às tomadas se dará em tensão nominal de 127V (fase neutro) acrescida do condutor de proteção terra, igualmente as tomadas que alimentam cargas específicas como chuveiro e micro-ondas. Todas as tomadas deverão ser aterrados de modo a evitar possíveis acidentes.

Rede de eletrodutos

A distribuição de energia na residência se dará por meio de circuitos terminais, a partir do QD, usando-se eletrodutos de 25mm flexíveis de PVC embutido na parede ou piso.

Em todas as tomadas, interruptores e pontos de luz serão instalados caixas de derivação universais injetadas em material isolante auto-extinguente (Poliamid 6.6) de alto impacto mecânico, sem problemas de oxidação ou de pintura e isolamento perfeito.

Sistema de aterramento

O sistema de aterramento do cabo de proteção (terra) será constituído de quatro eletrodos, os mesmos deverão ser instalados com uma distância mínima de 3m entre si, de modo a não permitir resistência maior que 10Ω. Serão instaladas em caixas de diâmetro de 12”, com tampa para inspeção, e o eletroduto interligado ao cabo de descida deverá ser provido de conexão para medição de terra.

Responsabilidade

A responsabilidade dada por este projeto fica condicionada à manutenção de todas as características, definições e especificações de dispositivos, equipamentos e materiais que constam neste projeto e que deverão ser empregados quando da sua execução, bem como, a que toda e qualquer alteração que se faça necessária deva ser analisada e autorizada por escrito pelo responsável técnico do projeto.

Todo o projeto foi calculado, organizado e realizado o orçamento utilizando ferramentas do excel que estão disponibilizadas abaixo: Tabela de intenção de cargas ; Tabela de circuitos ; Tabela de aterramento e Tabela de ocupação de eletrodutos e Diagrama unifilar da instalação elétrica residencial.

Também foi realizado o orçamento do: Padrão de entrada e eletrodutos ;  Proteção e condutores ; Tomadas, interruptores e iluminação e Sistema de aterramento.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/10/2020

Aula 09 - Projeto luminotécnico conforme norma NBR5413.

A vida útil mediana de uma lâmpada é definida através do tempo em horas, do qual 50% das lâmpadas de um grupo representativo, testadas sob condições controladas de operação, tiveram queima. Portanto a vida mediana significa a durabilidade de uma lâmpada, ou seja, o tempo que a mesma irá operar até se queimar. Ao longo da vida útil da lâmpada, é comum ocorrer uma diminuição do fluxo luminoso que sai da luminária, em razão da própria depreciação normal do fluxo da lâmpada e devido ao acúmulo de poeira sobre as superfícies da lâmpada e do refletor. Este fator deve ser considerado no cálculo do projeto de iluminação, a fim de preservar a iluminância média (lux) projetada sobre o ambiente ao longo da vida útil da lâmpada. A Temperatura de Cor em uma lâmpada expressa a aparência de cor da luz emitida pela fonte de luz. A sua unidade de medida é o Kelvin (K). Quanto mais alta a temperatura de cor, mais clara é a tonalidade de cor da luz. Ex.: uma lâmpada de temperatura de cor de 2.700 K tem tonalidade suave (amarelada), já uma outra de 6.500 K tem tonalidade clara (branca).

O Índice de Reprodução de Cor (IRC) quantifica a fidelidade com que as cores são reproduzidas sob uma determinada fonte de luz. A capacidade de a lâmpada reproduzir bem as cores (IRC) independe de sua temperatura de cor (K). Existem lâmpadas com diferentes temperaturas de cor e que apresentam o mesmo IRC. O IRC (Índice de Reprodução de Cor) mede quanto a luz artificial se aproxima da natural.

A luz comporta-se como um trem de ondas geradas num campo eletromagnético, propagando-se uniformemente em todas as direções a partir da fonte geradora. A distância de uma onda até outra é chamado de comprimento de onda, cuja medição é o nanômetro (nm). A extensão de luz visível fica entre 380 a 780 nanômetros. Comprimentos de ondas diferentes apresentam impressões de cores diferentes (vermelho via alaranjado, amarelo, verde e azul até o violeta). A combinação de comprimentos de onda das diferentes cores do espectro determinam o índice de reprodução de cores da fonte luminosa com esquema colorido.

Os códigos T5, T8, T10 e T12 determina o diâmetro das lâmpadas fluorescentes tubulares, conforme tabela abaixo. Exemplo: Lâmpada Fluorescente T8 - T: lâmpada tubular; 8: Número que expressa o diâmetro da lâmpada em oitavos de polegada o que resulta em: 8 x 1/8" = 26mm

As lâmpadas de nova geração tecnológica são as com menor diâmetro e permitem um maior rendimento da luminária.

Existe uma grande oferta de soluções de iluminação eficientes para o setor doméstico: lâmpadas fluorescentes compactas, que pode ser de luz branco quente (para zonas de descanso) ou branco frio (para zonas de atividade) nos mais diversos formatos, permitindo uma utilização em praticamente todo o tipo de luminária ou lustre; LEDs com qualidade de luz equivalente às outras soluções para o setor doméstico, e com os formatos mais utilizados; halogéneo (“energy saver”), principalmente nos formatos em que ainda não foi possível ter fluorescentes compactas equivalentes.

Na escolha de uma lâmpada é preciso ter vários factores em atenção: a potencia pretendida, tendo em conta a potência que a luminária pode suportar, a eficiência energética, o tipo de luz que a lâmpada dá, branco frio (para zonas de atividade) ou branco quente (para zonas de descanso).

A escolha da luminária também deve ser bem pensada. Por vezes escolhem-se luminária para colocar muitas lâmpadas, mas é mais eficiente usar menos lâmpadas de maior potência: uma lâmpada fluorescente compacta de 27 Watts consome menos energia que duas lâmpadas de 15 Watts e produz mais luz.

São cinco os principais tipos de lâmpadas para uso doméstico: Lâmpadas fluorescentes compactas, Lâmpadas fluorescente tubulares, Díodos Emissores de Luz (LED), Lâmpadas de halogéneo, Lâmpadas incandescentes e Lâmpadas fluorescentes.

As lâmpadas fluorescentes podem ser classificadas de acordo com o seu formato: Tubulares: Estas lâmpadas são muito utilizadas pois proporcionam uma boa iluminação com pouca potência e baixo consumo energético, sendo as mais adequadas para locais com necessidades de longa iluminação. Estas lâmpadas têm uma elevada eficácia e um período de vida muito elevado (cerca de 12 000 horas), permitindo economizar energia até 85 por cento, dependendo do modelo e da potência; 

Compactas: As lâmpadas fluorescentes compactas apresentam as mesmas vantagens das tubulares e têm uma instalação compatível com os receptáculos tradicionais usados para as lâmpadas incandescentes. São especialmente recomendadas quando se necessita de utilização contínua por períodos de tempo superiores a pelo menos 1 hora. Existem lâmpadas indicadas para zonas de descanso (branco quente) e outras adequadas para zonas de atividade produtiva (branco frio). Estas lâmpadas têm um número elevado de horas de utilização, de 6 a 15 mil horas, e já estão preparadas para um número elevado de ciclos de ligar e desligar.

Díodos Emissores de Luz (LEDs): A redução do consumo de energia elétrica na iluminação passa indiscutivelmente pela utilização de LEDs. Atualmente já existem LEDs com potências equivalentes às lâmpadas incandescentes. Estas lâmpadas têm um preço mais elevado que as lâmpadas fluorescentes compactas, mas têm um período de vida muito superior (20 a 45 mil horas em oposição a 6 a 15 mil horas).

Lâmpadas de halogéneo: As lâmpadas de halogéneo têm estado a ter uma melhoria na sua eficiência energética. Atualmente já existem lâmpadas 20 a 60% mais eficientes que as tradicionais, e com um tempo de vida útil também superior que pode atingir as 5000 horas de utilização. Estas lâmpadas têm um funcionamento semelhante ao das lâmpadas incandescentes. No entanto, apresentam a vantagem de conseguirem recuperar o calor libertado pela lâmpada, reduzindo a necessidade de eletricidade para manter a sua iluminação. Estas lâmpadas emitem uma claridade constante. Outra vantagem deste tipo de lâmpadas, quando comparadas com as lâmpadas incandescentes, é a possibilidade de orientação da emissão de luz segundo diversos ângulos de abertura.

Lâmpadas incandescentes: Este tipo de lâmpada está ainda muito presente nas habitações. Este é no entanto o tipo de iluminação com menos eficiência luminosa (15 lm/W) e com o menor tempo de vida média (cerca de 1 000 horas). A sua baixa eficiência em relação aos restantes tipos de lâmpadas deve-se ao fato de converterem a maior parte da eletricidade (90 a 95%) em calor e apenas uma percentagem muito reduzida (5 a 10%) em luz. Daí ficarem bastante quentes muito pouco tempo após terem sido acesas.

A sua elevada ineficiência conduziu a que a União Europeia aprovasse uma diretiva com o objetivo de retirar estas lâmpadas do mercado. Este processo teve início em 2009.

O ambiente industrial pode apresentar altas temperaturas, altas concentrações de poeira em suspensão, vapores com elementos químicos e até eventuais jatos de água esguichados em diversas regiões. Lâmpadas e luminárias para instalação em ambiente industrial devem apresentar vedação contra a entrada de partículas sólidas e água, em outras palavras, deve apresentar maior grau de proteção.

“O grau de proteção de um componente é dado pelo índice IP (International Protection Code). O grau de proteção estabelece quanto um equipamento (neste caso um conjunto contendo luminária e lâmpada) está protegido contra partículas sólidas (primeiro algarismo) e contra a infiltração de água.

Na tabela acima, são relacionados os algarismos e a proteção associados a um equipamento.

Desta forma, para uma luminária com grau de proteção IP 65, tem-se que esta luminária apresenta invólucro que não permite a entrada de qualquer partícula sólida (6 equivale ao primeiro algarismo) e que projete a luminária contra jatos de água de baixa pressão (5 equivale ao segundo algarismo).
Nos projetos de iluminação industrial, existem diversos tópicos a serem considerados a fim de proporcionar custos operacionais mais baixos do ponto de vista energético. As oportunidades de economia estão presentes na escolha do conjunto lâmpadas e luminárias, na definição de sua altura de fixação, nos automatismos de comando (sensores de presença, temporizadores e sensores de iluminação), na distribuição dos circuitos elétricos, no aproveitamento da iluminação natural e na localização dos interruptores para atender às necessidades de iluminação do local e de seus usuários.
O ponto de partida para um projeto de iluminação é definir o nível de luz do ambiente, que leva em consideração as atividades que serão realizadas e o público a ser atendido. A norma brasileira ABNT NBR 5413 – Iluminância de interiores define a quantidade de lux necessária para diversos locais. Considerando que há uma subjetividade importante na percepção de uma boa iluminação, é essencial que as recomendações normativas sejam atendidas. Para confirmar a correção da iluminação, é necessário realizar uma verificação prática por meio da medição do nível de iluminação com um luxímetro e comparar com os valores normativos para dirimir qualquer dúvida quanto à qualidade da iluminação.
Os fabricantes têm apresentado desenvolvimentos expressivos com a intenção de proporcionar produtos cada vez mais eficientes e duráveis. Hoje existem alternativas energeticamente mais eficientes na iluminação industrial, que englobam lâmpadas e luminárias com rendimentos luminosos bem superiores aos verificados no passado.

Na figura acima, são relacionados os principais tipos de lâmpadas utilizadas no setor industria e os rendimentos luminosos (lúmens/watt) de diversas fontes de iluminação.
Para o correto funcionamento de algumas lâmpadas é necessário o uso de dispositivos auxiliares como os transformadores, reatores e ignitores. A tabela seguinte relaciona esses acessórios.
A ligação correta de uma lâmpada garante seu funcionamento sem falhas nem acidentes. Em relação ao esquema de ligação de lâmpadas de descarga de alta pressão, o circuito é mais complexo e sua ligação errada poderá causar danos aos componentes.

Existem algumas considerações a serem feitas para o uso das tecnologias acima em ambientes industriais:
Lâmpadas mistas – Têm rendimento melhor e vida útil maior (6.000 horas) comparadas às incandescentes e apresentam a vantagem de não necessitar equipamento auxiliar de partida, mas, quando a prioridade é minimizar o consumo de energia elétrica, podem ser substituídas pelas lâmpadas fluorescentes compactas de maior potência e pelas lâmpadas de descarga a vapor de mercúrio, sódio e multivapores metálicos.

Lâmpadas a vapor de mercúrio – Possuem vida útil elevada (24.000 horas), custo relativamente baixo e requerem reator para o seu funcionamento. Sua luz é branca e seu índice de reprodução de cores (IRC) é de 40 (luz do sol possui IRC = 100). Podem ser substituídas com vantagem energética pelas lâmpadas a vapor de sódio e de multivapores metálicos.
Lâmpadas a vapor de sódio – Têm vida útil elevada (18.000 a 24.000 horas), custo relativamente baixo e requerem reator para o seu funcionamento. Seu rendimento energético é o melhor das lâmpadas de descarga, porém apresentam o inconveniente de proporcionar uma luz de coloração amarela e um baixo índice de reprodução de cores IRC = 20. Podem ser utilizadas em ambientes industriais em que não haja necessidade de identificação de cores, como fundições, caldeirarias, estoques de matérias-primas, áreas externas e estacionamentos.

Lâmpadas a multivapores metálicos – Apresentam vida útil de 10.000 horas, proporcionam luz branca e boa reprodução de cores (IRC = 80 a 90) e requerem reatores para o seu funcionamento. Seu custo é maior que as outras lâmpadas de descarga de mercúrio e sódio, mas o seu rendimento energético e qualidade da luz justificam o seu uso.
Lâmpadas fluorescentes econômicas – Com vida útil de 7.500 horas, proporcionam boa reprodução de cores (IRC = 80 a 85) e podem utilizar reatores eletrônicos (mais eficientes) para o seu funcionamento. Proporcionam melhores resultados com alturas de fixação de 3 a 4 metros, mas podem ser utilizadas com alturas de fixação de até 5 metros, desde que utilizem luminárias espelhadas. Seu baixo custo e rendimento luminoso justificam o seu uso.
Quanto às luminárias, o aumento do rendimento luminotécnico é alcançado pelas geometrias refletivas adequadas à fonte luminosa, sendo utilizadas superfícies espelhadas para direcionar a luz gerada pelas lâmpadas ao ambiente de trabalho. Em ambientes industriais, é necessário levar em consideração aspectos relacionados com a facilidade de manutenção do conjunto luminária e lâmpada e, caso existir no ambiente industrial a possibilidade de vazamentos de produtos inflamáveis, os invólucros deverão ser à prova de explosão para melhorar a segurança da instalação.
Os fabricantes tradicionais de lâmpadas e luminárias oferecem programas de computador que rapidamente permitem quantificar o número de lâmpadas e luminárias e a sua distribuição física para atender aos níveis de iluminação normalizados e necessários para o ambiente em estudo.
Cabe ao projetista analisar duas ou três alternativas técnicas de iluminação considerando seus custos de implantação e custos operacionais relativos à energia elétrica. Deverão ser discutidas essas alternativas juntamente com os outros profissionais do empreendimento, visando a conciliar os aspectos arquitetônicos e funcionais, investimentos envolvidos, facilidades de operação e manutenção e custos operacionais. O tempo gasto nestes estudos é plenamente justificado pelas economias que podem ser alcançadas em uma análise mais abrangente.
Nem sempre a alternativa que possui o menor investimento inicial é a mais econômica ao longo do tempo. Nesse tipo de avaliação, deve ser considerado para um determinado horizonte de tempo o custo da reposição das lâmpadas (aquisição e mão de obra de substituição) e o custo da energia.

A iluminação no ambiente residencial, comercial ou industrial está relacionada com a tarefa a ser desempenhada. Existem ambientes que exigem maior luminosidade, como é o caso de uma indústria que realiza montagens eletrônicas. Já outros, podem apresentar a menor luminosidade necessária, como é o caso de um depósito de materiais.

Assim o método mais indicado para a iluminação industrial é o método dos lúmens, seguindo as recomendações da norma NBR5413: 1992.

Na tabela são mostrados alguns valores de iluminância segundo a tarefa a ser desempenhada no ambiente.

Antes de efetuar o cálculo da iluminância, é necessário selecionar o melhor sistema de iluminação conforme a atividade a ser desempenhada no ambiente de trabalho. O quadro a seguir, relaciona as principais características segundo o tipo de iluminação.
Este método foi desenvolvido para o cálculo de iluminação de ambientes internos. Ele considera as características próprias de cada luminária e lâmpada elétrica e, também, as cores das paredes e do teto (índices de reflexão).

O método emprega tabelas e gráficos obtidos a partir da aplicação do método do ponto a ponto para diferentes situações. Basicamente, busca-se determinar o número de luminárias necessárias para se produzir uma determinada iluminância em uma área, baseando-se no fluxo médio.

No dimensionamento do sistema de iluminação de um ambiente residencial, comercial ou industrial, além das técnicas tradicionais para o cálculo da iluminância (através do método dos lúmens ou do método ponto a ponto), ainda existem programas de computador, capazes de sintetizar os cálculos e relacionar informações de bancos de dados, pré-cadastrados pelos fabricantes de lâmpadas e luminárias.

Assim, estes softwares servem para agilizar o processo de cálculo, além de gerar a listagem de materiais necessários para o projeto luminotécnico.

Um software gratuito que possui muitos recursos é o Softlux, fornecido pela Empresa ITAIM Iluminação. 

Programas de computador para cálculo luminotécnico são fornecidos gratuitamente porque o interesse de seus desenvolvedores é justamente realizar a venda dos produtos relacionados, como é o caso de lâmpadas e luminárias. 

O Softlux dimensiona a quantidade de luminárias necessárias para a Iluminação geral de um ambiente, usando lâmpadas fluorescentes. São solicitados campos com as informações sobre a região a ser iluminada (área, pé direito, refletâncias, entre outras), valor do iluminamento e tipo de luminária a ser instalada.
Este programa de computador pode ser baixado da internet através do link: SOFTLUX 2.2 .
Apresento aqui um resumo: Iluminância e cálculo luminotécnico, onde há um exemplo roteiro para cálculo de iluminação conforme NBR5413.
Apresento aqui um roteiro para cálculo luminotécnico, conforme NBR5413.
Apresento também o manual: Manual Luminotécnico Prático OSRAM, onde há roteiro completo para cálculo de iluminação.
© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 07/09/2018

Aula 08 - Projeto elétrico Residencial conforme norma NBR 5410.

Segundo a NBR 5410 a distribuição dos pontos de luz e tomadas dentro de um ambiente deve obedecer aos seguintes critérios:
Para a determinação das cargas de iluminação, deve ser adotado o seguinte critério:

• Cada ambiente deve ter pelo menos 1 ponto de luz no teto comandado por um interruptor de parede, para locação dos interruptores deve levar em conta a posição e sentido de abertura das portas e o caminho a ser percorrido pelo usuário. 
• A potência do ponto de luz deve prever carga mínima de 100 VA, em dependências com área até 6 m², acrescida de 60 VA para cada aumento de 4 m² inteiros.

Para a determinação das cargas de tomadas gerais, deve ser adotado o seguinte critério:

• Para cozinhas, copas, copas-cozinhas, áreas de serviço, lavanderias e locais análogos deve haver pelo menos uma tomada para cada 3,50 m ou fração de perímetro, sendo que, acima de cada bancada com largura igual ou superior a 0,30 m, deve ser prevista pelo menos uma tomada. Deve-se atribuir, no mínimo, 600VA por tomada para as 3 tomadas iniciais, adotando-se 100VA para as tomadas excedentes. 
• No banheiros a tomada deve ser instalada junto ao lavatório e sempre a uma distância de mais de 60 cm do Box com no mínimo 600 VA por tomada.
• Para demais cômodos com área maior do que 6,00 m² deve ser previsto uma tomada de 100VA para cada 5m de perímetro ou fração.
• Para subsolos, garagens, varandas e sótão ou cômodo com área igual ou inferior a 6,00 m² deve haver pelo menos uma tomada de 100VA.
• Em halls de escadaria, salas de manutenção e salas de localização de equipamentos, tais como, casas de máquinas, salas de bombas, barriletes e locais análogos deve ser prevista no mínimo uma tomada; deve ser  atribuída uma potência de no mínimo 1000 VA.

Para a determinação das cargas de tomadas específicas, deve ser adotado o seguinte critério:

• Tomadas específicas são destinadas a alimentar equipamentos não portáteis com corrente superior a 10A, como exemplo os chuveiros, aparelhos de ar condicionado, geladeira, máquina de lavar roupa e secadora e devem ser instaladas no máximo a 1,5 m do local previsto para o equipamento a ser alimentado.

Para a determinação dos circuitos, proteções e quadro de cargas, deve ser adotado o seguinte critério:

• Devemos prever ainda circuitos de iluminação separados dos circuitos de TUGs, procurando limitar a corrente total do circuito a 10A.
• Os quadros de distribuição devem ser instalados em local de fácil acesso, o mais próximo possível do centro de carga da instalação,  possuir identificação do lado externo e identificação dos componentes.
• Os circuitos devem ser instalados e identificados em ordem decrescente de consumo de energia, ficando portanto o circuito de maior consumo mais próximo ao disjuntor geral. 

Os principais critérios da norma para a definição dos condutores são: Seção mínima; Capacidade de condução de corrente; Queda de tensão e Sobrecarga. 

• Inicialmente, determina-se as seções dos condutores conforme a capacidade de condução de corrente, limite de queda de tensão e agrupamento de circuito e eletrodutos.
• Devemos agrupar cargas nos circuitos de modo a respeitar a máxima capacidade de condução de corrente dos condutores, prevendo-se ainda uma margem de segurança para acréscimos de carga (20%).
• Posteriormente, quando do dimensionamento dos dispositivos de proteção, verifica-se a capacidade dos condutores com relação às sobrecargas e curto-circuitos.

Os principais critérios da norma para a definição da quantidade de eletrodutos, caixas de passagens e de derivação são:

• 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.
• 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 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.

Como projetistas devemos se fundamentar nos seguintes elementos:

• Diagrama unifilar dos circuitos na planta baixa, indicando o quadro de distribuição (QD), eletrodutos, caixas de derivação e passagem com interruptores e tomadas (TUG);
• Tabela de capacidade de condução de corrente dos condutores no eletroduto (fator de agrupamento) adequada ao tipo de instalação utilizada;
• Tabela de cargas por circuito e características gerais dos disjuntores termomagnéticos (DTM), disjuntores diferenciais residual (DDR) e dispositivos de proteção contra surto (DPS).
• Tabela de dimensionamento de eletrodutos;
• Diagrama multifilar dos circuitos;

Em função dos resultados obtidos neste dimensionamento, é possível que haja necessidade de reavaliar alguns aspectos definidos nos itens anteriores, tais como: quantidade de condutores em um mesmo eletroduto, alteração de caminhamento de eletrodutos e a redistribuição de cargas.

A Norma NBR5410 é de fundamental importância para segurança em instalações elétricas. Todo profissional que trabalhe com eletricidade deve conhecê-la e segui-la.

Apresento aqui uma edição da: Guia do Eletricista - PRIME - Schneider Electric , onde há um exemplo de projeto cálculo de uma instalação residencial conforme NBR5410.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/08/2018

Aula 07 - Interruptores Diferenciais, Disjuntores, Dispositivos de Proteção conta Surto e Condutores elétricos.

Os interruptores diferenciais são dispositivo elétrico que deve estar instalado no quadro geral da moradia; sua função é desconectar a instalação elétrica de forma rápida quando existir uma fuga à terra maior que o valor de calibração do dispositivo, com o qual a instalação se desconectará antes que alguém toque o aparelho avariado, sempre que se contar com um aterramento. No caso de não contar com aterramento e que uma pessoa toque uma parte ativa, o interruptor diferencial desconectará a instalação em um tempo suficientemente curto como para não provocar danos graves à pessoa.

Os interruptores diferenciais caracterizam-se por ter diferentes sensibilidades. A corrente de sensibilidade é o valor que aparece em catálogo e que identifica o modelo. As diferentes sensibilidades são: Muito alta sensibilidade: 10 mA; Alta sensibilidade: 30 mA; Sensibilidade normal: 100 e 300 mA; Baixa sensibilidade: 0,5 e 1 A.

O tipo de interruptor diferencial usado frequentemente nas moradias e comércios é de alta sensibilidade (30 mA) já que é o que fica abaixo do limite considerado perigoso para o corpo humano.

O grau que a corrente elétrica afeta as pessoas é determinado por diferentes fatores; no seguinte gráfico observa-se como afeta o organismo a passagem de corrente em função do tempo durante o qual está passando.

No interruptor diferencial há um botão de teste, que simula um defeito na instalação e, portanto, ao ser pulsado, a instalação deverá desconectar-se. É recomendável apertar o botão periodicamente (por exemplo, uma vez por mês).

A instalação do interruptor diferencial não substitui alguma das outras medidas que devem ser tomadas para evitar contatos diretos ou indiretos.

O catálogo técnico de disjuntores diferenciais está disponível em : 18_04_03 Catálogo de Disjuntores Diferenciais Fame ;

Disjuntores Termomagnéticos

Disjuntores Termomagnéticos são dispositivos de proteção do tipo térmico e magnético, ou seja, protegem o sistema contra sobrecargas e curtos-circuitos, respectivamente. São fabricados em modelos tripolares, bipolares ou monopolares com capacidade de interrupção sob carga, ou seja, seus contatos e seus elementos de extinção do arco devem ser capazes não somente de conectar a carga sem risco algum, mas devem poder cortá-la eficazmente frente às piores condições que possam se apresentar na rede, como o caso de um curto-circuito trifásico que se origine nos seus próprios bornes de saída.

Os disjuntores termomagnéticos para baixa tensão costumam ser fabricados para tensões que vão de 127 V a 1 000 V, com intensidades nominais que comumente vão de 0,5 à 125 A (os de uso doméstico e comercial), enquanto sua capacidade de interrupção (capacidade de ruptura) pode ficar entre 5 kA e 150 kA. Sua forma construtiva costuma ser compacta para as pequenas potências e modular nos de grande potência, variando muito de um tipo para outro.

As funções principais dos disjuntores termomagnéticos são: conexão, proteção, secionamento e controle. Este tipo de dispositivo tem como problemas fundamentais o aquecimento e os esforços mecânicos. As funções de proteção em instalações de baixa tensão englobam os aspectos de proteção de materiais e equipamentos frente a Curtos-circuitos e Sobrecargas.

Curtos-circuitos: É a falha em um aparelho ou linha elétrica pelo qual a corrente elétrica passa diretamente do condutor ativo ou fase ativa ao neutro ou terra, entre duas fases no caso de sistemas polifásicos em corrente alternada ou entre polos opostos no caso de corrente contínua.

Sobrecargas: Um circuito ou instalação está com sobrecarga ou está sobrecarregada quando a soma das potências de demanda dos aparelhos que estão conectados a ele é superior à potência para a qual foi desenhado o circuito da instalação.

Suas funções e margens de manobra são acionadas pelo Disparador térmico e Disparador magnético.

Disparador térmico: Protege a linha e os motores contra sobrecargas e sua função é realizada pelos bimetais, que seguem a imagem de aquecimento térmico, desconectando o circuito para intensidades compreendidas entre 1,05 In e 1,3 In (In: corrente nominal em ampères).

Disparador magnético: Protege os cabos e motores contra curtos-circuitos. Quando a corrente de passagem ou corrente circulante ultrapassa um valor determinado, excita-se uma ou várias bobinas, que provocam a desconexão instantânea do disjuntor.

Os disjuntores termomagnéticos apresentam as seguintes vantagens de Recuperação e disparo. Quando ocorre uma sobrecarga ou curto-circuito na instalação, o mecanismo de disparo do disjuntor termomagnético atua interrompendo o serviço onde ocorreu a mesma. Posteriormente, mediante um acionamento manual ou automático, restabelece-se o serviço. Portanto, não é necessário dispor de peças de reposição. Uma vez que disparou o disjuntor termomagnético, em consequência da presencia de uma anomalia na instalação, é possível religar manualmente o mesmo. Se na hora de realizar o religamento a anomalia persiste, o mecanismo de disparo do interruptor atuará independentemente do mecanismo de comando manual, interrompendo o serviço.

Os disjuntores termomagnéticos podem ser classificados de várias formas, conforme: o tipo de aplicação; o tipo de disparadores para a proteção; Conforme o número de polos; sua capacidade de interrupção; a categoria de emprego; o modo de comando de mecanismo de manobra.
Para instalações domésticas e comerciais os disjuntores termomagnéticos são modulares, destinados a quadros de distribuição. Os valores preferenciais da corrente atribuída são: 0,5, 1, 2, 4, 6, 10 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 e 125 A.
Os valores normalizados das tensões atribuídas são de 127 a 400 V, pelo qual podem ser utilizados também nas indústrias. Os disjuntores termomagnéticos são dispositivos que constam de um relé térmico bimetálico para a proteção contra sobrecargas e de um relé magnético para a proteção contra curtos-circuitos.
Conforme o número de polos os disjuntores podem ser: Unipolar; Bipolar ou Tripolar.
As características de funcionamento tempo-corrente dos disjuntores termomagnéticos expressam o tempo de funcionamento dos relés de disparo em função da sua corrente de atuação; dai denominam-se curvas de disparo. Têm duas zonas de funcionamento: Uma é a característica inversa correspondente ao relé de sobrecargas; A segunda zona de curto-circuitos é fixada pelo relé de ajuste mais alto.
Para os disjuntores termomagnéticos, a zona de sobrecargas vem fixada pelo comportamento de um elemento bimetálico e é a mesma para os diferentes tipos de curvas.
A zona de curtos-circuitos é determinada pelo comportamento magnético da bobina que constitui o relé.
As características de funcionamento tempo-corrente dos disjuntores termomagnéticos para aplicações de baixa potência (iluminação, tomadas, entre outros) são dadas pela tabela seguinte, onde se resumem os tipos de curvas e os parâmetros que as definem.
Como indica a tabela anterior, os disjuntores termomagnéticos também são classificados conforme a intensidade de disparo instantâneo: Tipo B; Tipo C ou Tipo D.
A zona de sobrecargas é idêntica para os três tipos, B, C, e D, definidos pela norma conforme pode ser observado na figura ao lado.
O catálogo técnico de disjuntores está disponível em : 18_04_02 Catálogo de Disjuntores Fame ;

Dispositivos de proteção contra surtos 

Dispositivos de proteção contra surtos (DPS) são equipamentos desenvolvidos com o objetivo de detectar sobre tensões transitórias na rede elétrica e desviar as correntes de surto. Estes distúrbios, são mais comuns do que muitos imaginam, ocorrendo diariamente em ambientes residenciais, comerciais e industriais.  Surto elétrico é uma onda transitória de tensão, corrente ou potência que tem como característica uma elevada taxa de variação por um período curtíssimo de tempo.  Ele se propaga ao longo de sistemas elétricos e pode causar sérios danos aos equipamentos eletroeletrônicos.

Os surtos elétricos são normalmente causados por descargas atmosféricas, manobras de rede e liga/desliga de grandes máquinas.

O catálogo técnico de dispositivo de proteção contra surto está disponível em : 18_04_03 Catálogo de Dispositivo de Proteção contra Surto.

Condutores elétricos

Os condutores elétricos constituem os principais componentes das linhas elétricas que conduzem eletricidade até as cargas elétricas. Basicamente podemos considerar três tipos de condutores elétricos: 

Fios – usados diretamente no transporte de eletricidade. Podem ser nus (sem isolação) ou com isolantes (PVC, XLPE, etc). 

Cabos – são os conjuntos de fios encordoados, isolados ou não entre si, podendo o conjunto ser isolado ou não. 

Barramento – condutor rígido, em forma de tubo ou de seção perfilada. São utilizados diretamente em equipamentos, tais como quadros de distribuição.

Cabos unipolares são cabos constituídos por um único condutor isolado e dotado de cobertura. Um cabo multipolar é constituído por dois ou mais condutores isolados e dotado de cobertura. Os condutores isolados constituintes dos cabos uni e multipolares são chamados de veias. Os cabos multipolares contendo 2, 3, 4, etc veias são chamados, respectivamente, de bipolares, tripolares, tetrapolares, etc. Nos cabos uni e multipolares, a cobertura age principalmente como proteção da isolação, impedindo seu contato direto com o ambiente. 

Em termos de materiais, os mais usados são o alumínio e o cobre. Os condutores de alumínio são mais utilizados em linhas de distribuição e transmissão de energia elétrica. As instalações de baixa tensão são constituídas basicamente por condutores de cobre.

Cabo flexível 750 v - Devido a sua excelente flexibilidade, os cabos flexíveis além de serem empregados em instalações internas fixas convencionais para ligação de luz e força, são também empregados em ligações internas de painéis, quadros e cubículos entre outros. Possuem também características antichama, o que garante a não propagação e a auto extinção do fogo. É constituído de fios de cobre nú de têmpera mole de forma redonda com encordoamento classe 5 (extraflexível). sua isolação é uma camada isolante de composto termoplástico de PVC extra-desliante.
O catálogo técnico de condutores elétricos está disponível em : 18_04_02 Catálogo de condutores elétricos Pirelli ;

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/04/2018

Aula 06 - Eletrodutos e quadros de distribuição em instalações prediais

Os Eletrodutos tem como função de ser o percurso pelo qual os fios e cabos serão instalados para interligarem os componentes elétricos da instalação. Sua função principal é proteger os condutores elétricos contra certas influências externas (ex. choques mecânicos, agentes químicos, etc.) podendo também proteger o meio ambiente contra perigos de incêndio e de explosão. 

Os eletrodutos, que, em função do material usado podem ser metálicos ou isolantes classificam-se, segundo a IEC, em rígidos, curváveis, transversalmente elásticos e flexíveis. 

Os conduítes e eletrodutos são encontrados em duas versões respectivamente: rígidos ou flexíveis, metálicos ou plásticos. Os rígidos são mais indicados para lajes e superfícies concretadas. Na maior parte das instalações os mais usados são os flexíveis, justamente por serem de mais fácil instalação; porém, deve-se evitar executar curvas com ângulos muito fechados pois podem impedir a passagem dos fios ou cabos. 

O PVC é usado na fabricação de eletrodutos flexíveis e rígidos. Possui propriedades de isolação térmica, elétrica e à umidade, além de ser um material antichama quando formulado adequadamente. 

1. Nos eletrodutos só devem ser instalados condutores isolados, cabos unipolares ou cabos multipolares, admitindo-se a utilização de condutor nu em eletroduto isolante exclusivo, quando tal condutor destinar-se a aterramento. Um cuidado importante que se deve tomar é não carregar demais a quantidade de fios e cabos dentro de um conduíte ou eletroduto. 

2. As dimensões internas dos eletrodutos e respectivos acessórios de ligação devem permitir instalar e retirar facilmente os condutores ou cabos após a instalação dos eletrodutos e acessórios. Para isso, é necessário que: a taxa máxima de ocupação em relação à área da seção transversal dos eletrodutos não seja superior a 40% no caso de três condutores ou cabos e que não haja trechos contínuos (sem interposição de caixas ou equipamentos) retilíneos de tubulação maiores que 15 m, sendo que, nos trechos com curvas, essa distância deve ser reduzida de 3 m para cada curva de 90º. 

3. Em cada trecho de tubulação, entre duas caixas, entre extremidades, ou extremidade e caixa, podem ser previstas no máximo três curvas de 90º ou seu equivalente até no máximo 270º. Em nenhuma hipótese devem ser previstas curvas com deflexão superior a 90º. 

4. As curvas feitas diretamente nos eletrodutos não devem reduzir efetivamente seu diâmetro interno. 

5. Devem ser empregadas caixas de derivação: em todos os pontos de entrada ou saída dos condutores da tubulação, exceto nos pontos de transição ou passagem de linhas abertas para linhas em eletrodutos, os quais, nestes casos, devem ser rematados com buchas; em todos os pontos de emenda ou derivação de condutores; para dividir a tubulação em trechos não maiores do que o especificado em 2.b. 

6. As caixas devem ser colocadas em lugares facilmente acessíveis e ser providas de tampas. As caixas que contiverem interruptores, tomadas de corrente e congêneres devem ser fechadas pelos espelhos que completam a instalação desses dispositivos. As caixas de saída para alimentação de equipamentos podem ser fechadas pelas placas destinadas à fixação desses equipamentos. 

7. Os condutores devem formar trechos contínuos entre as caixas de derivação; as emendas e derivações devem ficar colocadas dentro das caixas. Condutores emendados ou cuja isolação tenha sido danificada e recomposta com fita isolante ou outro material não devem ser enfiados em eletroduto. 

8. Os eletrodutos embutidos em concreto armado devem ser colocados de modo a evitar deformação durante a concretagem, devendo ainda ser fechadas as caixas e bocas dos eletrodutos com peças apropriadas para impedir a entrada de argamassas ou nata de concreto durante a concretagem. 

9. As junções dos eletrodutos embutidos devem ser efetuadas com auxílio de acessórios estanques em relação aos materiais de construção. 

10. Os eletrodutos só devem ser cortados perpendicularmente ao seu eixo. Deve ser retirada toda rebarba susceptível de danificar as isolações dos condutores. 

11. Nas juntas de dilatação, os eletrodutos rígidos devem ser seccionados, devendo ser mantidas as

características necessárias à sua utilização (por exemplo, no caso de eletrodutos metálicos, a continuidade elétrica deve ser sempre mantida).

13. Os condutores somente devem ser enfiados depois de estar completamente terminada a rede de eletrodutos e concluídos todos serviços de construção que os possam danificar. A enfiação só deve ser iniciada após a tubulação ser perfeitamente limpa. 

14. Para facilitar a enfiação dos condutores, podem ser utilizados: guias de puxamento que, entretanto, só devem ser introduzidos no momento da enfiação dos condutores e não durante a execução das tubulações, talco, parafina ou outros lubrificantes que não prejudiquem a isolação dos condutores. 

15. Só são admitidos em instalação aparente eletrodutos que não propaguem a chama.

Todas as instalações elétricas de moradias e comércios contam com um ou mais quadros de distribuição, sendo estes os encarregados de alojar os dispositivos de proteção, segurança e de onde partem os diferentes circuitos que fornecem a energia elétrica a toda a instalação.

A função destes dispositivos de alta sensibilidade é proporcionar uma proteção às pessoas em caso de contato com a energia elétrica; tanto de forma direta com um condutor vivo ou indireta, por falha ou por derivar a uma massa metálica alguma parte ativa da instalação e ainda de proteger os condutores contra sobrecargas e curtos-circuitos.

Nas moradias, o quadro de distribuição normalmente está localizado onde se concentra a maior quantidade de circuitos, com fácil acesso para sua manobra. Nestes quadros são instalados os disjuntores termomagnéticos, o interruptor diferencial e o disjuntor geral. É necessário ter uma barra de conexão a terra conectada ao aterramento da instalação.

Os quadros podem ser de diferentes tamanhos em função da quantidade de dispositivos de proteção. As principais funções de um quadro de distribuição são: Distribuir a energia elétrica a diversos circuitos ou ramais, conforme as necessidades do usuário; Proteger de maneira independente cada circuito ou ramal contra curtos-circuitos e/ou sobrecargas; Prover a cada instalação elétrica de circuitos independentes para sua conexão ou desconexão, sem que o outro circuito da mesma rede ou instalação seja afetado.

Os quadros são compostos pelos seguintes elementos:

1. Um disjuntor termomagnético geral, para proteção contra sobrecarga e curto-circuito.

2. Um interruptor diferencial de alta sensibilidade para proteção contra contatos indiretos.

3. Disjuntores automáticos para proteção contra sobrecarga e curto-circuito, conforme a quantidade de circuitos a proteger como: iluminação, tomadas, fogão elétrico, bombas de água, aquecedor de água, etc. Do quadro de cada um destes dispositivos devem sair condutores para as diferentes cargas. As seções dos condutores devem ser dimensionadas de acordo com a potência dos aparelhos alimentados, respeitando a NBR 5410:2004.

4. Barramento de cobre eletrolítico de alta condutividade, devendo dimensionar-se com o critério do nível de curto-circuito necessário. Estas barras são instaladas na estrutura do quadro com isoladores auto-suportados. Podem ser nuas ou pintadas.

5. Barramento de cobre para aterramento, onde devem conectar-se os diferentes condutores de proteção dos circuitos e o condutor de aterramento.

Nas figuras estão descritos os circuitos de uma instalação elétrica em um quadro de distribuição. Para selecionar um quadro de uso residencial ou comercial será necessário levar em conta: Quantidade de circuitos a controlar, sendo suficiente determinar a quantidade de pólos dos dispositivos de proteção, monofásicos e trifásicos, e com este valor ir às tabelas de fabricantes onde selecionamos o modelo e tamanho. Em outros casos, a seleção realiza-se definindo a quantidade de dispositivos monofásicos, bifásicos e trifásicos, definindo depois nas tabelas o número de polos totais. O tamanho dos disjuntores a utilizar, conforme a sua capacidade. Deixar espaço para reserva.

O catálogo técnico de eletrodutos Tigre está disponível em : 18_04_01 Catálogo técnico de eletrodutos e quadros de distribuição Tigre ;
© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/04/2018

Aula 05 - Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas – SPDA

Durante as tempestades observa-se queda da temperatura e aumento da umidade relativa do ar, o que diminui suas propriedades dielétricas. Ao mesmo tempo, o movimento das nuvens provoca um aumento do potencial elétrico entre elas e o solo. Esses dois fatores contribuem para eventual transferência de cargas elétricas entre nuvem e solo, isto é, uma descarga elétrica de curta duração e de alta intensidade.
Para evitar danos materiais e baixas são utilizados os pára-raios, que é que um elemento metálico situado a determinada altura e eletricamente ligado à terra, de forma que as descargas ocorram pelo caminho mais fácil, protegendo as suas imediações.

Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) é um sistema de proteção de bens e pessoas contra os efeitos danosos de descargas elétricas de origem atmosféricas – Raios. O SPDA é parte integrante do projeto de combate a incêndios sendo exigido pelos bombeiros para liberação de alvarás, além de fazer parte do prontuário elétrico exigido pela norma regulamentadora nº10 do Ministério do Trabalho e Emprego.

É um sistema composto de três subsistemas: Captores, Descidas e Malha de Aterramento, onde cada elemento deve ser dimensionado de forma a suportar as solicitações  eletromecânicas de uma descarga direta.

Os sistemas mais comuns utilizados atualmente são os captores verticais (franklin) combinado com captores em malha (gaiola de faraday). Devido à natureza das descargas, no entanto, dificilmente a proteção poderá ser 100% segura, mas pode se aproximar disto.

Dicas para realização de um bom projeto de SPDA:

1 - Os condutores de descidas e anéis intermediários podem ser fixados diretamente na fachada das edificações ou por baixo do reboco e devem ser distribuídos ao longo do perímetro da edificação, com preferência para as quinas principais. Os condutores das descidas e dos anéis intermediários horizontais deverão ter a mesma bitola dos condutores de captação, devido à presença de descargas laterais.
2 - Para minimizar os danos estéticos nas fachadas e no nível dos terraços, podem ser usados condutores chatos de cobre.
3 - A malha de aterramento deverá ser com cabo de cobre nu #50mm² a 0,5m de profundidade no solo, interligando todas as descidas.
4 - Os eletrodos de aterramento tipo “Copperweld” deverão ser de alta camada (254 microns).
5 - As conexões enterradas deverão ser preferencialmente com solda exotérmica, onde deverá ser instalada uma caixa de inspeção de solo para proteção e manutenção.
6 - Todas as ferragens deverão ser galvanizadas a fogo, sendo portanto proibida a galvanização eletrolítica. 

7 - As equalizações de potenciais deverão ser no mínimo executadas no nível do solo e a cada 20m de altura, onde deverão ser interligadas todas as malhas de aterramento, bem como todas as prumadas metálicas da edificação e a própria estrutura da edificação.
8 -  As tubulações de gás com proteção catódica não poderão ser vinculadas diretamente. Neste caso deverá ser instalado um DPS tipo centelhador.
 9 - Todos os furos realizados na instalação do SPDA devem ser bem vedados para evitar infiltrações. Recomenda-se o uso de porcas, arruelas e parafusos em aço inox e buchas de nylon para aumentar a vida útil do SPDA.
Captores para Proteção contra Descargas Atmosféricas
A palavra captor é freqüentemente usada como sinônimo de pára-raios. Em geral, refere-se especificamente ao elemento situado no topo, que recebe diretamente o raio. O captor mais usado atualmente é o tipo Franklin, que consiste de um conjunto de algumas hastes pontiagudas para facilitar a condução, montado em um mastro vertical.

Benjamin Franklin, estabeleceu o conceito dos pára-raios e o principio de funcionamento de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA). O experimento consistiu em colocar uma haste metálica abaixo de uma nuvem de tempestade estabelecer o contacto com um corpo ligado à terra, para permitir descarregar. Um SPDA é composto essencialmente por três componentes, o elemento captor, os condutores de descida e o sistema de aterramento. Atualmente existe três modelos de pára-raios: o captor do tipo de Franklin, o captor de avanço à ignição (ionizantes) e a gaiola de Faraday.
Implementação SPDA através de ponta de Franklin: O captador do tipo "Franklin" é constituído por uma haste metálica , sendo a extremidade superior é pontiaguda para ter uma maior poder de acúmulo de cargas. Para implementação SPDA através de ponta de Franklin o método do ângulo de proteção é uma das formas de concepção do dispositivo captador. O edifício a proteger tem de se encontrar dentro da área de proteção das hastes captoras ou do dispositivo captação.

O raio do cone de proteção é calculado pela fórmula ao lado, sendo h a altura entre a ponta de Franklin e a superfície a proteger. O ângulo α deve ser aplicado de acordo com a superfície protegida B. O campo de proteção é dado pelo cone com vértice no captor, com geratriz que faz ângulo de 60º com a vertical, para níveis de proteção maiores esse ângulo deve ser menor.

Implementação SPDA através da gaiola de Faraday: Os dispositivos captores também podem ser determinados por meio do método da esfera. Para este método é necessário um modelo do objeto a proteger e uma esfera, que é rolada por cima do modelo. Tem de ser instalado um dispositivo captador em todos os pontos de contacto da esfera com o modelo. Outra forma de concepção do dispositivo captor é o método da malha, em que este é disposto na superfície do telhado, em forma de malha, a partir dos pontos mais sujeitos à queda de raios, desde a cumieira, cristas e arestas.
Número de descidas para Proteção contra Descargas Atmosféricas

A figura ao lado mostra a instalação padrão com apenas 1 captor. Entretanto, o número de captores deve ser dado em função da área a proteger conforme critério anterior. Todo o prédio e áreas a proteger devem estar dentro do campo de proteção. O cabo de descida é normalmente de cobre, com seção não inferior a 35 mm2. Como regra geral, a descida deve ser a mais direta possível, com o mínimo de curvas. Essas, quando necessárias, devem ter raio mínimo de 20 cm. Não deve haver emendas, exceto para o conector indicado, próximo ao solo, que permite separar as partes para medições do aterramento. Os espaçadores devem ser usados a cada 2 m no máximo e devem proporcionar um separação mínima de 20 cm entre cabo e prédio ou outras partes.
Quando se tem mais de um captor, o número de descidas deve ser dado pelo valor máximo entre as expressões abaixo:
Onde: n: número de descidas; a: área coberta do prédio em metros quadrados; h: altura do prédio em metros; p: perímetro do prédio em metros.
Se o valor de alguma parcela for fracionário, ele dever ser arredondado para o inteiro imediatamente superior.

O pára-raios foi inventado por Benjamin Franklin em 1752. Inicialmente houve resistência das religiões porque raio era considerado fúria de deus e o homem não podia interferir. A igreja católica declinou da objeção em 1769, quando um raio atingiu uma igreja perto de Veneza e provocou a ignição de uma grande quantidade de pólvora estocada nas proximidades, matando cerca de 3000 pessoas.

Sistema de Aterramento com haste vertical

Um sistema de aterramento projetado e montado corretamente é um dos requisitos fundamentais para o bom funcionamento de um sistema elétrico, principalmente no que diz respeito a confiabilidade e segurança. 

O projeto de um sistema de aterramento deve seguir basicamente as seguintes etapas: definir o local de aterramento; realizar varias medições da resistividade do solo no local previsto; realizar a estratificação do solo com  suas respectivas camadas; definir o tipo de sistema de aterramento necessário; calcular a resistividade aparente do solo e dimensionar o sistema de aterramento.

O cálculo do sistema de aterramento com uma haste vertical cravada verticalmente em um solo homogêneo, tem uma resistência elétrica que pode ser determinada pela fórmula acima, onde L é o comprimento da haste em metro; a o diâmetro das hastes; p a resistividade do solo em ohm.metro (Ω m) e o resultado é a resistência do aterramento dado em ohms (Ω).

O valor da resistividade do solo deverá ser de preferência medido no local da instalação ou, se alguma imprecisão for tolerada, poderá ser estimado conforme lista seguinte: Lama: de 5 a 100 Ω m; Argila: de 20 a 60 Ω m; Limo: de 20 a 100 Ω m; Humus: de 20 a 150 Ω m; Argila e areia: de 80 a 200 Ω m; Turfa: de 150 a 300 Ω m; Areia: de 250 a 500 Ω m e Rocha: > 1000 Ω m.

Os aterramentos mais comuns são formados por uma ou mais hastes cilíndricas verticais, cravadas no solo e eletricamente interligadas por fios de cobre sem isolação. As hastes são em geral feitas de aço e revestidas com cobre. Essa construção reduz o custo dos materiais e aumenta a resistência mecânica, sem comprometer sensivelmente as propriedades elétricas.

Na figura temos o exemplo de um aterramento com duas hastes. Comercialmente, os comprimentos (L) e diâmetros (D) mais comuns são 2,4 e 3,0 metros e 1/2, 3/4 e 1 polegadas, respectivamente.
Nos sistemas de aterramento raramente uma única haste é o suficiente para chegarmos ao valor da resistência desejada. Analisando a fórmula acima, verificamos que as alternativas para melhorarmos este valor de resistência são aumentarmos o diâmetro da haste (limitações técnicas, e baixa relação custo-benefício), colocarmos mais hastes em paralelo, aumentarmos o comprimento da haste, reduzirmos a resistividade aparente do solo utilizando tratamento químico.

Dos itens relacionados acima a resistência de terra possuí o maior valor, assumindo maior importância, já que depende de fatores como a resistividade do solo, condições climáticas etc. dos quais não temos muitas vezes o controle. Os demais itens atingem valores menores e são mais fáceis de serem controlados.

A instalação de hastes em paralelo, reduzem significativamente o valor final da resistência de aterramento. Esta redução não segue simplesmente a lei de resistências em paralelo, em função da interferência que ocorre entre as zonas equipotenciais de cada haste.
Malhas de aterramentos

As características químicas do solo (teor de água, quantidade de sais, etc...) influem diretamente sobre o modo como escolhemos o eletrodo de aterramento. Os eletrodos mais utilizados na prática são: hastes de aterramento, malhas de aterramento e estruturas metálicas das fundações de concreto.
Haste de aterramento: A haste pode ser encontrada em vários tamanhos e diâmetros. O mais comum é a haste de 2,5 m por 0,5 polegada de diâmetro. Não é raro, porém, encontrarmos hastes com 4,0 m de comprimento por 1 polegada de diâmetro. Cabe lembrar que, quanto maior a haste, mais riscos corremos de atingir dutos subterrâneos (telefonia, gás, etc...) na hora da sua instalação.
Normalmente , quando não conseguimos uma boa resistência de terra (menor que 10 Ohms) , agrupamos mais de uma barra em paralelo. Quanto à haste, podemos encontrar no mercado dois tipos básicos: Copperweld (haste com alma de aço revestida de cobre) e Cantoneira (trata-se de uma cantoneira de ferro zincada, ou de alumínio).

Malhas de aterramento: A malha de aterramento é indicada para locais cujo solo seja extremamente seco. Esse tipo de eletrodo de aterramento, normalmente, é instalado antes da montagem do contra piso do prédio, e se estende por quase toda a área da construção. A malha de aterramento é feita de cobre, e sua “janela” interna pode variar de tamanho dependendo da aplicação, porém a mais comum está mostrada na figura.
Estruturas metálicas: Muitas instalações utilizam as ferragens da estrutura da construção como eletrodo de aterramento elétrico, qualquer que seja o eletrodo de aterramento (haste, malha, ou ferragens da estrutura), ele deve ter as seguintes características gerais: Ser bom condutor de eletricidade; Ter resistência mecânica adequada ao esforço a que está submetido; Não reagir (oxidar) quimicamente com o solo.
Tanto os locais que empregam malha de aterramento ou as estruturas prediais, como terra, normalmente apresentam um inconveniente que pode ser extremamente perigoso: a conexão com o para – raios. Notem pela figura 3, que temos um exemplo de uma malha de terra ligada ao para – raios, e também aos demais equipamentos eletroeletrônicos.
Essa é uma prática que devemos evitar, pois nunca podemos prever a magnitude da potência que um raio pode atingir. Dependendo das condições, o fio terra poderá não ser suficiente para absorver toda a energia, e os equipamentos que estão junto a ele podem sofrer o impacto.
Medida da Resistência de Aterramento

A medida da resistência de aterramento é realizada com a utilização de Terrômetro, nele há duas hastes de onde está ligado uma fonte de corrente controlada e outra haste onde há um circuito elétrico (voltímetro), composto de um ponto de injeção de corrente e um ponto de retorno dessa corrente.
O ponto de injeção de corrente é definido e a corrente é injetada por meio do sistema de aterramento a ser medido. Pode ser um ponto de aterramento da instalação ou de um equipamento. O ponto de saída da corrente pode ser obtido através de um ponto de aterramento auxiliar, composto por uma ou mais hastes interligadas.
A determinação da resistência do aterramento é obtida pela razão da tensão medida entre o sistema de aterramento sob ensaio e o eletrodo de potencial e da corrente que flui entre o aterramento e o eletrodo auxiliar de corrente.
Quanto maior a distância do eletrodo de corrente e o sistema de aterramento , maiores são as chances de não haver sobreposição das regiões de influencia da malha e do eletrodo. O eletrodo de potencial deve ser instalado em direção ao eletrodo de corrente. A resistência real do aterramento, para solos homogêneos, se dará quando o eletrodo de potencial, colocado aproximadamente 60% da distância entre o centro elétrico da malha e o eletrodo de corrente e em linha com estes, normalmente está na região do patamar.

Tratamento químico do solo

Um aterramento elétrico é considerado satisfatório quando sua resistência encontra-se abaixo dos 10 Ohms.

Quando não conseguimos esse valor, podemos mudar o número ou o tipo de eletrodo de aterramento. No caso de haste, podemos mudá-la para canaleta (onde a área de contato com o solo é maior), ou ainda agruparmos mais de uma barra para o mesmo terra. Caso isso não seja suficiente, podemos pensar em uma malha de aterramento. Mas imaginem um solo tão seco que, mesmo com todas essas técnicas, ainda não seja possível chegar-se aos 10 Ohms. Nesse caso a única alternativa é o tratamento químico do solo. O tratamento do solo tem como objetivo alterar sua constituição química, aumentando o teor de água e sal e, consequentemente, melhorando sua condutividade. O tratamento químico deve ser o último recurso, visto que sua durabilidade não é indeterminada. O produto mais utilizado para esse tratamento é o Erico - gel, e os passos para essa técnica são mostrados ao lado, após executado os 4 passos devemos misturar tudo novamente e tampar tudo com a terra “virgem” que sobrou.

Podemos encontrar no mercado outros tipos de produtos para o tratamento químico (Bentonita , Earthron , etc.), porém o Erico – gel é um dos mais modernos. Suas principais características são: Ph alcalino (não corrosivo), baixa resistividade elétrica, não é tóxico, não é solúvel em água (retém a água no local da haste).

Ter uma boa haste ou um solo favorável não basta para termos um bom aterramento elétrico. As conexões da haste com os cabos de terra , bem como a bitola do cabo terra também contribuem muito para a resistência total de aterramento.

No que se refere à bitola do fio terra , ela deve ser a maior possível. Temos abaixo uma regra prática que evita desperdícios, e garante um bom aterramento.

Para : Sf < 35 mm² ® St = 16 mm² e Sf ³ 35 mm² ® St = 0,5 Sf

Onde : Sf = a seção transversal dos cabos (fios) de alimentação do equipamento (fases) e St = a seção transversal do fio terra.

Notem que para diâmetros inferiores a 35 mm² para as fases , temos o fio terra de 16 mm² . Já para diâmetros iguais ou acima de 35 mm², o fio terra deverá ter seção transversal igual à metade da seção dos cabos de alimentação.

Quanto à conexões , devemos optar em 1º lugar pela fixação por solda do fio terra à haste . Isso evita o aumento da resistência do terra por oxidação de contato . Caso isso não seja possível, poderemos utilizar anéis de fixação com parafusos. Nesse caso porém , é conveniente que a conexão fique sobre o solo , e dentro de uma caixa de inspeção.

O arquivo para análise Sistema de Proteção de Descarga Atmosférica com Terrômetro elaborado por Sinésio Gomes pode ser baixado em: 23_09_09 Manutenção - Análise Sistema de Proteção de Descarga Atmosférica por Terrômetro.

Manual de aterramento disponível em: Manual de Aterramento Procobre.

Catálogo de componentes de aterramento disponível em: Terminais de aterramento Intelli.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/09/2023.