Apostila da Cemig - Instalações Residenciais

Apostila da Cemig - Instalações Residenciais

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Manual de Instalações Elétricas Residenciais INTRODUÇÃO

O “Manual de Instalações Elétricas Residenciais” – RC/UE - 001/2003, aborda os procedimentos e normas técnicas que devem ser utilizados na execução de obras novas e em reformas de instalações elétricas residenciais.

Este Manual é destinado à execução/reforma de instalação elétrica interna de uma única casa residencial. Quando se tratar de mais de uma residência em um mesmo terreno – um prédio, por exemplo, poderão ser necessárias mais informações técnicas sobre o assunto. Neste caso, é recomendado consultar as Normas vigentes afins da CEMIG e da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, além de literaturas técnicas especializadas.

O assunto sobre as instalações elétricas residenciais, não foi esgotado neste

Manual. Procurou-se tratar de uma maneira prática, os procedimentos para a execução de instalações elétricas residenciais adequadas, seguras e mais eficientes quanto ao uso de energia elétrica.

Este Manual é a atualização da edição CEMIG 02111 – CM/CE-199 – Manual de Instalações Residenciais – janeiro/98, em dezembro de 2003.

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ÍNDICE Página

CAPÍTULO 1 - NOÇÕES GERAIS SOBRE A ELETRICIDADE

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Página CAPÍTULO 2 - CIRCUITOS ELÉTRICOS RESIDENCIAIS

CAPÍTULO 3 - CONDUTORES ELÉTRICOS

3.1 Introdução64 3.2 Considerações Básicas sobre os Condutores65 3.3 Seção (mm2) dos Condutores67 3.3.1 Seção Mínima e Identificação dos Condutores de Cobre67 3.3.2 Cálculo da Seção dos Condutores68 3.3.2.1 Limite de Condução de Corrente de Condutores69 3.3.2.2 Limite de Queda de Tensão73 3.3.2.2.1Queda de Tensão Percentual (%)76 3.3.2.2.1.1Momento Elétrico (ME) 76 3.3.2.2.1.2Queda de Tensão em V/A.km78 3.3.2.2.1.3Exemplos do Cálculo de Queda de Tensão79 3.3.3 Exemplos do Dimensionamento da Seção de Condutores80

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Página CAPÍTULO 4 - PROTEÇÃO E SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

4.1 Isolação, Classe e Graus de Proteção 86 4.2 Considerações Básicas Sobre os Choques Elétricos91 4.2.1Contado Direto 91 4.2.2 Contado Indireto 92 4.2.3Tensão de Contato 92 4.2.4Choque Elétrico 94 4.3 Proteção e Segurança – Prevenção na Execução 96 4.4 Elementos Básicos para Segurança e Proteção 97 4.4.1 Aterramento Elétrico 97 4.4.2 Esquemas de Aterramento 9 4.4.3 Condutor de Proteção (PE) 100 4.4.4 Condutor Neutro 102 4.5 Distúrbios nas Instalações Elétricas 102 4.5.1Fugas de Corrente 102 4.5.2Perdas de Energia Elétrica 103 4.5.3Sobrecorrente e a sobrecarga104 4.5.4 Curto-Cir cuito 104 4.5.5 Sobretens ões 105 4.6 Dispositivos de Proteção e de Segurança106 4.6.1 Fusíveis 106 4.6.2 Disjuntor es Termomagn éticos 107 4.6.2.1Coordenação e Dimensionamento dos Disjuntores 109 4.6.3Dispositivo Diferencial Residual – DR111 4.6.4Proteção Contra Sobretensões Transitórias117 4.6.5Proteção Contra Quedas e Faltas de Tensão118 4.6.6Coordenação entre os Diferentes Dispositivos de Proteção119 4.7Proteção em Banheiros119 4.7.1Medidas de Proteção Contra Choques Elétricos122 4.8Proteção Contra Descargas Atmosféricas122

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Página CAPÍTULO 5 - PROJETO DAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

5.1Planejamento de uma Instalação Elétrica123 5.2Traçado de um Projeto Elétrico124 5.3Elaboração de um Projeto Elétrico125 5.3.1Determinação das Cargas da Instalação Elétrica130 5.3.1.1Outras Cargas Elétricas 137 5.3.2Divisão dos Circuitos de uma Instalação Elétrica140 5.3.3Circuitos de Tomadas de Uso Geral e os de Iluminação143 5.3.3.1Circuitos de Tomadas de Uso Geral145 5.3.3.2Circuitos de Iluminação145 5.3.4Instalação de Eletrodutos145 5.3.5Dimensionamento da Seção dos Condutores147 5.3.5.1Cálculo de Momentos Elétricos e Seção de Condutores148 5.3.6Equilíbrio das Fases do Circuito Elétrico165 5.3.7Dimensionamento da Proteção166 5.3.7.1Dimensionamento dos Disjuntores Termomagnéticos166 5.3.7.2Dimensionamento dos Dispositivos Diferencial Residual 167 5.3.7.3Dimensionamento da Proteção Contra Sobretensões

Transit órias 169 5.3.7.4Proteção Contra Falta de Fase e Sub/Sobretensão170 5.3.7.5Acondicionamento e Identificação dos

Dispositivos de Proteção e de Segurança170 5.3.7.6 Proteções Complementar es 172 5.3.8Dimensionamento dos Eletrodutos173 5.3.9Apresentação do Projeto Elétrico176

CAPÍTULO 6 - EXECUÇÃO DO PROJETO ELÉTRICO

6.1Materiais e Componentes da Instalação Elétrica180 6.2Execução do Projeto Elétrico180 6.3Requisitos Estabelecidos pela Norma NBR 5410/97181 6.4Recomendações Gerais sobre as Instalações Elétricas183 6.5 Verifica ção Final 185 6.6Aumento de Carga e Reformas nas Instalações

Elétricas Inter nas 185 6.7Bomba de Água com Chave Bóia186 6.8Instalações de Linhas Aéreas187

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Página CAPÍTULO 7 - ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA

8 - ANEXOS

Anexo 1Conversão de Unidades207 Anexo 2Fórmulas Práticas208 Anexo 3Portaria INMETRO N.o 27 de 18.02.2000209 Anexo 4Endereços Úteis214 Anexo 5Características dos Condutores Isolados em PVC/70ºC215 Anexo 6Potência Média de Aparelhos Elétricos216 Anexo 7Características de Motores Elétricos217

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CAPÍTULO 1 NOÇÕES GERAIS SOBRE A ELETRICIDADE

São abordados neste Capítulo diversos aspectos sobre a eletricidade, de uma forma simplificada, buscando oferecer uma visão geral sobre o assunto.

Para maiores informações, deve-se procurar uma literatura técnica especializada. Também são apresentadas informações, de uma maneira bastante resumida, sobre a: CEMIG, ANEEL, PROCEL, ABNT e INMETRO.

1.1 - Energia

Energia é a capacidade de produzir trabalho e ela pode se apresentar sob várias formas: •energia Térmica;

•energia Mecânica;

•energia Elétrica;

•energia Química;

•energia Atômica, etc. Uma das mais importantes características da energia é a possibilidade de sua transformação de uma forma para outra.

Por exemplo: a energia térmica pode ser convertida em energia mecânica (motores de combustão interna), energia química em energia elétrica (pilhas) etc.

Entretanto, na maioria das formas em que a energia se apresenta, ela não pode ser transportada, ela tem que ser utilizada no mesmo local em que é produzida.

1.1.1 - Energia Elétrica

A energia elétrica é uma forma de energia que pode ser transportada com maior facilidade. Para chegar em uma casa, nas ruas, no comércio, ela percorre um longo caminho a partir das usinas geradoras de energia.

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A energia elétrica passa por 3 principais etapas:

a) Geração:- A energia elétrica é produzida a partir da energia mecânica de rotação de um eixo de uma turbina que movimenta um gerador. Esta rotação é causada por diferentes fontes primárias, como por exemplo, a força da água que cai (hidráulica), a força do vapor (térmica) que pode ter origem na queima do carvão, óleo combustível ou, ainda, na fissão do urânio (nuclear).

A CEMIG valendo-se das características do

Estado de Minas Gerais onde são inúmeras as quedas d’água tem, na força hidráulica, a sua principal fonte de energia primária. Portanto, as usinas da CEMIG são em grande maioria, hidroelétricas.

b) Transmissão:- As usinas hidroelétricas nem sempre se situam próximas aos centros consumidores de energia elétrica. Por isso, é preciso transportar a energia elétrica produzida nas usinas até os locais de consumo: cidades, indústrias, propriedades rurais, etc. Para viabilizar o transporte de energia elétrica, são construídas as Subestações elevadoras de tensão e as Linhas de Transmissão.

c) Distribuição:- Nas cidades são construídas as subestações transformadoras. Sua função é baixar a tensão do nível de Transmissão (muito alto), para o nível de Distribuição.

A Rede de Distribuição recebe a energia elétrica em um nível de tensão adequado à sua Distribuição por toda a cidade, porém, inadequada para sua utilização imediata para a maioria dos consumidores. Assim, os transformadores instalados nos postes das cidades fornecem a energia elétrica diretamente para as residências, para o comércio e outros locais de consumo, no nível de tensão (127/220 Volts, por exemplo), adequado à utilização.

EnergiaHidráulica EnergiaMecânica EnergiaElétrica Energia Mecânica

As etapas de Geração, Transmissão, Distribuição e da utilização da energia elétrica, podem ser assim representadas:

1.2 – Evolução da Eletricidade

Ao longo do tempo, a eletricidade foi marcada pela evolução técnica e pelos desenvolvimentos científicos, estendendo-se a diversos campos da ciência e a inúmeras aplicações práticas. Será apresentada a seguir, uma abordagem simples sobre a evolução da eletricidade.

A palavra Eletricidade provém do latim electricus, que significa literalmente “produzido pelo âmbar por fricção”. Este termo tem as suas origens na palavra grega para âmbar elektron.

O filósofo grego, Tales de Mileto, ao esfregar um pedaço de âmbar numa pele de carneiro, observou que este atraía pedaços de palha.

Em 1600 William Gilbert estudando esses fenômenos, verificou que outros corpos possuiam a mesma propriedade do âmbar. Designou-os com o nome latino “electrica”.

A partir de 1729, Stephen Gray descobriu a condução da eletricidade, distinguindo entre condutores e isolantes elétricos, bem como, da indução eletrostática.

Benjamin Franklin descobriu em 1750 que, os relâmpagos são o mesmo que descargas elétricas e inventou o pára-raios.

Charles Augstin de Coulomb publicou em 1785, estudos sobre medição das forças de atração e repulsão entre dois corpos eletrizados (Lei de Coulomb).

Em 1788 James Watt construiu a primeira máquina a vapor. Esse invento que impulsionou a 1ª Revolução Industrial. Em sua homenagem, foi dado o seu nome à unidade de potência elétrica: Watt (W).

Foi fundado na Inglaterra em 1799, o Royal Institution of Great Britainque ajudou o campo de investigação da eletricidade e magnetismo.

Também em 1799, Alessandro Volta provou que a eletricidade podia ser produzida utilizando metais diferentes separados por uma solução salina. Volta utilizou discos de cobre e zinco separados por feltro embebido em ácido sulfúrico para produzir este efeito. Alessandro Volta explicou a experiência de Luigi Aloísio Galvani em 1786, colocando entre dois metais a perna de uma rã morta, produzindo contrações nesta. Ao agregar estes discos uns por cima dos outros, Volta criou a pilha elétrica. A pilha foi a primeira forma controlada de eletricidade contínua e estável. Em sua homenagem, foi dado o seu nome à unidade de medida de potencial elétrico: Volt (V).

Em 1819, Hans Christian Oersted detectou e investigou a relação entre a eletricidade e o magnetismo (eletromagnetismo).

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André Marie Ampère desenvolveu em 1820, um estudo e estabeleceu as leis do eletromagnetismo. Em sua homenagem, foi dado o seu nome à unidade de medida de intensidade de corrente elétrica: Ampère (A).

Em 1827, Joseph Henry iniciou uma série de experiências eletromagnéticas e descobriu o conceito de indução elétrica, construindo o primeiro motor elétrico.

Também em 1827, Georg Simon Ohm, trabalhando no campo da corrente elétrica desenvolveu a primeira teoria matemática da condução elétrica nos circuitos: Lei de Ohm. O trabalho só foi reconhecido em 1841. Em sua homenagem, foi dado o seu nome à unidade de resistência elétrica: Ohm (Ω).

Em 1831, Michel Faraday descobriu o fenômeno da indução eletromagnética, explicando que é necessária uma alteração no campo magnético para criar corrente. Faraday descobriu que a variação na intensidade de uma corrente elétrica que percorre um circuito fechado, induz uma corrente numa bobina próxima. Observou também, uma corrente induzida ao introduzir-se um imã nessa bobina. Estes resultados tiveram uma rápida aplicação na geração de corrente elétrica.

Em 1838, Samuel Finley Breese Morse conclui o seu invento do telégrafo. Em 1860, Antonio Pacinotti construiu a primeira máquina de corrente contínua com enrolamento fechado em anel. Nove anos depois, Zénobe Gramme apresentou a sua máquina dínamo - elétrico, aproveitando o enrolamento em anel.

Em 1875 foi instalado, em uma estação de trem em Paris, um gerador para ascender as lâmpadas da estação, através da energia elétrica. Foram fabricadas máquinas a vapor para movimentar os geradores.

A distribuição de eletricidade é feita inicialmente em condutores de ferro, posteriormente de cobre e a partir de 1850, os fios são isolados por uma goma vulcanizada.

Em 1873 foi realizada pela primeira vez a reversibilidade das máquinas elétricas, através de duas máquinas Gramme que funcionavam, uma como geradora e a outra como motora. Ainda neste mesmo ano foi publicado o Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo por James Clerk Maxwell. Este tratado, juntamente com as experiências levadas a efeito porHeinrich Rudolph Hertz em 1885 sobre as propriedades das ondas eletromagnéticas geradas por uma bobina de indução, demonstrou que as ondas de rádio e luz são ondas eletromagnéticas, diferindo apenas na sua freqüência.

Em 1876, Alexandre Graham Bell patenteou o primeiro telefone com utilização prática.

Thomas Alvas Edison fêz uma demonstração pública de sua lâmpada incandescente, em 1879. Essa lâmpada possibilitou o fim da iluminação feita através de chama de azeite, gás, etc, que foi substituída pela iluminação de origem elétrica. No mesmo ano, Ernest Werner von Siemens pôs em circulação, em uma exposição em Berlim, o primeiro comboio movido a energia elétrica.

A primeira central hidroelétrica foi instalada em 1886 nas cataratas do Niágara. Na década subseqüente foram ensaiados, os primeiros transportes de energia elétrica em corrente contínua. Máquinas elétricas como o alternador, o transformador e o motor assíncrono foram desenvolvidos ao ser estabelecida a supremacia da corrente alternada sobre a corrente contínua.

Gugliemo Marchese Marconi aproveitando estas idéias dez anos mais tarde, utiliza ondas de rádio no seu telégrafo sem fio. Em 1901 foi transmitida a primeira mensagem de rádio através do Oceano Atlântico.

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O elétron, partícula de carga negativa presente no átomo, foi descoberto por

Joseph Jone Thompson em 1897.

Em 1907 Ernest Rutherford, Niels Bohr e James Chadwick estabeleceram a atual definição de estrutura do átomo, até então, considerada a menor porção de matéria não divisível.

1.3 - Tensão e Corrente Elétrica

Todas as substâncias, gasosas, líquidas ou sólidas, são constituídas de pequenas partículas invisíveis a olho nu, denominadas átomos.

O átomo é composto de três partículas básicas: Prótons,Nêutrons eElétrons. Os Prótons e os Nêutrons formam o núcleo do átomo. O Próton tem carga positiva e Nêutron não possui carga elétrica. As suas massas são equivalentes.

O Elétron possui uma carga negativa e a sua massa, por ser muito pequena, é desprezível.

Em um átomo, o número de Elétrons é igual ao número de Prótons, sendo portanto, o átomo eletricamente neutro, pois a soma das cargas dos Elétrons (negativas) com as cargas dos Prótons (positivas) é igual a zero.

Os Elétrons existentes em um condutor de eletricidade (ver Capítulo 3 página 64), estão em constante movimento desordenado.

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