UM “RESUMEX” SOBRE ELETRICIDADE: REDES ELÉTRICAS - COMERCIAL E RESIDENCIAL (Sergio Veloso Lima)
A- Um breve resumo técnico:
1. De onde vem a eletricidade que utilizamos?
A eletricidade, tecnicamente chamada de energia elétrica, é gerada em grandes usinas e depois distribuída aos consumidores.
Estas usinas geradoras de eletricidade podem ser: termelétricas (geralmente a carvão mineral ou óleo diesel, como a de Charqueadas), hidrelétricas (Itaipú), atômicas (Angra dos Reis), Eólicas (Parque Eólico de Osório), etc. A energia elétrica é transmitida em altíssima tensão (tensão é sinônimo de voltagem, termo mais técnico). Esta energia é transportada em linhas de transmissão a uma alta tensão, da ordem de 138.000 Volts (138 kV).
Parque eólico e linhas de distribuição de energia elétrica em East Sussex, Inglaterra.
A energia é levada até as “estações rebaixadoras”, ou subestações, que reduzem a tensão para distribuição nas cidades (vide nos postes das grandes avenidas a rede de 13kV), chegando aos transformadores onde a tensão é reduzida para os valores utilizados em instalações comerciais e residências, ou seja, 220V ou 127V entre fase e neutro, conforme a rede da localidade.
2. Mas, o que é “corrente alternada” e “energia elétrica”?
Falando em átomos, a energia elétrica é transportada pelos elétrons quando se deslocam com sua carga negativa num meio condutor (fios metálicos de cobre – símbolo Cu - e água, por exemplo, são bons condutores de eletricidade). É a chamada “corrente eletrônica”, que se desloca sempre do pólo negativo para o pólo positivo (lembrar que um circuito elétrico normalmente tem dois pólos: um positivo “+” e um negativo “-“).
Já a “corrente elétrica”, que é a corrente com a qual trabalhamos, fazemos nossos projetos e lidamos no dia-dia, convencionalmente se desloca do positivo para o negativo (ao contrário da corrente eletrônica). No caso da corrente elétrica comercial que as operadoras de energia elétrica nos fornecem, é uma correte alternada, ou seja, os polos positivos e negativos nos circuitos se alternam entre si com uma freqüência de 50 ou 60 Hz (ciclos por segundo), dependendo da convenção de cada país. No Brasil, a freqüência é de 60 Hz.
Antigamente, esta diferença de 50 para 60 Hz era importante porque influía no desempenho dos motores elétricos rotativos: um toca-discos de vinil, por exemplo, que fosse projetado para operar com 60 Hz, ao ser ligado numa rede de 50Hz reproduzia os discos em uma rotação mais baixa que a normal (as vozes e as melodias ficavam distorcidas, mais graves do que o que deveria).
Atualmente, a frequência da corrente alternada já não é tão importante porque os modernos circuitos eletrônicos medem a frequência e automaticamente se ajustam para 50 ou 60 Hz.
Mesmo assim, antes de ligar um equipamento na tomada deve-se verificar as especificações de alimentação que estão no seu selo: tensão de 110~240V, freq. 50 ou 60Hz, etc.
3. E o que é “potência elétrica”?
Em eletricidade, a potência é medida em Watts (W). E a potência em Watts é obtida pelo produto da corrente em Ampéres (A) que circula no circuito com a tensão (também chamada de voltagem) em Volts (V) que existe entre os polos (fases, no caso da energia comercial) deste circuito. Ou seja: W = A x V. Assim, A = W/V e V = W/A.Outro elemento importante é a “resistência elétrica”, que é a maior ou menor dificuldade que um meio físico apresenta à condução da corrente elétrica. A resistência é representada pelo R e a sua unidade de medida é o Ohm (símbolo Ω).
Então, V = R x I.
A figura a seguir mostra que uma tensão sobre uma resistência gera uma corrente.
No caso da lâmpada de 100W, em uma rede de 127V a corrente elétrica será de: 100W/127V = 0,79A, sendo que a resistência desta lâmpada será de: 110/0,79 = 140Ω.
Então, nos fios de um chuveiro que consome 2.200W e instalado em Viamão (rede de 220V entre fase e neutro) passará uma corrente de 10A. Mas, se for instalado em Porto Alegre onde a rede é de 127V, passará uma corrente de 17,3A (73% maior!). Por isso a instalação elétrica em Viamão é mais econômica do que em Porto Alegre, já que a fiação pode ser de uma bitola mais fina e, portanto, mais barata! Isto tudo é considerado num projeto elétrico feito por profissional (eletrotécnico ou engenheiro).
B- Dicas sobre instalações elétricas residenciais.
4. Redes mono, bi e trifásicas e circuitos de distribuição interna.
As redes de distribuição de eletricidade que passam na rua em frente aos prédios são compostas de 3 fios de fase e um fio neutro. Numa rede 110, temos 127V entre cada fase e o neutro e 220V entre duas fases (por isso pode-se obter um circuito de 220V em rede 110, como em Porto Alegre). Já nas redes 220, temos 220V entre fase-neutro e 380V entre duas fases. Para obter-se 110 ou 127V nestas redes, somente com a utilização de um transformador de 220V para 110V.
Para alimentar os circuitos de uma residência, por exemplo, pode-se “puxar” uma ligação até o relógio medidor com uma fase (rede monofásica), duas (rede bifásica) ou três (rede trifásica). A vantagem de uma rede bi ou trifásica sobre uma monofásica é a possibilidade de continuar com eletricidade em alguns circuitos da casa, caso venha a faltar uma das fases da rede de distribuição. Porém, convém verificar junto à concessionária local se há tarifação diferente (maior ou menor) para uma rede bi ou trifásica em relação à rede monofásica.
No endereço: http://www.ceee.com.br/pportal/ceee/Archives/Upload/RIC%20BT%202008_33053.pdf, pode-se verificar as normas da CEEE quanto às instalações para consumidores de baixa tensão (caso dos residenciais) a 127/220V ou a 220/380V.
O projeto elétrico deve considerar todos os pontos de luz, suas chaves e todas as tomadas – e o que vai ser ligado em cada uma delas (um condicionador de ar, um chuveiro, uma geladeira e uma máquina de lavar pratos, ou eletrodomésticos em geral) - de forma a dimensionar corretamente os diversos circuitos que irão alimentar estes “consumidores”.
Em geral é feito um estudo peça por peça da residência (ou da loja, se for o caso) analisando e prevendo o que vai ser ligado a cada tomada, qual a potência estimada de cada ponto de luz, que poderá ser uma luminária com 8 soquetes para lâmpadas de 60W (total 480W), por exemplo, ou apenas um abajur para uma lâmpada de 40W, quem sabe.
Com isto, cada circuito é dimensionado e terá o seu próprio disjuntor (com a amperagem necessária) no quadro geral, que pode ser um por andar, por exemplo, se a residência for de tamanho médio. No quadro de entrada no poste da rua teremos o relógio medidor de consumo e um disjuntor geral que será mono, bi ou trifásico, de grande capacidade (p. ex.: um disjuntor geral de 40A numa rede 220 permitiria um consumo instantâneo de 8.800W na residência).
5. Dicas sobre tomadas e chaves de luz.
O fio neutro (N) vem direto da rede da distribuidora de energia (junto com as fases), mas não passa por nenhum disjunto e é distribuído por toda a residência, já que são necessários dois polos, sendo um a fase – que ora é negativa e ora é positiva, numa frequência de 50 ou 60Hz – e o outro o neutro, que terá o papel de pólo negativo se a fase estiver positiva, e vice-versa.É importante notar-se que o fio neutro em geral não deve causar choque ao se tocar nele porque não deve estar energizado, diferentemente do fio fase.
Numa tomada temos dois polos onde se conectam dois fios: um fio fase e um neutro, que são os dois polos do circuito de alimentação para o aparelho que for ligado nesta tomada.
Nota: antes de se dar manutenção numa tomada deve-se identificar quem é o fio fase, para evitar acidentes. Este fio pode ser identificado utilizando-se a “chave de teste de fase”, que acende um pequeno led interno quando se encosta a ponta desta chave no fio fase e coloca-se o dedo polegar ou indicador da mão que segura a chave, na outra extremidade (que é de metal) da mesma. Recomenda-se desligar o disjuntor do circuito que alimenta a tomada, antes de desligar e/ou ligar os fios na mesma. Deste modo, se eventualmente o fio fase tocar no fio neutro, não ocorrerá o indesejado e perigoso curto-circuito.
Já num circuito de iluminação, temos dois elementos e três fios: o primeiro elemento é a chave liga-desliga, onde entra de um lado o fio fase e do outro sai o fio “retorno”. Quando a chave é ligada, o fio fase é posto em contato com o fio retorno e este passa a ser a fase para a lâmpada distante. O segundo elemento é o soquete da lâmpada (ou luminária, composta de vários soquetes, um para cada lâmpada). No soquete chegam dois fios: o neutro e o retorno. Quando a chave é ligada o fio retorno passa a fase para a lâmpada, fechando o circuito com o neutro e acendendo esta.
Nota: no soquete é tranqüilo e seguro trabalhar quando a chave da luz estiver desligada. Já na chave, temos a fase de um lado e retorno do outro; portanto, não temos ai a presença do neutro para fechar o circuito com a fase. Mas deve-se ter cuidado porque a fase sozinha pode dar choque (e geralmente dá), já que o corpo humano pode fechar circuito com a terra, possibilitando a passagem da corrente elétrica (por isso, chaves e alicates com isolação nos cabos, luvas de borracha e sapatos com sola de borracha são elementos de segurança).
6. Fio terra.
Embora não encontrado nas instalações elétricas dos prédios mais antigos, a presença do fio terra é importante e indispensável nas instalações atuais, tanto que a ABNT regulamentou as tomadas e plugs tripolares, atualmente comercializados nas lojas especializadas, ferragens, etc.
O fio terra deve estar conectado a uma barra de cobre enterrada, de forma a fornecer um bom aterramento ao sistema (vide as normas da CEEE no site já mencionado, sobre a instalação do fio terra).
O fio terra previne a ocorrência de choques elétricos, muito comuns nos chuveiros elétricos devido ao ambiente bastante úmido e ao fato do corpo humano estar molhado, tornando-se um excelente condutor de corrente elétrica. Podem prevenir também a ocorrência de correntes induzidas que possam afetar o desempenho de sintonizadores de rádio ou de amplificadores analógicos mais antigos, bem como reduzem a possibilidade de queima de aparelhos devido a descargas elétricas de raios.
Como exemplo, a figura anterior da instalação da lâmpada e da tomada, com a existência do fio terra, ficaria assim:
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