Instalações Elétricas - Ademaro A. M. B. Cotrim Capítulo 1 - Fundamentos
Prof. Dr. Thales A. C. Maia
UFMG - DEE
Conceitos Básicos
Circuito e Sistema Elétrico
Circuito elétrico: conjunto de corpos, componentes ou meios no qual é possível que haja corrente elétrica.
Sistema elétrico: circuito ou conjunto de circuitos inter-relacionados constituído para determinada finalidade, formado por componentes que conduzem corrente.
Instalação Elétrica
Inclui componentes que não conduzem corrente, mas são essenciais ao funcionamento (condutos, caixas, suportes).
É o sistema elétrico físico: conjunto coordenado composto para um fim específico.
A cada instalação elétrica corresponderá um sistema elétrico.
Norma NBR 5410
Instalações de Baixa Tensão
Aplica-se a instalações elétricas cuja tensão nominal é igual ou inferior a 1.000 V em CA ou 1.500 V em CC.
Fixa condições para garantir: funcionamento adequado, segurança de pessoas e animais, e conservação de bens.
Aplicações da NBR 5410
Edificações residenciais e comerciais em geral.
Estabelecimentos institucionais e de uso público.
Estabelecimentos industriais e agropecuários.
Instalações temporárias (canteiros de obras, feiras).
Componentes das Instalações
Equipamento e Dispositivo
Equipamento Elétrico: Unidade funcional que exerce funções de geração, transmissão, distribuição ou utilização de energia.
Dispositivo Elétrico: Equipamento integrante de um circuito com funções de Manobra, Comando, Proteção e Controle.
Esquemas Típicos de Instalações
Quadro Principal: Recebe energia da origem da instalação e a distribui para outros circuitos ou quadros.
Fig. 1: Esquemas típicos de instalações: (a) alimentação por rede pública BT; (b) alimentação por rede pública AT (Cotrim, 2009).
Distribuição Radial
Normalmente as instalações utilizam distribuições radiais, onde podemos distinguir:
Circuitos de distribuição: Principais ou divisionários, interligando os quadros.
Circuitos terminais: Protegidos pelo último dispositivo de proteção.
Fig. 2: Distribuição radial: circuitos de distribuição e terminais (Cotrim, 2009).
Esquemas de Condutores Vivos
De acordo com a NBR 5410, os sistemas de alimentação podem ser definidos pelos seus condutores vivos (fases e neutro). Os esquemas variam desde monofásicos a dois condutores até trifásicos com neutro.
Fig. 3: Esquemas de condutores vivos segundo a NBR 5410 (Cotrim, 2009).
Grandezas e Definições
Carga e Potência
Carga elétrica: equipamento que absorve potência ativa. Podem ser lineares ou não-lineares (eletrônicos que distorcem a onda).
Potência instalada: soma das potências nominais dos equipamentos de utilização de uma instalação.
Faltas e Correntes
Falta elétrica: contato acidental entre partes com potenciais diferentes (curto-circuito) ou para a terra.
Sobrecarga: corrente que excede o valor nominal sem que haja uma falta elétrica.
Corrente de fuga: corrente muito pequena que percorre um caminho diferente do previsto através da isolação.
Corrente Diferencial-Residual (\(i_{DR}\))
É a soma vetorial (ou dos valores instantâneos) das correntes que percorrem todos os condutores vivos do circuito considerado.
Na ausência de fuga para a terra, a \(i_{DR}\) deve ser zero.
Tensões e Choque Elétrico
Tensões Elétricas (Tabelas 1.1 e 1.2)
Tensões nominais da norma (IEC) e as mais usuais no Brasil.
Sistema
Tensão Nominal (V)
IEC 60Hz 3-fases
230/400, 277/480, 480/690
Brasil 3-fases
127/220, 220/380, 254/440
Brasil Monofásico
115/230, 127/254
Tensões Elétricas (Tabelas 1.3 a 1.5)
Equipamentos (Tab 1.3)
Alta Tensão (Tab 1.4/1.5)
110, 115, 120, 127, 220 V
Redes: 13,8 kV, 34,5 kV
380, 440 V (Trifásicos)
Suportam até 36,5 kV
Choque Elétrico
Perturbação no organismo quando percorrido por corrente.
Contato direto: A pessoa toca partes que estão normalmente energizadas (falta de isolamento ou imprudência).
Contato indireto: A pessoa toca em uma carcaça (massa) que ficou acidentalmente sob tensão devido a um defeito.
Contatos direto e indireto (Cotrim, 2009).
Instalação de Baixa Tensão
Formas de Alimentação
As instalações de baixa tensão (BT) podem ser alimentadas de várias formas:
Diretamente, por rede de distribuição BT (ramal de ligação) — típico de edificações de pequeno porte.
De uma rede de alta tensão (AT), por subestação/transformador da concessionária — prédios de uso coletivo, comércio de grande porte.
De uma rede de AT, por subestação de propriedade do consumidor — caso típico de instalações industriais e comerciais de médio/grande porte.
Por fonte autônoma — instalações de segurança ou fora da área de concessionárias.
Entrada de Serviço
Topologia entre a rede da concessionária e o quadro de proteção/medição da instalação:
(incluir figura)
Ponto de derivação: onde o ramal de ligação se conecta à rede da concessionária.
Ponto de entrega: ponto até onde a concessionária é responsável pelo fornecimento — é a partir dele que se aplica a NBR 5410.
Ramal de ligação: condutores entre o ponto de derivação e o ponto de entrega.
Ramal de entrada: condutores entre o ponto de entrega e o quadro de proteção/medição.
Unidade consumidora: instalação elétrica de um único consumidor, que recebe energia em um só ponto, com sua respectiva medição — em uma planta industrial com vários setores, cada um pode ter sua própria unidade consumidora.
Instalações Temporárias
Instalação elétrica prevista para duração limitada às circunstâncias que a motivam:
Instalação de reparos: substitui uma instalação defeituosa após um acidente/pane.
Instalação de trabalho: permite reparos/modificações sem interromper o funcionamento da instalação existente.
Instalação semipermanente: atividades não habituais ou periódicas — caso típico dos canteiros de obras (construção, reforma, ampliação, demolição, obras de infraestrutura).
Serviços de Segurança (SAESS)
O Sistema de Alimentação Elétrica para Serviços de Segurança mantém em funcionamento equipamentos essenciais à segurança de pessoas, quando exigido por lei — a fonte, os circuitos e, eventualmente, os próprios equipamentos.
Aplicações típicas em ambiente industrial:
Bombas de água e compressores para sistemas de combate a incêndio.
Sistemas de detecção e exaustão de fumaça/gases tóxicos.
Iluminação de segurança e sinalização de rotas de fuga.
Processos industriais críticos cuja interrupção traz risco de segurança (ex: indústria petroquímica, de cimento).
Equipamentos e Motores Elétricos
Tipos de Motores Elétricos
Motores CC: exigem fonte CC/retificada; velocidade ajustável em faixa ampla. Usados em conjugados elevados/variação de velocidade (prensas, tração elétrica).
Motores síncronos: velocidade fixa; usados em grandes cargas ou quando se precisa de velocidade constante e correção de fator de potência.
Motores de indução (gaiola): velocidade praticamente constante, robustos e de baixo custo — os mais utilizados na indústria.
Fig. 5: Motor de indução tipo gaiola.
Corrente de Partida de Motores
Na partida, o rotor está parado — a corrente inicial é bem superior à de regime, decrescendo até o valor nominal conforme o motor acelera. Para partida direta, motor de indução trifásico:
Motor
Corrente de partida \(I_P\)
2 pólos
\(4{,}2\) a \(9\, I_N\)
Mais de 2 pólos
\(4{,}2\) a \(7\, I_N\) (média \(6\,I_N\))
Anéis / CC
\(\approx 2{,}5\, I_N\)
Esse pico de corrente é o que dita, mais adiante, a necessidade de partidas indiretas (estrela-triângulo, compensadora, soft-starter) em motores maiores — assunto do Capítulo 13.
Características Nominais
Valores especificados e garantidos pelo fabricante:
\(I_N\) (A): corrente nominal.
\(U_N\) (V): tensão nominal.
\(P_N\) ou \(S_N\) (W/VA): potência nominal — para motores, é a potência mecânica útil no eixo (saída), não a de entrada!
Rendimento\(\eta = P_{saída}/P_{entrada}\), e fator de potência \(\cos\varphi_N = P_N/S_N\).
Potência útil no eixo: 11040.0 W
Corrente nominal: I_N = 24.7 A
Influências Externas
Sistema de Classificação (IEC/NBR 5410)
Inventário normalizado de todas as condições externas que podem afetar os componentes de uma instalação — orienta decisões de projeto e execução.
Código de duas letras + um algarismo:
1ª letra: categoria — A (ambiental), B (utilização), C (construção da edificação).
2ª letra: natureza da influência (ex: temperatura, água, corpos sólidos…).
Algarismo: classe de severidade dentro do parâmetro (quanto maior, mais severo).
Categorias e Parâmetros
Categoria A — Ambientais (14)
Categoria B — Utilização (5)
Categoria C — Construção (2)
AA Temperatura ambiente
BA Competência das pessoas
CA Materiais de construção
AB Condições climáticas
BB Resistência elétrica do corpo
CB Estrutura das edificações
AD Presença de água
BC Contato com potencial de terra
AE Corpos sólidos / poeira
BD Condições de fuga em emergência
AF Substâncias corrosivas/poluentes
BE Natureza dos materiais processados/armazenados
AG/AH Solicitações mecânicas (impacto/vibração)
AQ Descargas atmosféricas
(lista resumida — 21 parâmetros ao todo, Tabelas 1.8 a 1.30 da norma)
Relevância Industrial
Duas classificações reaparecem diretamente na proteção de circuitos (Capítulo 11 — critério de omissão de proteção contra sobrecarga):
BE2 — Risco de incêndio: locais com substâncias combustíveis (fibras, líquidos de alto ponto de fulgor).
BE3 — Risco de explosão: locais com substâncias inflamáveis, pós-combustíveis, gases — típico de indústrias químicas e petrolíferas.
Outras influências tipicamente severas em ambiente industrial: AF (atmosferas corrosivas — indústria química, orla marítima), AG/AH (impactos e vibrações — “condições industriais severas” na própria tabela da norma).
Referências
COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações Elétricas. 5ª Edição. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.
Exercícios
Exercício 1
Quais são as principais funções exercidas pelos dispositivos elétricos?
Manobra, comando, proteção e controle.
Exercício 2
Qual é a definição da potência instalada de uma instalação elétrica?
É a soma das potências nominais de todos os equipamentos de utilização da instalação (ou de um setor dela).
Exercício 3
Quais tipos de sobrecorrente podem ocorrer em uma instalação elétrica?
Correntes de sobrecarga (sem que haja falta elétrica) e correntes de curto-circuito (corrente de falta).
Exercício 4
Como se define a baixa tensão?
É a tensão nominal igual ou inferior a 1.000 V em corrente alternada (CA) ou a 1.500 V em corrente contínua (CC).
Exercício 5
O que é um choque elétrico?
É a perturbação, de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal quando este é percorrido por uma corrente elétrica.
Exercício 6
Defina ramal de ligação.
É o conjunto de condutores e acessórios instalados entre o ponto de derivação da rede da concessionária e o ponto de entrega da instalação.
Exercício 7
Quais são os três tipos de instalação temporária considerados pela NBR 5410?
Locais de acampamento e marinas; (2) Canteiros de obras; e (3) Feiras, exposições e análogos.
Exercício 8
Calcule a corrente nominal de um motor trifásico de 30 CV, 440 V, rendimento 0,9 e FP 0,8.
Código
# Dados do motorpotencia_cv =30V =440rend =0.90fp =0.80# Conversão CV para Watts (1 CV = 736 W)potencia_w = potencia_cv *736# Cálculo da Corrente (Sistema Trifásico)I = potencia_w / (sqrt(3) * V * rend * fp)println("Corrente Nominal: ", round(I, digits=2), " A")# Saída: Corrente Nominal: 40.24 A
Corrente Nominal: 40.24 A
Exercício 9
Determine a corrente de um forno elétrico de 3 kW, monofásico, rendimento 70% em 220 V.
Código
# Dados do fornopot_saida_kw =3V =220rend =0.70fp =1.0# Forno elétrico resistivo# Cálculo da Potência Absorvida em Wattspot_abs_w = (pot_saida_kw *1000) / rend# Cálculo da Corrente (Sistema Monofásico)I = pot_abs_w / (V * fp)println("Corrente do Forno: ", round(I, digits=2), " A")# Saída: Corrente do Forno: 19.48 A
Corrente do Forno: 19.48 A
Exercício 10
Quais são as categorias dos parâmetros de influências externas na NBR 5410?
