- Escrito por Newton C Braga
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Este artigo é do ano 2000 quando as normas NBR5410 ainda não estavam em vigor para instalações elétricas. No entanto ele serve para dar algumas idéias iniciais para quem está aprendendo.
A energia que recebemos da empresa de eletricidade chega até nossa casa por meio de 3 fios. O porquê de se usar três fios não é muito bem entendido por muitos instaladores que, simplesmente pela prática, os usam para fornecer as tensões típicas de 110V e 220V (Veja nota abaixo) que os aparelhos domésticos comuns precisam para funcionar.
Na verdade, as tensões que chamamos de "110 V" podem ser 115, 117 ou 127 V conforme a localidade e a tensão de 220 V é, efetivamente, de 220 V ou 240 V. Para facilitar o nosso entendimento, no decorrer do artigo chamaremos estas tensões simplesmente de "110 V" ou "220 V".
Assim, o primeiro ponto importante na análise de uma instalação elétrica domiciliar típica é saber de que modo a eletricidade vem por estes três fios.
A energia elétrica que recebemos em nossa casa, numa linguagem simples, é formada por "ondulações" da corrente que vai e vem pelos condutores, pressionada pelo que denominamos tensão.
Isso quer dizer que a tensão varia suavemente, mudando de polaridade 120 vezes por segundo, de modo que 60 vezes ela "empurra" a corrente num sentido, e 60 vezes ela "puxa" a corrente no sentido oposto.
Representando isso por uma senóide, conforme ilustra a figura 1, o que temos são semiciclos positivos quando a corrente é "empurrada", e semiciclos negativos quando a corrente é "puxada".
A tensão senoidal da rede de energia
Para que uma corrente possa circular por um aparelho que seja ligado a esses condutores de energia, ela precisa de um percurso completo, ou seja, de ida e volta, o que significa que um fio só não pode alimentar nenhum aparelho.
Temos de usar obrigatoriamente dois fios, sendo que um é aquele em que se estabelece a pressão que provoca a corrente, e o outro é o denominado "retorno" ou terra, observe a figura 2.
A fase e o neutro
Esse retorno recebe o nome de terra porque realmente a empresa de energia usa a terra para servir a esta finalidade, conforme mostra a figura 3.
Ligação à terra
Um fato importante a respeito desse fio de retorno ou terra é que ele se encontra ligado a um corpo que está sempre a um potencial de referência igual a zero. Assim, como estamos em contato com a terra, mesmo que toquemos nesse fio, não levaremos choques, pois estaremos sob mesmo potencial, e consequentemente nenhuma corrente pode circular passando pelo nosso corpo.
Dizemos então que este condutor é o "neutro" da rede de energia.
Dos três fios que chegam até nossa casa trazendo energia elétrica da empresa geradora e distribuidora, dois deles efetivamente apresentam uma "pressão", e por isso estabelecem a corrente pelos aparelhos neles ligados. O terceiro fio, que é o central, representa o retorno comum que é ligado à terra, ou seja, é o "neutro" da instalação, veja a figura 4.
O neutro é aterrado
Evidentemente, antes do primeiro acesso que temos a esses fios, a empresa coloca um medidor de energia elétrica ou de consumo de energia.
O "relógio de luz", como é popularmente conhecido, mede os quilowatts-hora que consumimos, que correspondem à quantidade de energia fornecida.
Como calcular o consumo pode ser encontrado em outros artigos deste site
O medidor só funciona quando a corrente circula, ou seja, quando algum aparelho é ligado e exige com isso a circulação de uma corrente que lhe fornece energia.
Observe que, se houver alguma deficiência na instalação de energia que provoque um "escape" de corrente, por exemplo, um fio desencapado encostando num ferro da estrutura da casa, conforme indica a figura 5, a corrente circulante acionará o medidor que então registrará um consumo indevido. De uma maneira mais simples podemos dizer que se trata de um "vazamento" de energia pelo qual o usuário, sem saber, paga.
Perda de energia na instalação.
O importante é compreender que toda a corrente que passa pelo "relógio" é registrada, determinando o consumo de energia (vide nota abaixo).
Não existe fundamento técnico algum na crença popular de que colocando garrafas d'água perto do relógio, ele registra um consumo menor...
Após o relógio encontramos um conjunto de dispositivos de proteção, que podem ser fusíveis ou disjuntores.
Os fusíveis são elementos que se queimam quando a corrente ultrapassa um valor considerado perigoso para a instalação.
O que acontece é que a intensidade máxima da corrente que pode passar por um fio é determinada basicamente por sua espessura. Para uma dada espessura, quando a corrente ultrapassa um certo valor, a quantidade de calor produzida pode ser perigosa a ponto de afetar a integridade da capa plástica do fio. Se essa capa derreter, com a perda do isolamento, o perigo torna-se ainda maior, pois poderá ocorrer um curto-circuito, e até um incêndio.
Assim, a função do fusível é queimar interrompendo antes a circulação da corrente, caso sua intensidade se tornar perigosa a ponto de colocar em risco a integridade da instalação.
Os disjuntores têm a mesma finalidade, se bem que funcionem de modo um pouco diferente.
Esses componentes têm a aparência vista na figura 6, consistindo basicamente de chaves que desligam automaticamente quando a intensidade da corrente alcança o valor para o qual eles foram projetado.
Um disjuntor.
A vantagem do disjuntor em relação ao fusível é que o disjuntor simplesmente "desarma", interrompendo a corrente quando ela se torna perigosa, enquanto que o fusível queima.
Uma vez que a causa do excesso de corrente tenha sido eliminada, o fusível precisa ser trocado por outro novo, ao passo que o disjuntor é simplesmente rearmado.
As principais causas da queima de fusíveis ou desarme de disjuntores numa instalação elétrica são os curto-circuitos e as sobrecargas.
Ocorre curto-circuito quando a energia elétrica não encontra um caminho com retorno por meio de um aparelho que limite a intensidade da corrente.
Se um fio encostar em outro (fase e neutro, por exemplo), não havendo um aparelho para entregar a energia, mas sim um percurso de muito baixa resistência, a corrente torna-se intensa a ponto de colocar em perigo a instalação. Acontece o que denominamos de curto-circuito, ou seja, o "circuito" (percurso) não passa pelo aparelho alimentado, mas sim vai diretamente ao retorno.
O curto-circuito
Nas instalações em que se utilizam fusíveis, existem também chaves que permitem desligar os diversos setores para o caso de necessidade de manutenção, reparos, ou alterações.
Observe que é neste ponto que a distribuição de energia pela residência é feita.
O normal numa residência é termos três circuitos de distribuição que podem fornecer tensões de 110V ou 220V (ou uma delas somente), de acordo com a instalação.
Partindo então da chave principal em que chegam os três fios, observamos que, a partir deles, podemos obter duas tensões.
Cada fio extremo fornece uma tensão de 110V e tem o retorno comum no fio do meio, ou seja, ele é o neutro para os dois fios extremos.
No entanto, o que observamos nos fios extremos é que os movimentos de "vai-e-vem" dos elétrons que correspondem às suas correntes, não estão sincronizados.
Na verdade, um dos fios pressiona os elétrons no sentido de "irem", no instante em que o outro os puxa no sentido de "virem". Como a frequência dos movimentos é a mesma, mas eles estão dessincronizados, quando um "vai", o outro "vem", ou seja, quando um está positivo em relação ao neutro, o outro está negativo.
Dizemos que estes fios fornecem energia em oposição de fase, o que pode ser representado conforme ilustra a figura 8.
Oposição de fase
Assim, podemos fazer uma analogia deste tipo de fornecimento de energia com alavancas que são representadas na figura 9.
Quando a tensão de uma fase "sobe", a da outra "desce".
O neutro é o apoio. Se usarmos um dos fios, que denominamos vivo ou fase, e o neutro, teremos uma alavanca com uma "amplitude" de movimento menor: é a tensão de 110 V.
Por outro lado, se usarmos os dois fios extremos, ou seja, as duas fases ou vivos, o movimento da alavanca terá maior amplitude, e o resultado será uma tensão de 220 V.
Na instalação doméstica é isso que ocorre: se pegarmos qualquer fase e o neutro teremos 110 V, e se pegarmos as duas fases, como estão em oposição, teremos 220 V.
Observe que fazemos a distribuição de energia equilibrando as correntes que passam pelos três fios.
Pegamos duas fases ou fios extremos para o circuito de 220 V, que vai alimentar torneira elétrica, chuveiro e eventualmente outro dispositivo que precise desta tensão. Ele terá seu disjuntor ou fusíveis apropriados.
Uma das fases e o neutro são usados para alimentar o circuito das tomadas de energia que vão distribuir-se pela casa. Neste circuito, podemos fazer uma segunda separação, por exemplo, num sobrado, para as tomadas do andar de cima e para as tomadas do andar de baixo.
A outra fase e o neutro servem para alimentar as lâmpadas, e neste caso também podemos fazer a separação entre o circuito do andar de cima e o de baixo, no caso de um sobrado.
Observe que é interessante esta separação não só em termos de distribuição das correntes, como também para a manutenção.
Podemos desligar a chave que alimenta as tomadas para trabalhar numa delas, sem precisar desligar a luz, que vai iluminar o local que está sendo trabalhado.
Vêm a seguir os circuitos individuais dos dispositivos alimentados.
Interruptores e lâmpadas são ligados em série, ou seja, a corrente que passa pelo interruptor é a mesma que passa pela lâmpada, conforme mostra a figura 10.
Ligação de um interruptor em série com uma lâmpada.
Note que é preciso interromper a corrente em apenas um fio, pois isso já corta o percurso que ela tem impedindo sua circulação: a lâmpada não acende.
Em princípio, podemos interromper a corrente no vivo ou no neutro, mas é uma boa prática do instalador identificar o pólo vivo e nele colocar o interruptor. Esse procedimento é interessante porque, se tentarmos trocar uma lâmpada tendo apenas o interruptor desligado, um toque em qualquer parte metálica do soquete ou do circuito não impede que levemos um bom choque, pois passamos a formar o circuito de retorno para a corrente, veja a figura 11.
Mesmo o interruptor desligado tomamos choque na lâmpada.
Se for o pólo vivo o interrompido, nas partes metálicas do soquete da lâmpada teremos apenas neutro, ou seja, elementos com o mesmo potencial de nosso corpo, e que portanto não podem dar choque, mesmo que toquemos neles.
Evidentemente, isso não se aplica a uma lâmpada alimentada por 220 V, onde temos os dois fios em fase.
Outros dispositivos são as tomadas de energia que alimentam diversos tipos de aparelhos.
Estas são conectadas nos diversos pontos da instalação, de acordo com as necessidades. Podemos ter numa instalação tomadas especiais de 220 V, que são conectadas aos pontos em que existe essa tensão.
Para o chuveiro elétrico, um circuito especial com fusíveis ou disjuntor é o aconselhável.
COMO FAZER UMA BOA INSTALAÇÃO
Não basta saber quais tensões temos nos diversos pontos de uma instalação, que fios usar e onde ligar os diversos dispositivos para se fazer uma boa instalação.
Existem muitos detalhes que às vezes não são observados, e que comprometem não só o bom desempenho da instalação como até podem colocar em risco sua integridade com perigo de incêndios, choques perigosos, e até danos aos aparelhos alimentados.
Também temos os casos particulares de dispositivos que nem sempre são bem instalados, e que por isso não atendem às necessidades dos moradores.
Existem diversos exemplos desses casos:
- Como instalar uma chave que liga e desliga a mesma lâmpada de dois pontos de um corredor? (two-way)
- Como dimensionar os fios para que um chuveiro funcione corretamente, e sem perigo?
- Como ligar o fio terra a um chuveiro ou torneira elétrica para que ele não apresente o risco de choques perigosos?
- Como proteger um aparelho alimentado contra interferências ou transientes que se propagam pela rede de energia? Um computador, por exemplo?
- Como identificar um fio vivo e um neutro numa instalação?
- Como fazer uma instalação de lâmpadas fluorescentes?
- Como escolher uma tomada de força para ser usada com uma máquina de lavar roupa ou outro aparelho de alto consumo?
TERRA, NEUTRO, MASSA E FASE
Em diversos pontos deste artigo em que analisamos a estrutura básica de uma instalação elétrica domiciliar, citamos os quatro termos acima, mostrando aos leitores que existem "estados" ou níveis de tensão que caracterizam de forma bem distinta os fios ou pontos de uma instalação em que os dispositivos externos são ligados.
As definições, com as explicações dos termos usados, são dadas a seguir.
TERRA - A terra é um condutor de eletricidade. Assim, qualquer corpo que esteja em conexão com a terra terá seu potencial, ou seja, ficará com a mesma tensão, e entre eles não circulará nenhuma corrente. Se um corpo estiver carregado, ou sob um potencial diferente da terra, ele se descarrega. Essa maneira simples, não excessivamente técnica de explicar o que é o terra, nos mostra que, como estamos no mesmo potencial da terra, tocando em qualquer ponto de um circuito que esteja sob o potencial de terra, não tomaremos choque, pois não pode haver circulação de corrente.
Isso quer dizer que a ligação de um corpo à terra é a garantia de que ele não vai nos causar choque se for tocado.
A barra de terra de uma instalação elétrica é para garantir que, em caso de interrupção dos fios ou ocorrência de problemas teremos um dos condutores ligado à terra.
NEUTRO - Um dos condutores de energia da empresa distribuidora é ligado à terra, que serve de retorno para as correntes que circulam pelos aparelhos alimentados. Esse condutor é o neutro. Na maioria das instalações está no potencial de terra (caso em que ambos podem ser confundidos), mas existem situações em que um defeito na instalação como, por exemplo, uma interrupção de um fio, torna o potencial do neutro diferente do potencial do terra, caso em que choques podem ocorrer.
MASSA - Se o neutro ou o terra for ligado a um chassi de um aparelho de modo que esse chassi de metal sirva como um condutor de corrente, ele será chamado de massa. Na maioria dos casos, a MASSA de um aparelho coincide com o terra e o neutro, o que significa que se for tocada, nada acontece em termos de choque. Entretanto, existem aparelhos em que a MASSA não é obrigatoriamente terra e nem neutro. Por exemplo, existem televisores em que um dos fios da rede de energia é ligado ao chassi, e ele não é necessariamente o neutro. Desta forma, a MASSA desses televisores pode estar com um potencial de 110 V ou 220 V, podendo assim causar choques em quem nela tocar.
FASE - O condutor que fornece a energia propriamente e que, portanto, está num potencial acima da terra ou do neutro é denominado FASE. Evidentemente, se tocarmos nesse condutor, sob quaisquer condições, tomaremos choque.
Este artigo foi escrito antes da NBR5410 que regulamenta as instalações elétricas domiciliares. Recomendamos pesquisar sobre esta norma.
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