REFLEXÃO UFCD 12 – Sistemas Trifásicos

REFLEXÃO UFCD 12 – Sistemas Trifásicos _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Objetivos:  Potência em trifásico P/Q/S;  Ligação em estrela e em triângulo;  Importância do neutro;  Diagrama fasorial das tensões;  Estrela equilibrado;  Triângulo equilibrado. _________________________________________________________________________________ Introdução: Nos sistemas trifásicos são utilizadas linhas a três ou quatro fios para a alimentação das cargas a partir dos geradores. Ora, do eletromagnetismo sabemos que haverá um acoplamento magnético entre estes fios quando um ou mais forem percorridos por corrente. Assim, a passagem de corrente senoidal em qualquer um destes fios irá induzir tensões também senoidais nos demais. Para a resolução de circuitos, em sistemas de potência, este efeito é representado através da definição de indutâncias mútuas entre os fios. No caso geral, a resolução de circuitos trifásicos com indutâncias mútuas é relativamente complexa, pois o sistema pode tornar-se desequilibrado. Para facilitar o entendimento dos métodos de cálculo, vamos desconsiderar a existência de indutâncias mútuas, ressaltando que no caso particular em que tais indutâncias sejam iguais tudo o que se apresentará continua válido, pois o sistema mantém-se equilibrado. Sistema de distribuição Vantagens do sistema trifásico: RECEPTORES MONOFÁSICOS - Tipo doméstico Baixa potência (até 3 KW) Tensão funcionamento 230 V RECEPTORES TRIFÁSICOS: - Tipo industrial ou no Comércio Potência mais elevada (até centenas de KW) Tensão de funcionamento 400 V INSTALAÇÕES ELÉTRICAS: Instalações só com recetor monofásico Instalações só com recetor trifásico Instalações com os dois tipos de recetores • Na Produção - Alternador Trifásico produz 50% mais energia que um alternador monofásico do mesmo custo. • No Transporte - Para a mesma potência: o sistema tem menos perdas e menos material acessório. • Na Distribuição - Permite a utilização de 2 níveis de tensões: 230 V e 400 V, permitindo ao consumidor utilizar recetores trifásicos (motores assíncronos, por exemplo) que são mais robustos, baratos e de mais fácil manutenção que os monofásicos. • No consumidor - A carga recebe sempre uma potência constante. Na monofásica a potência cai a valores de zero durante os ciclos. Ligações em estrela e triângulo Diagramas fasoriais Observando a rede secundária podemos notar que algumas cargas são alimentadas por tensão de fase e outras por tensão de linha. Assim sendo, podemos distinguir dois tipos de ligações: estrela e triângulo (ou delta). Ligação em estrela Ligação em triângulo As cargas trifásicas podem ser interligadas ao sistema de dois modos distintos: • Em estrela, também chamado de Y: um dos terminais das cargas é conectado a uma das fases do sistema enquanto o outro terminal é conectado a um ponto comum que é o neutro utilizado para se medir as tensões de fase. • Em triângulo, também chamado de delta: nesta configuração um dos terminais das cargas é conectado a um outro terminal de outra carga e as fases do sistema são interligadas nos pontos de junção dos terminais da carga. • Estrela (símbolo: Y) • Triângulo ou delta (símbolo: Δ) Na conexão estrela podemos calcular o valor eficaz das ' tensões de linha' a partir dos valores eficazes das 'tensões de fase'. As 'correntes de fase' são idênticas às 'correntes de linha', pois a corrente que circula por uma das cargas é a mesma que circula por uma das fases. Na conexão triângulo ou delta a 'tensão de fase' é igual a 'tensão de linha' pois a tensão aplicada sobre cada uma das cargas é a diferença entre as tensões aplicadas às cargas vizinhas. Os valores eficazes das 'correntes de linha', podem ser calculadas com os valores eficazes das 'correntes de fase'. Pressupondo um sistema balanceado, que nem sempre ocorre na prática. Considere-se uma carga trifásica equilibrada, representada pelas impedâncias: Se esta carga for ligada em estrela, – Diagrama representativo de uma carga ligada em estrela a amplitude da tensão aplicada a cada fase da carga é a amplitude de uma tensão simples, pelo que a amplitude da corrente em cada fase da carga é: Como numa ligação em estrela a corrente na fase da carga é exatamente a mesma corrente que percorre a linha, obtém-se: designando por a amplitude da tensão na fase da carga de uma estrela, a amplitude da corrente na fase da carga de uma estrela e por a amplitude da corrente na linha de uma estrela. Se esta mesma carga for ligada em triângulo, – Diagrama representativo de uma carga ligada em triângulo a amplitude da tensão aplicada a cada fase da carga é uma tensão composta pelo que a amplitude da corrente em cada fase da carga é: Como numa ligação em triângulo a amplitude da corrente na linha é vezes superior à corrente que percorre a fase da carga, obtém-se: designando por a amplitude da tensão na fase da carga de um triângulo, a amplitude da corrente na fase da carga de um triângulo e por a amplitude da corrente na linha de um triângulo. Atendendo à relação entre as amplitudes de uma tensão simples e de uma tensão composta do sistema trifásico, , a expressão anterior pode escrever-se na forma: Comparando a expressão de com a expressão de conclui-se que: Isto é, a amplitude da corrente de linha quando uma carga está ligada em triângulo, é 3 vezes superior à amplitude da corrente de linha quando essa mesma carga está ligada em estrela. Estrela e triãngulo equilidradas Uma carga trifásica é um conjunto de 3 cargas monofásicas, isto é, 3 impedâncias. Cada uma das impedâncias é designada por fase da carga . Se estas 3 impedâncias forem iguais, designa-se por carga equilibrada; será uma carga desequilibrada, caso contrário. As cargas desequilibradas serão analisadas na secção Cargas Desequilibradas. Cargas Monofásicas Uma das formas de ligar as 3 impedâncias é, à semelhança do que se fez para a fonte, ligar cada fase da carga a uma fase da fonte, tal como se esquematiza na Figura 2. Este tipo de ligação designa-se por ligação estrela. Carga trifásica ligada em estrela Circulando em cada uma das malhas que inclui uma fase do gerador, uma fase da carga e se fecha pelo condutor de neutro, verifica-se que, a cada fase da carga, Uf , (isto é, a cada uma das impedâncias da carga) fica aplicada a tensão da fase do gerador, isto é, uma tensão simples, Us , (uma tensão entre o condutor de fase e o neutro). Carga ligada em estrela Uf = Us As amplitudes complexas das correntes (em valor eficaz) que circulam na carga são: Onde, por simplicidade, se admitiu que U1(t) tem uma fase inicial nula. Este conjunto de 3 correntes, tem a mesma amplitude e estão desfasadas entre si de 2π/3, pelo que constituem um sistema trifásico equilibrado de correntes. Assim sendo, a corrente no condutor de neutro será nula pois, aplicando a Lei dos Nós a qualquer um dos 2 nós do circuito, se obtém: O diagrama vetorial das correntes e tensões nas fases de uma carga equilibrada ligada em estrela encontra-se representado na Figura: Diagrama vetorial de tensões e correntes nas fases de uma carga equilibrada ligada em estrela Nesta situação de equilíbrio, o condutor de neutro pode ser retirado, mantendo-se as tensões nas fases da carga iguais às tensões nas fases do gerador. No caso de uma carga ligada em estrela, as correntes na linha de transmissão, il, (correntes entre o gerador e a carga) são iguais às correntes nas fases da carga, if, (isto é, as correntes que atravessam cada uma das impedâncias da carga). Carga em estrela Curso: Técnico de Instalações Elétricas – EFA-NS Formador: José Márcio Formando: Fernando Silva Nº 11 04 de junho de 2013

Reflexão UFCD 03 – Magnetismo e Eletromagnetismo

Reflexão UFCD 03 – Magnetismo e Eletromagnetismo _________________________________________________________________________________ Eletricidade e Magnetismo: Eletricidade é uma forma de energia, um fenómeno que é um resultado da existência de cargas elétricas. A teoria de eletricidade e seu inseparável efeito, Magnetismo, é provavelmente a mais precisa e completa de todas as teorias científicas. O conhecimento da eletricidade foi o impulso para a invenção de motores, geradores, telefones, radio e televisão, raios-X, computadores e sistemas de energia nuclear. A eletricidade é uma necessidade para a civilização moderna. O magnetismo estuda os objetos que tendem atrair ou repelir outros elementos. Os primeiros indícios de pesquisas a esse respeito se deram na Grécia Antiga. Porém, o interesse só começou a ser fomentado a partir do século XIII. Há historiadores que afirmam ter começado com Tales de Mileto, em uma de suas viagens, chegou até a província da Magnésia, onde, possivelmente foi descoberto o elemento com propriedades magnéticas. A partir do século XIII, surgiram as bússolas, que eram utilizadas em viagens. Esses aparatos continham atributos do magnetismo. Mais de oito séculos se passaram até que os cientistas se atentassem a esse elemento. Oersted e Maxwell conseguiram desenvolver sobre o assunto, tanto no desenvolvimento teórico, quanto no conhecimento empírico. O magnetismo não pode ser estudado separadamente do eletromagnetismo, uma vez que ambos têm propriedades do movimento dos eletrões. A tecnologia do magnetismo é utilizada em motores, transformadores, dínamos, em geral, nos equipamentos eletrónicos. Os materiais magnéticos são atraídos, principalmente, pelos elementos ferrosos. O objeto que está presente no quotidiano das pessoas e que representa muito bem a propriedade magnética são os ímanes. São chamados de paramagnéticos os elementos atraídos pela ação dos ímanes. Esse fenómeno pode ser explicado da seguinte forma: os eletrões em posições diferentes se deslocam na direção do campo magnético que, como em consequência, perdem a força, o que diminui a energia. Os ferromagnéticos, pelo contrário, mantêm-se emparelhados e são fortemente atraídos pelos ímanes. Materiais como: ferro, níquel e o cobalto são exemplos de ferromagnéticos. Os ímanes são elementos que possuem dois polos (norte e sul). Um deles, carregado negativamente e o outro positivamente. Ainda que o íman seja desmembrado em duas partes, ambas continuarão com as extremidades norte e sul, ou seja, esse material é impossível de ser dividido. Voltando à ideia da bússola, o cientista, Hans Oersted, através de uma experiência com uma agulha e uma pilha elétrica, viu que o mecanismo apontava para o norte. No mesmo período, mais dois pesquisadores descobriram novas propriedades. Domingos Françoise Arago e André-Marie Ampère criaram, após estudos, o eletroíman (gerador de campo magnético). Com isso, desenvolveram as pesquisas sobre a eletrodinâmica. André-Marie Ampère publicou uma teoria a respeito da existência de partículas elementares (pequenas partículas que formam outras maiores), mas ele nunca conseguiu provar que tais materiais existem. No entanto, as pesquisas continuaram e, no século XIX, Michael Faraday e James Clark Maxwell conseguiram avançar no eletromagnetismo, eletrodinâmica e na força eletromagnética. Mais adiante, Joseph John Thomson descobriu, em 1897, os raios catódicos, na presença de um campo elétrico. Deu-se a descoberta dos eletrões. Esses raios são responsáveis pela imagem das telas de microcomputadores e televisores. Hoje, a tecnologia está bem mais avançada. A presença dela é muito forte em caixas eletrónicos, nos altifalantes. Porém, estamos em um período de pesquisas bem avançadas e os antigos tubos de imagem da televisão são substituídos pelos cristais líquidos, famosos monitores de LCD. O fenómeno chamado de fluxo magnético é responsável por medir o magnetismo, considerando a força e a extensão dele, no campo magnético, sobre uma plataforma. Esse estudo foi desenvolvido pelo cientista Michael Faraday. Por meio de suas experiências, percebeu que, ao analisar que uma força eletromotriz, ou voltagem, aparecia no circuito, acontecia alteração de valor no fluxo magnético. Além disso, pode ver que essa força aumentava sua rapidez de acordo com a variação do fluxo. Esse fenómeno, denominou-se indução eletromagnética ou Lei da Faraday da indução eletromagnética. Segundo a lei de Lenz, o sentido da corrente é o oposto da variação do campo magnético que lhe deu origem. Havendo diminuição do fluxo magnético, a corrente criada gerará um campo magnético de mesmo sentido do fluxo magnético da fonte. Havendo aumento, a corrente criada gerará um campo magnético oposto ao sentido do fluxo magnético da fonte. Tendo como exemplo uma espiral circular no mesmo plano da tela do monitor submetida a um fluxo magnético constante (portanto sem corrente induzida) e "entrando" na tela. Dependendo da movimentação dada à espiral, ocorrerá aumento ou diminuição do fluxo magnético e, com base nesse movimento, podemos determinar o sentido da corrente criada: • Afastamento (diminuição do fluxo magnético): sentido horário. • Aproximação (aumento do fluxo magnético): sentido anti-horário. • Com a variaçao do fluxo magnético, mesmo constante, gera uma corrente elétrica, intensa ou não, depende-se do campo que se forma na espira circular. De acordo com os estudos de Michael Faraday, a variação do fluxo magnético próximo a um condutor cria uma diferença de potencial induzida nesse mesmo condutor, tal a gerar uma corrente - denominada corrente induzida - que cria um fluxo magnético oposto à variação do fluxo inicial. Não havendo variação do fluxo magnético, não há a ocorrência de uma corrente induzida. Esta variação pode acontecer: Com um campo magnético constante: • Afastamento do condutor ou da fonte magnética (diminuição do fluxo); • Aproximação do condutor ou da fonte magnética (aumento do fluxo); • Variação da área da espiral; • Volta da espiral. Com a variação do campo magnético da fonte magnética. A indução eletromagnética é o princípio fundamental sobre o qual operam transformadores, geradores, motores elétricos e a maioria das demais máquinas elétricas. A corrente elétrica gerada é diretamente proporcional ao fluxo magnético que atravessa o circuito na unidade de tempo. A lei de Lenz, é lei derivada do princípio de conservação da energia. Ao aproximarmos um polo norte de um íman a uma espiral, o fluxo iria aumentar se a corrente que surgisse fosse no sentido horário (aumentando ainda mais o fluxo magnético). Este fato, pois, criaria energia "do nada", violando, assim, o princípio fundamental da conservação da energia. O eletroíman é um dispositivo que utiliza corrente elétrica para gerar um campo magnético, semelhante àquele encontrado nos ímanes naturais. É geralmente construído aplicando-se um fio elétrico enrolado em espiral ao redor de um núcleo de ferro, aço, níquel ou cobalto ou algum material ferromagnético. Quando o fio é submetido a uma tensão, o mesmo é percorrido por uma corrente elétrica, o que gerará um campo magnético na área a este aspeto, espiral através da Lei de Biot-Savart. A intensidade do campo e a distância que ele atingirá a partir do eletroíman dependerão da intensidade da corrente aplicada e do número de voltas da espiral. A passagem de corrente elétrica por um condutor produz campos magnéticos nas suas imediações e estabelece um fluxo magnético no material ferromagnético envolto pelas espirais do condutor. A razão entre a intensidade do fluxo magnético pelas espirais e a corrente que produziu esse fluxo é a indutância. O pedaço de ferro apresenta as características de um íman permanente, enquanto a corrente for mantida a circular, e o campo magnético pode ser constante ou variável no tempo dependendo da corrente utilizada (contínua ou alternada). Ao se interromper a passagem da corrente, o envolto pelas espirais pode tanto manter as características magnéticas ou não, dependendo das propriedades do mesmo. Aplicações no dia-a-dia: Eletroímanes são usados em diversos aparelhos, como motores, faróis de carro, campainhas e discos-rígidos. Nas colunas de som, são usados dois ímanes: um permanente e um eletroíman, que é ligado e desligado na frequência adequada, indo para a frente e para trás, como um pistão, fazendo o cone vibrar e produzir o som. Eletroímanes mais poderosos são utilizados para separar o lixo em ferros-velhos, ou nos portos para colocar contentores em navios. Um íman permanente é feito de um material ferromagnético. As suas propriedades magnéticas são causadas pelo movimento dos eletrões que se encontram no interior da matéria. Um íman é um bipolo, tem sempre dois polos, "norte" e "sul". Por definição, o polo sul de um íman é o que é atraído pelo polo norte magnético da Terra. Os bipolos não podem ser separados. Se um íman for dividido ao meio, obtêm-se dois ímanes menores, cada um com um polo norte e um polo sul. Um eletroíman é um íman que se baseia em campos magnéticos gerados por cargas em movimento. Ou seja, uma peça de liga de ferro, com um fio enrolado, por onde corre energia elétrica. Quando dois campos magnéticos interagem entre si surge uma força, denominada força magnética, a qual atua à distância igualmente à força gravitacional e elétrica. Quando uma carga elétrica se movimenta, gera um campo magnético e, estando imersa em um campo magnético, estes interagem entre si. Se a carga se desloca na mesma direção do vetor campo magnético, não há força atuando, ao passo que ao deslocar-se numa direção diferente surge, então, uma força perpendicular ao plano dos vetores velocidade e campo magnético. Um campo magnético consiste num campo criado por ação de correntes elétricas. Historicamente o campo magnético associou-se à ação dos ímanes e só mais tarde James Maxwell e a sua teoria do eletromagnetismo conseguiram identificar as causas da referida atração, entre ímanes, assim como entre correntes elétricas, originando assim uma visão unificadora da eletricidade e do magnetismo. No interior de um campo magnético, um dipolo magnético pode experimentar uma rotação, e uma carga em movimento pode experimentar uma força. A intensidade e a direção do campo podem ser dadas em termos de densidade de fluxo magnético ou em termos de intensidade de campo magnético. A densidade de fluxo magnético é uma grandeza vetorial, e consiste no fluxo magnético por unidade de área de um campo magnético perpendicular à força magnética. A intensidade do campo magnético é também uma grandeza vetorial e encontra-se relacionada com a permeabilidade do meio. A sua unidade SI é o ampere por metro. Aplicações do Eletromagnetismo A parte prática dos estudos acerca do eletromagnetismo pode ser vista em vários aparelhos usados no dia-a-dia. Quando chegas em casa e o estômago avisa que está na hora de comer, mas queres ter um alimento quente, rapidamente, podes usar o micro-ondas. Ele, o tempo inteiro, gera campos elétricos que oscilam no tempo. No momento que precisas entrar em contato, seja com um ente querido, com a pessoa amada, um parente distante ou um amigo, não é necessário procurar o telefone público, se tiveres um telefone móvel. O aparato tecnológico faz parte do nosso dia-a-dia e tem muita gente que diz não conseguir viver sem ele. Os telemóveis captam e geram campos eletromagnéticos, através de ondas. Isso permite as comunicações à longa distância. Aquelas chapas pretas que encontramos em casas modernas, capazes de absorver a energia solar, por incrível que pareça, recebem ondas eletromagnéticas: elas recebem a energia dos raios solares e convertem em energia elétrica. Um ótimo contribuinte para o meio ambiente, uma vez que a energia é limpa. Nas grandes cidades, existem prédios enormes chamados de arranha-céu. Muitos deles chegam a mais de 50 andares. Para subir todos esses andares, só com um preparo físico invejável. Mas, como nem todos podem se preparar – ainda mais para subir escadas – pessoas fantásticas criaram os elevadores. Do mesmo modo, o eletromagnetismo entra também em instrumentos usados na medicina, para os cirurgiões, nas máquinas de ressonância e outros. _________________________________________________________________________________ Curso: Técnico de Instalações Elétricas – EFA-NS Formador: José Márcio Almeida Formando: Fernando Miguel Costa Silva Nº 11 25 de junho de 2013

Reflexão UFCD 19 – Circuitos de proteção

Reflexão UFCD 19 – Circuitos de proteção _________________________________________________________________________________ Proteção de instalações elétricas Importância dos sistemas de proteção Os Sistemas Especiais de Proteção (SEPs), que englobam os Esquemas de Controle de Emergências (ECEs) e os Esquemas de Controle de Segurança (ECSs), são sistemas automáticos de controle implantados nas estações de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica com o objetivo de:  permitir maior utilização dos sistemas de geração, transmissão e distribuição;  aumentar a confiabilidade da operação do sistema interligado;  prover proteção adicional a componentes do sistema elétrico;  melhorar a segurança do sistema, evitando tanto a propagação de desligamentos em cascata quanto de distúrbios de grande porte. Os SEPs recebem informações de grandezas elétricas de transformadores para instrumentos (TP e TC), de topologia da rede elétrica e de posições de disjuntores, seccionadores, chaves seletoras e outros dispositivos e atuam comandando:  abertura/fechamento de linhas de transmissão, geradores, transformadores e outros;  redução/elevação de potência de geradores;  alívio/restauração de cargas;  outras ações. Aparelhos de proteção Os aparelhos de proteção têm como função proteger todos os elementos que constituem uma instalação elétrica contra os diferentes tipos de defeitos que podem ocorrer. • Sobreintensidades • Sobretensões • Subtensões Sobreintensidade Se a corrente elétrica de serviço (IB) ultrapassar o valor máximo (Iz) permitido nos condutores diz-se que há uma sobreintensidade. Por exemplo, demasiados aparelhos ligados simultaneamente num mesmo circuito podem originar uma sobrecarga que é uma sobreintensidade em que a corrente de serviço no circuito é superior ou ligeiramente superior à intensidade máxima permitida nos condutores (IB>Iz). Se, por exemplo, dois pontos do circuito com potenciais elétricos diferentes entram em contacto direto entre si estamos na presença de um curto – circuito que é uma sobreintensidade em que a corrente de serviço no circuito é muito superior à intensidade máxima permitida nos condutores (IB>>Iz). Aparelhos de proteção contra sobreintensidades Para proteger os circuitos contra sobreintensidades (sobrecargas ou curto – circuitos) são usados disjuntores magneto-térmicos ou corta circuitos fusíveis que interrompem automaticamente a passagem da corrente no circuito, evitando um sobreaquecimento dos condutores que pode originar um incêndio. Disjuntores de baixa tensão Um disjuntor é constituído pelo relé, com um órgão de disparo (disparador) e um órgão de corte (o interruptor) e dotado também de convenientes meios de extinção do arco elétrico (câmaras de extinção do arco elétrico). Como disjuntor mais vulgar fabrica-se o disjuntor magneto-térmico que possui um relé electro-magnético que protege contra curto – circuitos e um relé térmico, constituído por uma lâmina bimetálica, que protege contra sobrecargas. Características dos disjuntores Corrente estipulada (vulgarmente designada por calibre): valor para o qual o disjuntor não atua. Correntes estipuladas: 6 – 10 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 – 125 A. Corrente convencional de não funcionamento: valor para o qual o disjuntor não deve funcionar durante o tempo convencional. Corrente convencional de funcionamento: valor para o qual o disjuntor deve funcionar antes de terminar o tempo convencional. Poder de corte: corrente máxima de curto-circuito que o disjuntor é capaz de interromper sem se danificar. Os poderes de corte estpulados normalizados são: 1,5 – 3 – 4,5 – 6 – 10 KA Curva característica do disjuntor Gráfico de curvas de disparo (tempo versus corrente) A norma de proteção estabelece que os disjuntores de curva B devem atuar para correntes de curto-circuito entre três e cinco vezes a corrente nominal. Enquanto isso, os de curva C atuam entre cinco e dez vezes a corrente nominal e, por fim, os disjuntores de curva D devem responder para correntes entre dez e vinte vezes a corrente nominal. Os disjuntores de curva B são indicados para cargas resistivas com pequena corrente de partida, como é o caso de aquecedores elétricos, fornos elétricos e lâmpadas incandescentes. Já os de curva C são indicados para cargas de média corrente de partida, como motores elétricos, lâmpadas fluorescentes e máquinas de lavar roupas. Por fim, os disjuntores de curva D são indicados para cargas com grande corrente de partida, a exemplo de transformadores BT/BT (baixa tensão). Caraterísticas e tipos de fusíveis Os fusíveis são dispositivos que protegem os circuitos elétricos contra danos causados por sobrecargas de corrente, que podem provocar até incêndios, explosões e eletrocussões. Os fusíveis são aplicados geralmente nos circuitos domésticos e na indústria leve, ao passo que os disjuntores são projetados principalmente para atender as necessidades da indústria pesada. Funcionam como válvulas, cuja finalidade básica é cortar o fluxo sempre que a quantidade de energia que passa por um determinado circuito for excessiva e puder causar danos ao sistema. O curto-circuito é o contato direto acidental entre os condutores de uma rede. Pode ser entre fases ou entre fase e neutro. Pode ocorrer devido a algum problema na própria rede ou no interior de alguma máquina ou equipamento. A corrente atinge valores elevados, limitados apenas pela resistência ohm dos condutores ou capacidade da fonte geradora. Sem uma proteção adequada, danos graves ocorrerão e o risco de incêndio é grande. O fusível é um dispositivo de proteção simples e económico e, por isso, amplamente utilizado. Nada mais é que um pequeno componente condutor de um material de baixo ponto de fusão. O aquecimento provocado por uma corrente elevada funde o elemento, abrindo o circuito. Os pequenos fusíveis usados em circuitos eletrónicos são geralmente simbolizados por . Em instalações elétricas é comum o símbolo . A principal característica de um fusível é a sua corrente nominal, isto é, o valor máximo de corrente que o mesmo suporta em regime contínuo sem abrir. Correntes maiores que a nominal irão provocar a rutura do fusível após algum tempo e esta relação, tempo x corrente de rutura é a curva característica do fusível. Os fusíveis também têm uma tensão máxima de operação que deve ser obedecida. Alguns tipos, as vezes chamados de retardados, apresentam um tempo relativamente longo para abrir. Outros, chamados rápidos, abrem em um tempo bem menor, na mesma corrente. Esta diversidade é necessária, uma vez que cargas comuns como motores têm um pico de corrente na partida que deve ser suportado e, portanto, o tipo retardado deve ser usado. Equipamentos sensíveis como os eletrónicos precisam de uma ação rápida para uma correta proteção. É importante evitar confusões. Um fusível rápido colocado no lugar de um retardado provavelmente irá abrir ao se ligar a carga. E um retardado no lugar de um rápido poderá não proteger os componentes em caso de um curto interno no equipamento. Fusíveis são uma boa proteção contra curtos-circuitos. Não são muito adequados contra sobrecargas. Para tais casos devem ser usados disjuntores. Os fusíveis são formados por um filamento projetado para suportar um determinado valor de corrente, que geralmente está marcado no próprio fusível. Quando a corrente que passa por ele atingir este valor limite, o filamento rompe-se abrindo o circuito. Elementos de proteção Dispositivos de Proteção Todos os circuitos deverão ser protegidos, a fim de garantir a integridade física das pessoas das instalações e equipamentos. Para isso, existem diversos dispositivos e equipamentos que podem ser utilizados, tais como fusíveis, disjuntores, supressores de surto, filtros de linha, estabilizadores e no-break. Fusíveis Estes dispositivos de proteção utilizam o seguinte princípio: quando uma corrente elétrica se desloca por um condutor. Há ocorrência do fenômeno de Joule, no qual o condutor se aquecerá progressivamente conforme o aumento da intensidade da corrente. O fusível é constituído de um invólucro isolante oco com dois contatos metálicos, um em cada extremidade do isolante, havendo no interior deste elemento um fio condutor ligando os dois contatos metálicos. Características Ao adquirir qualquer fusível é indispensável observar os seguintes itens: Tensão nominal – É o valor da tensão, à qual o fusível poderá ser submetido sem comprometer o dispositivo e o circuito. Corrente nominal – É o valor da intensidade da corrente, à qual o fusível poderá ser submetido, sem que haja a interrupção do circuito (fusão do filamento condutor). Funcionamento Toda a corrente elétrica a ser consumida pelo equipamento, passa primeiro através do fusível. Com isso, se a intensidade da mesma, sofrer um aumento, gerando então uma sobreintensidade, o filamento do fusível começa a se aquecer, devido ao efeito Joule, até que entre no estado de fusão (derrete), ocasionando a abertura do fusível, evitando que essa sobreintensidade entre no equipamento a ponto de danificá-lo. Mas, se a sobreintensidade for muito alta, o filamento do fusível se funde, mas surge dentro do fusível um arco elétrico, isto é, a corrente “salta” de um dos pólos para o outro, através do ar, que nesse caso não foi suficiente para isolar os pólos, ocorrendo uma rutura dielétrica. Disjuntores Disjuntores são dispositivos que, externamente, se parecem com os interruptores, mas, internamente, possuem um mecanismo que interrompe o circuito, em função do aquecimento de um elemento térmico gerado pela intensidade da corrente elétrica que o está atravessando. O disjuntor tem a mesma finalidade e princípio de funcionamento do fusível, mas apresenta uma grande vantagem que é a de não ser descartável após atuar em uma sobreintensidade. Quando o circuito é interrompido, automaticamente a alavanca de comando se desloca para a posição de desligado, permitindo que após o reparo da falha elétrica o mesmo possa ser reativado, levando a alavanca de volta à posição de ligado. Características Ao adquirir qualquer disjuntor, é indispensável observar os seguintes itens: Tensão nominal – É o valor da tensão ao qual o disjuntor poderá ser submetido sem comprometer o dispositivo e o circuito (deverá ter a mesma tensão disponível no circuito). Corrente nominal – É o valor da intensidade da corrente ao qual o disjuntor poderá ser submetido sem que haja a interrupção do circuito. Funcionamento O disjuntor tem seu funcionamento igual ao fusível, porém com uma vantagem: a de não ser descartável, porque ele não trabalha com fusão de materiais. Os disjuntores mais utilizados em baixa tensão são os termomagnéticos, sendo sensíveis ao aquecimento gerado pelo efeito Joule e pelo aumento do campo magnético em decorrência da maior intensidade da corrente elétrica havendo uma sobreintensidade, ele “desarma”, desligando o circuito. Passado o problema, basta “armá-lo” novamente, colocando sua alavanca na posição de ligado, que o circuito volta a funcionar. Equipamentos de Proteção Contra Falhas Elétricas Filtro de Linha Este dispositivo tem como finalidade filtrar a energia elétrica que será fornecida ao computador. O circuito do filtro de linha deve eliminar a presença de transientes e interferências EMI (Interferência Eletromagnética) e RFI (Interferência de Rádio Frequência). Infelizmente, a maioria dos filtros de linha comercializados no Brasil não passam de uma simples extensão de tomadas, em que não há nenhum circuito funcional a fim de suprir a sua real finalidade. Estabilizador O objetivo do estabilizador é manter estável a tensão que alimenta o computador. Para manter a tensão de saída do estabilizador em uma faixa especificada, o equipamento tenta compensar as variações da tensão de entrada. Assim, quando a tensão de entrada cai, o estabilizador eleva um pouco a tensão, compensando a queda, e vice-versa. Para possibilitar este mecanismo de compensação, a solução mais comum é usar um transformador com múltiplas saídas. No Break De forma geral, os sistemas ininterruptos de energia têm como características: filtrar, estabilizar e condicionar a energia elétrica; isolar o circuito da rede de distribuição (concessionárias), propensa a inerências e transientes; fornecer energia elétrica sem interrupção. O no-break mantém o fornecimento ininterrupto de energia para a carga, mesmo não havendo energia na entrada do no-break. Para que não ocorra a interrupção, o no break contém uma bateria carregada que deverá estar sempre pronta para fornecer energia à carga. Partindo do princípio da utilização da bateria, será necessário ao no-break um elemento que retifique a corrente alternada (fornecida na entrada) para uma corrente contínua com a mesma tensão da bateria (retificador); um elemento que faça a recarga da bateria sempre que necessário (carregador); e um elemento que faça a inversão da alimentação fornecida pela bateria, transformando-a em corrente alternada com a mesma tensão da rede (inversor). Há dois tipos básicos de no-break: os off-line e os online. As suas diferenças estão associadas ao funcionamento, o que neste caso não compromete o dimensionamento. Funcionamento No-Break Off-line Neste no-break, a alimentação de entrada é fornecida diretamente à saída do equipamento e ao retificador/ carregador. Quando há uma falha no fornecimento de energia, um circuito comutador fará o chaveamento do circuito de saída, que deixará de receber a energia diretamente da entrada, passando a receber alimentação proveniente da bateria. No-Break On-Line Neste no-break, a alimentação de entrada alimenta diretamente o retificador/carregador; o mesmo carrega a bateria continuamente e esta fornece energia para o inversor, que irá disponibilizar a alimentação ao circuito de saída. Quando há uma falha no fornecimento de energia, não há chaveamento, porque a carga está sendo alimentada continuamente pela bateria. Aterramento Chamamos de aterramento a ligação e instalação de um corpo condutor com a terra. Nas instalações elétricas são considerados dois tipos de aterramento: Aterramento Funcional Consiste na ligação à terra de um dos condutores do sistema, geralmente neutro, e está relacionado com o funcionamento correto, seguro e confiável da instalação, tendo como objetivo: estabilização da tensão do circuito em relação à terra durante o seu funcionamento; limitação de sobretensões decorrentes de manobras e descargas atmosféricas. Aterramento de Proteção Consiste na ligação à terra das massas e dos elementos condutores estranhos à instalação, visando a proteção contra choques elétricos por contato com a massa, tendo como objetivo: limitar o potencial a um valor suficientemente seguro sob condições normais e anormais de funcionamento entre massas, entre elementos condutores estranhos à instalação e massas e entre ambos e a terra; proporcionar um caminho de retorno à terra para as correntes de falta que será um caminho de retorno de baixa impedância (resistência elétrica em circuitos de corrente alternada). Funcionamento O aterramento consiste basicamente em introduzir ao solo corpos condutores de eletricidade, que podem ser cabos, hastes ou placas. A finalidade destes é permitir que as cargas elétricas “indesejáveis” ao circuito sejam escoadas para a terra, mantendo o circuito e seres vivos livres dos problemas que estas cargas possam causar (mal funcionamento de equipamentos, curtos circuitos e choques elétricos). Caso haja uma falha elétrica que proporcione algum tipo de fuga, esta energia terá para onde ir. Deixando de ficar acumulada na carcaça do equipamento, a mesma fluirá para o solo, devido à diferença de potencial, onde a carcaça apresenta um potencial elétrico maior que a do sistema de aterramento, que deverá ser de 0 volts. O computador é uma máquina digital, porque processa apenas dois dígitos distintos, os bits 0 e 1, quando o computador tem em seu circuito uma sequência de bits 1, esse circuito está energizado, quando ele passar a ter uma sequência de bits 0, houve um dreno dessa energia, que em condições normais flui para a terra do computador. Caso não haja um aterramento eficiente, essas cargas ficarão acumuladas na carcaça do computador devido à terra dos circuitos estarem conectados à carcaça. Toda a geração de bits 0 estaria comprometida, porque se a carcaça estiver energizada não haverá D.D.P. entre o circuito e a mesma. Com isso, o circuito não conseguiria mais escoar a energia do bit 1 para gerar o bit 0. Curso: Técnico de Instalações Elétricas – EFA-NS Formador: Maia Miguel Formando: Fernando Miguel Costa Silva Nº 11 10 de julho de 2013

Reflexão UFCD34 – Segurança Elétrica

Reflexão UFCD34 – Segurança Elétrica _________________________________________________________  Contatos diretos e indiretos;  Corrente elétrica – efeitos nocivos / homem;  Contato direto com fase – com parte ativa;  Contatos indiretos acidentalmente – exemplos;  Fatores de influência da eletricidade no corpo humano;  Medidas informativas - segurança;  Medidas informativas de proteção – segurança;  Disjuntores diferênciais;  Condutores terra. ________________________________________________________________________________________ Segurança elétrica: A segurança elétrica compreende as medidas tomadas para a proteção dos seres humanos em relação aos choques elétricos e aos incêndios produzidos por curto-circuitos (geralmente causados pelo sobreaquecimento de cabos elétricos ou por anomalias nas ligações elétricas).Estas regras são de importância fundamental nos projetos de dispositivos elétricos. Estas medidas de segurança incluem: o apetrechamento de tomadas terra ou de fusíveis (que protegem um dispositivo ou um circuito elétrico de uma sobrecarga); o isolamento dos cabos elétricos; o duplo isolamento de dispositivos elétricos portáteis; a utilização de dispositivos de corrente de refluxo, que cortam todas as correntes existentes, se houver um desequilíbrio entre as que passam nos cabos elétricos ligados a um aparelho (causado, por exemplo, pela condução de uma corrente elétrica através de um ser humano). Os efeitos produzidos por um choque elétrico num ser humano variam entre uma sensação de formigueiro e uma paralisia temporária ou mesmo a morte, dependendo da intensidade da corrente elétrica que passa pelo corpo e do local por ela atingido. A morte é normalmente causada pela afeção do cérebro e do coração. Contatos diretos e indiretos: Quando o corpo humano for percorrido por uma corrente que excede a 30mA, a pessoa corre sério risco de vida, se esta corrente não for interrompida em um tempo muito curto. O nível de risco da vítima é em função da amplitude desta corrente, das partes do corpo atravessadas por ela e a duração da passagem da corrente. A norma IEC 479-1 classifica os tipos de choques perigosos. São eles: CONTATO DIRETO: Um contato direto se refere ao contato de uma pessoa com um condutor que normalmente está eletrizado. CONTATO INDIRETO: Um contato indireto ocorre quando um indivíduo, ao tocar num material isolante, sofre um choque elétrico em decorrência de uma falha de isolação ou alguma outra causa. PROTEÇÃO CONTRA CONTATOS DIRETOS/INDIRETOS A proteção contra choques por contato direto visa impedir um contato involuntário com uma parte condutora. A proteção contra contatos diretos deve ser assegurada por meio de: • Proteção por isolação das partes vivas; • Proteção por meio de barreiras ou invólucros; • Proteção por meio de obstáculos; • Proteção por colocação fora de alcance; • Proteção através de relés operados por corrente residual. Disjuntores diferênciais Os Interruptores Diferenciais-Residuais (DR’s) são os dispositivos utilizados para a proteção de pessoas e instalações quanto a contatos diretos ou indiretos, pois protegem contra efeitos de correntes de fuga terra, detetando estas fugas que possam existir em circuitos elétricos. A sensibilidade ou corrente diferencial residual nominal de atuação (I n) é o primeiro fator a ditar se um DR pode ser aplicado à proteção contra contatos indiretos e à proteção complementar contra contatos diretos; ou se ele pode ser aplicado apenas contra contatos indiretos; O DR com sensibilidade de 30mA é considerado de alta sensibilidade e pode ser utilizado tanto na proteção contra contatos indiretos quanto na proteção complementar contra contatos diretos, garantindo a total proteção das pessoas/usuários; O DR com sensibilidade de 300mA é considerado de baixa sensibilidade e é utilizado na proteção de instalações contra contatos indiretos ou contra riscos de incêndio (conforme normas de instalação), limitando as correntes de falta/fuga à terra em locais que processem ou armazenem materiais inflamáveis, como papel, palha, fragmentos de madeira, plásticos, etc. O Interruptor DR mede permanentemente a soma vetorial das correntes que percorrem os condutores de um circuito. Se o circuito elétrico estiver a funcionar sem problemas, a soma vetorial das correntes nos seus condutores é praticamente nula. Ocorrendo falha de isolamento num equipamento alimentado por esse circuito, irromperá uma corrente de falta à terra. Quando isto ocorre, a soma vetorial das correntes nos condutores monitorizados pelo DR não é mais nula e o dispositivo deteta justamente essa diferença de corrente. Da mesma forma, se alguma pessoa vier a tocar uma parte viva do circuito protegido, a corrente irá circular pelo corpo da pessoa, provocando igualmente um desequilíbrio na soma vetorial das correntes. Este desequilíbrio será também detetado pelo DR tal como se fosse uma corrente de falta à terra. Sensibilidade Alta (mA) Média (mA) Baixa (A) In 6 – 12 – 30 100 – 300 – 500 1 – 3 – 5 – 10 – 20 Corrente elétrica – efeitos nocivos no homem: A sensação de choque elétrico surge com correntes elétricas de intensidades superiores a 1mA. A corrente elétrica é um fenómeno que pode levar um ser humano à morte. Quando se estabelece uma diferença de potencial entre dois pontos do corpo humano, flui uma corrente elétrica entre esses pontos e a intensidade dessa corrente depende da diferença de potencial e da resistência elétrica entre os pontos sobre o qual se aplica a voltagem, por exemplo: a resistência elétrica entre as orelhas é aproximadamente igual a 100Ω. A sensação de choque elétrico surge com correntes elétricas de intensidades superiores a 1mA. Com correntes superiores a 10mA os músculos contraem-se, o que dificulta, por exemplo, o pulo (salto). Correntes próximas de 20mA tornam difícil a respiração, podendo cessar com correntes que chegam a 80mA. As correntes elétricas que chegam a matar são aquelas cuja intensidade está compreendida na faixa entre 100 e 200mA. Próximo dos 100mA as paredes do coração executam movimentos descontrolados, isso é chamado de fibrilação. As correntes que chegam a ultrapassar os 200mA não são tão perigosas quanto as de 10mA, pois as contrações musculares do coração são tão violentas que o coração fica paralisado, facto esse, que acaba aumentando a possibilidade de sobrevivência de um ser humano. Ao contrário do que muitos pensam, as correntes elétricas mais perigosas são aquelas que têm intensidades relativamente mais baixas, podendo ser obtidas em eletrodomésticos comuns que funcionam a 110V e 220V. Correntes mais intensas podem provocar desmaios e fortes queimaduras, porém não chegam a matar de imediato. O socorro a uma vítima de choque elétrico deve ser rápido, começando pelo corte da tensão elétrica, caso não seja possível cessar a mesma deve-se retirar a pessoa do local com um material que seja isolante como, por exemplo, materiais plásticos. Feito isso é necessário chamar os bombeiros, que são pessoas altamente preparadas para esse tipo de socorro. Fatores de influência da eletricidade no corpo humano: Os efeitos que a corrente elétrica pode causar no corpo humano dependem de vários fatores, os mais expressivos são: O trajeto que a corrente elétrica perfaz no corpo humano e a intensidade da corrente. Além destes fatores devemos saber como a pessoa entrou em contato com a corrente elétrica, separei três maneiras e vamos utilizá-las para organizar a nossa análise, as maneiras são: atingida por um raio, contato com um corpo eletrizado e contato com circuito energizado. 1 – Quando um ser humano é atingido por um raio ele recebe uma grande descarga de energia. A corrente elétrica provoca graves queimaduras, lesa os tecidos nervosos e cerebrais, contrai os músculos, provoca coágulos, e pode paralisar a respiração. Neste caso, podem ocorrer queimaduras graves ou até mesmo a eletrocussão. Esta descarga elétrica é causada por uma diferença de potencial entre a atmosfera e a superfície da terra, esta descarga acontece em pontos onde distância entre as partes for menor. Por isso não devemos ficar próximos de árvores quando esta chovendo. 2 – No contato com corpo eletrizado a pessoa recebe um choque de pequena duração. Na maioria das vezes este choque apenas causa um pequeno desconforto, mas, dependendo da intensidade da corrente, pode causar algumas queimaduras. Isso pode se agravar se o corpo estiver molhado. A nossa pele é um bom isolante quando está seca, mas essa resistência cai muito quando molhada, assim, ao passar pelo corpo humano molhado a corrente elétrica causa graves queimaduras. Muitos são os relatos de pessoas que recebem um choque ao sair do carro e encosta na lataria, ou quando estão chegando em casa e pegam num portão de metal. Isso ocorre porque estes corpos estão eletrizados e parte das cargas elétricas é transferida para o corpo da pessoa. 3 – O contato por circuito energizado é o mais comum no nosso dia-a-dia e, todas as lesões mencionadas acima podem ocorrer neste caso. Dependendo do percurso da corrente no corpo humano ela pode causar muitas lesões e até a morte. Nosso corpo conduz eletricidade e dependendo do percurso da corrente elétrica, a resistência do corpo pode mudar, trazendo com isso, mudanças na intensidade da corrente. Quanto maior a intensidade da corrente elétrica mais grave será a lesão, ou lesões que a pessoa terá. As lesões no organismo humano também se agravam quando a corrente elétrica passa por órgãos vitais, fazendo com que eles parem, na grande maioria dos casos, causando a morte. Quando uma pessoa recebe este choque, seus músculos são contraídos e ela pode ficar presa no condutor da corrente elétrica, aumentando o tempo de contato e agravando as lesões. Este tipo de choque pode matar a pessoa imediatamente, deixá-la inconsciente ou provocar uma queda onde as lesões também poderão ser graves. Muitas pessoas morrem ao tentar cortar galhos de árvores que estão perto de instalações elétricas. Medidas informativas de proteção e segurança As medidas informativas são as que de algum modo avisam e fazem conhecer a existência dos riscos de eletricidade. São exemplos deste tipo de medidas: sinais de informação, precaução ou proibição. As medidas formativas constarão de cursos, palestras, seminários ou simples sessões de formação sobre assuntos e/ou materiais de segurança e proteção elétrica, incluindo ações de formação sobre a sua instalação e manutenção. As medidas de proteção são aquelas cujo objetivo é proteger o indivíduo dos riscos da energia elétrica. Podem dividir-se em: medidas de proteção das pessoas e medidas de proteção das instalações. O que não fazer: 1. Superfície energizadas: a) Carcaça de motores. B) Aparelhos eletrodomésticos. C) Chão, paredes e tetos. D) Torneiras e chuveiros. E) Cercas, grades e muros. F) Caixas de control de medição de energia. G) Postes energizados. H) Chão energizado em volta do poste. I) Luminárias energizadas. J) Painéis. 2. Fios e cabos com isolamento deficiente: a) Isolamento com defeito de fábrica. B) Isolamento velho e partido. C) Isolamento danificado por objetos pesados. D) Isolamento rompido por roedores. E) Isolamento super aquecido. 3. Fios e cabos energizados caídos no chão. 4. Redes aéreas energizadas: a) Construção em baixo das linhas. B) Sacadas próximas das redes. C) Podas de árvores. D) Antenas, guindastes, basculantes, pulverizadores. E) Empinar papagaios (linha metálica e dias chuvosos). F) Bambus e outros objetos longos. 5. Redes aéreas desenergizadas: a) Residual capacitivo. B) Gerador particular. C) Alimentação através da BT via transformador. D) Efeitos da indução de outras linhas que passam bem próximas. E) Energizamento através de manobras incorretas. Há dois tipos de proteção de pessoas contra os perigos da utilização indevida da energia elétrica: Proteção contra contatos diretos Proteção contra contatos indiretos. Proteção contra contatos diretos: são praticamente anulados se as prescrições impostas pelos regulamentos forem aplicadas. Para evitar a possibilidade de contatos diretos adotam-se algumas medidas de prevenção, como: •inacessibilidade das partes ativas recorrendo a proteções, grades, etc; •Isolamento das partes ativas para evitar contactos involuntários; •utilização de aparelhos diferenciais (interruptores ou disjuntores) de alta sensibilidade; •utilização de tomadas com encravamento recomendáveis em locais acessíveis a crianças; •entre outras. Proteção contra contatos indiretos: esta proteção é feita com recurso a: medidas ativas e passivas. De entre as medidas de caráter passivo temos: •isolamento das partes sob tensão; •separação de segurança de circuitos, normalmente com a utilização de transformadores de isolamento; •uso de ferramentas isolantes; •de luvas e tapetes isolantes; •inacessibilidade simultânea, por isolamento, por afastamento ou ainda por interposição de obstáculos eficazes, de massas e condutores; •estabelecimento de ligações equipotenciais através de elétrodos de terra e de outras ligações suplementares. As medidas ativas contra contatos indiretos são as que atuam cortando automaticamente a alimentação, quando qualquer massa metálica apresenta tensão superior à definida pelas curvas de segurança T(Uc). Equipamento de proteção coletiva – EPC •EPC é todo dispositivo, sistema ou meio físico ou móvel de abrangência coletiva, destinado a preservar a integridade física e a saúde dos trabalhadores usuários e terceiros. Restabelecimento ou morte dependendo do tempo: Acima de 100 mA, asfixia imediata. Fibrilação ventricular e alterações musculares, muitas vezes acompanhadas de queimaduras. Morte aparente. Próximo de 1000 mA, asfixia imediata. Paralisia dos centros nervosos com possível destruição de tecidos e queimaduras graves. Morte aparente ou imediata. Praticamente impossível Morrer. Limite de zona de segurança, choque desagradável. É sentido com contrações musculares nos dedos. Zona onde as contrações são mais violentas, irradiando-se para a zona do tórax e a vítima pode não conseguir se livrar dos cabos. Há dificuldade em respirar. Zona considerada perigosa. Não há obviamente, dados experimentais para o ser humano. Correntes acima de 20 mA excecionalmente é que permitirão aos indivíduos se desvencilharem das partes elétricas. A vítima desmaia se não for socorrida a tempo, pode sucumbir por asfixia. Choque elétrico •Fatores determinantes da gravidade – Percurso da corrente elétrica; – Intensidade da corrente; – Caraterísticas da corrente elétrica; – Tempo de exposição a passagem da corrente; – Resistência elétrica do corpo humano. O trajeto da corrente no corpo humano tem grande influência para as consequências do choque elétrico, pois é mais difícil reanimar uma pessoa com fibrilação ventricular, que exige um processo de massagem cardíaca, difícil de se executar, do que uma pessoa que, simplesmente, tem uma asfixia e que pode ser reanimada com o processo de respiração artificial. Os perigos do choque elétrico podem ser mais danosos ainda, desde que a corrente passe a transitar com maior intensidade pelo coração. A intensidade da corrente é um fator determinante na gravidade da lesão por choque elétrico; no entanto, observa-se que, para a Corrente Contínua ©, as intensidades da corrente deverão ser mais elevadas para ocasionar as sensações do choque elétrico, a fibrilação ventricular e a morte. Condutores terra Ligação à terra Elétrodo de terra: Corpo condutor ou conjunto de corpos condutores em contacto com o solo, garantindo uma ligação elétrica com este. Para a sua execução podem ser utilizados: - tubos, varetas ou perfilados; - fitas , varões ou cabos nus; - chapas; - anéis (de fitas ou de cabos nus) colocados nas fundações dos edifícios. Alguns aspetos técnicos a considerar: 1. As soluções mais utilizadas são: os tubos, varetas ou perfilados. Estes deverão ser enterrados verticalmente a uma profundidade mínima de 80 cm. 2. Só deve haver um elétrodo de terra num edifício (terra única) para todas as instalações, independentemente da arquitetura (mesmo quando as frações não comunicam com zonas comuns nem existe instalação coletiva). Condutor de terra: Condutor de proteção que permite ligar o elétrodo de terra ao terminal principal de terra. Alguns aspetos técnicos a considerar: 1. Se for de cobre nu deve possuir no mínimo uma secção de 25 mm2. 2. Para casos em que esteja isolado deve possuir no mínimo uma secção de 16 mm2. Terminal principal de terra (TPT): Terminal ou barra previstos para ligação do condutor de terra ao barramento de terra do quadro de entrada (QE) e a condutores de proteção de outras especialidades (ex.: gás, telecomunicações, etc.). Permite a medição da resistência do elétrodo de terra. Alguns aspetos técnicos a considerar: 1. Em instalações mais complexas: (ex.: em edifícios coletivos em que as frações não comunicam com zonas comuns, nem existe instalação coletiva), poderão haver mais do que um TPT, todos ligados ao mesmo elétrodo de terra. Ligação equipotencial principal: Alguns aspetos técnicos a considerar: 1. Esta ligação deve ser feita entre o terminal principal de terra e as partes metálicas da construção e as canalizações metálicas do edifício (ex.: de água, de gás, de aquecimento central, de ar condicionado, etc.). 2. A secção deve ser superior ou igual a metade da maior secção dos condutores de proteção existentes no edifício com um mínimo de 6 mm2. Quando a secção for superior a 25 mm2 poderá ser limitada a esse valor. Medição da resistência de terra: Alguns aspetos técnicos a considerar: O valor máximo de resistência de terra legalmente aceite em função da corrente diferencial residual (IΔn) do dispositivo diferencial residual (DDR), admitindo que a tensão de contato pode atingir os 50V, deverá ser: Curso Técnico de Instalações Elétricas EFA-NS Formador: Maia Miguel Formando: Fernando Silva Nº 11 14 junho 2013

Reflexão UFCD04 – Corrente alternada

Reflexão UFCD04 – Corrente alternada _________________________________________________________ Definição de corrente alternada; Condensadores e bobines em Corrente alternada; Tensão simples e tensão composta; Circuito resistivo; Circuito indutivo; Circuito capacitivo. _________________________________________________________________________________ A corrente alterna (português europeu), (CA ou AC - do inglês alternating current), é uma corrente elétrica cujo sentido varia no tempo, ao contrário da corrente contínua cujo sentido permanece constante ao longo do tempo. A forma de onda usual em um circuito de potência CA é sinusoidal por ser a forma de transmissão de energia mais eficiente. Entretanto, em certas aplicações, diferentes formas de ondas são utilizadas, tais como triangular ou ondas quadradas. Enquanto a fonte de corrente contínua é constituída pelos polos positivo e negativo, a de corrente alternada é composta por fases (e, muitas vezes, pelo fio neutro). Forma de onda da Corrente Alternada. Temos vindo a considerar até agora correntes e tensões como funções constantes do tempo. Todos sabemos porém, que os aparelhos em nossa casa funcionam em corrente alternada, uma corrente (e tensão) que varia em função do tempo. Esta variação temporal pode ser de variadas formas mas a mais corrente é a sinusoidal. Correntes alternadas são usualmente associadas a tensões alternadas. Uma tensão CA sinusoidal pode ser descrita matematicamente como uma função do tempo, pela seguinte equação: Onde: A é a amplitude em volts (também chamada de tensão de pico ou máxima), ω é a frequência angular em radianos por segundo, e t é o tempo em segundos. Como para a eletrónica é mais importante a frequência logo a fórmula acima pode tomar o seguinte aspeto fazendo Onde f é a frequência em hertz. O valor de pico-a-pico de uma tensão alternada é definida como a diferença entre seu pico positivo e seu pico negativo. Desde o valor máximo de seno (x) que é +1 e o valor mínimo que é -1, uma tensão CA oscila entre +A e −A. A tensão de pico-a-pico, é geralmente escrita como VPP, é, portanto (+A) − (−A) = 2 × A. Geralmente a tensão CA é dada utilizando o seu valor eficaz, que é o valor quadrático médio desse sinal elétrico (em inglês é chamado de root mean square, ou rms), sendo escrita como Vef (ou Vrms). Para uma tensão sinusoidal: Vef é útil no cálculo da potência consumida por uma carga. Se a tensão CC de VCC transfere certa potência P para a carga dada, então uma tensão CA de Vef irá entregar a mesma potência média P para a mesma carga se Vef = VCC. Por este motivo, rms é o modo normal de medição de tensão em sistemas de potência. Para ilustrar estes conceitos, considere a tensão de 220 V AC usada em Portugal, ela é assim chamada porque o seu valor eficaz (rms) é, em condições normais, de 220 V. Isto quer dizer que ela tem o mesmo efeito de joule, para uma carga resistiva, que uma tensão de 220V CC. Para encontrar a tensão de pico (amplitude), podemos modificar a equação acima para: Para 220 V CA, a tensão de pico VP ou A é, portanto, 220 V × = 311 V (aprox.). O valor de pico-a-pico Vpp de 220V CA é ainda mais alta: 2 × 220 V × = 622V (aprox.) Potência é o trabalho realizado em um determinado tempo. Potência de 1 watt desenvolvida quando se realiza o trabalho de um joule, em cada segundo, contínua e uniformemente. Unidade de potência: watt, símbolo W. Exemplo: Uma potência de 500 W significa que foi realizado um trabalho de 500 joules em 1 segundo O joule é a unidade de energia. Nos circuitos de corrente alternada o joule toma o nome de: • volt-ampére/segundo , VAs ou watt/segundo energia aparente; • Ws ou var/segundo, Vars energias ativa ou reativa. Unidade de energia watt/hora (Wh). Quando o tempo é expresso em hora e a potência em watt a unidade de energia será de um watt/hora. Relação entre o Watt/hora e o joule: 1 Watt/hora = (1 joule / segundo) hora e 1 hora = 3600 s. Substituindo: 1 Watthora = (1 joule / segundo) 3600 segundos = 3600 joules Portanto: 1 Wh = 3600 J. Em corrente alternada tem-se também a potência aparente VA, a potência ativa, já vista, o W e a potência reativa o Var. Normalmente os cálculos e avaliações em corrente alternada são feitos com essas unidades, para poder expressar, fisicamente, a existência de resistência, indutância e capacitância em um circuito, sendo as formulas as seguintes: Aparente: S = U x I - (v.a) Ativa : P = U x I x Cos - (w) Reativa: Q = U x I x Sin - ( v.a.r.) A unidade de medida de resistência e reatância é o Ohm, símbolo (Ω). O conjunto resistência-reatância tem o nome de impedância. Circuitos com resistências e reatâncias têm as sinusoides de tensão e corrente, desfasadas, conforme figura. Bobines em C.A. Em termos de representação temporal, obtêm-se as curvas representadas na figura abaixo. Da análise desta figura, podemos observar que quando a corrente se anula (inclinação máxima), a tensão é máxima e que quando a corrente atinge os seus máximos negativos ou positivos (inclinação nula), a tensão anula-se. À razão entre o valor máximo da tensão (Um) e o valor máximo da corrente (Im) numa bobina, igual a ω.L, dá-se o nome de reactância indutiva (XL). XL = ѠL = 2πfL A reactância indutiva mede-se em ohms (Ω) e representa a maior ou menor oposição (resistência) de uma bobina à passagem da corrente alternada. Ao contrário do que acontece numa resistência, esta oposição varia com a frequência do sinal. Quanto maior a frequência, maior será a reactância indutiva, implicando uma maior oposição à passagem da corrente. Para a frequência nula, a reactância indutiva será também nula, correspondendo a bobina a um curto-circuito. Para frequência infinita, a reactância indutiva será também infinita, correspondendo a bobina a um circuito aberto. Como nenhuma bobina tem resistência nula (nem nenhuma resistência tem indutância nula), podemos representar uma bobina real como uma bobina ideal (indutância pura -L) em série com uma resistência ideal (puramente resistiva - R). Este circuito está representado na figura abaixo. Do que foi expresso anteriormente, podemos dizer que: • A tensão UR na resistência R está em fase (0º) com a corrente I • A tensão UL na bobina L está em quadratura (90º) com a corrente I Circuito com impedância indutiva Aplicando a Lei de Kirchhoff das malhas (KVL) ao circuito da figura acima representada, obtém-se: U = UR + UL Podemos representar esta relação em termos vetoriais da seguinte forma: Em termos temporais, temos a adição de duas sinusoides desfasadas de 90º: Obviamente que a amplitude de U, pelo Teorema de Pitágoras, é dada por: U= √(〖Ur〗^2+〖Ul〗^2 ) Mas, sabemos que UR = R.I e UL = XL.I. Define-se então impedância Z, como a divisão da tensão U pela corrente I : Z = U / I Como a corrente I tem fase nula, pode desenhar-se um triângulo de vetores para a impedância Z , reactância indutiva X L e resistência R , similar ao triângulo de tensões: Obviamente que o módulo de Z , será: Z= √(R^2+〖XL〗^2 ) O ângulo Φ corresponde ao ângulo entre a tensão na resistência (UR) e a tensão total (U), e pode calcular-se através de, por exemplo: Condensadores em C.A. Na figura abaixo apresentada, verifica-se que também existe um desfasamento de 90º entre a corrente que percorre o condensador e a tensão aos terminais desse condensador, só que agora, quem “vai à frente” é a corrente: Vetores de tensão e corrente em condensadores Em termos de representação temporal, teremos: A figura anterior permite observar que quando a tensão se anula (inclinação máxima), a corrente é máxima e que quando a tensão atinge os seus máximos negativos ou positivos (inclinação nula), a corrente anula-se. À razão entre o valor máximo da tensão (Um) e o valor máximo da corrente (Im) num condensador, igual a 1/(ω.L), dá-se o nome de reactância capacitiva (XC): Xc=1⁄ωc=1⁄2πfc A reactância capacitiva mede-se em ohms e representa a maior ou menor oposição (resistência) de um condensador à passagem da corrente alternada. Tal como o caso das indutâncias, esta oposição varia com a frequência do sinal. Quanto menor for a frequência, maior será a reactância capacitiva, implicando uma maior oposição à passagem da corrente. Para a frequência nula (CC), a reactância capacitiva será infinita, correspondendo o condensador a um circuito aberto. Para frequência infinita, a reactância capacitiva será nula, comportando-se o condensador como um curto-circuito. Impedância Capacitiva (Condensador + Resistência) Importa agora verificar o comportamento de um circuito com um condensador (C) em série com uma resistência (R). Este circuito está representado na figura seguinte: Do exposto anteriormente, podemos dizer que: • A tensão UR na resistência R está em fase (0º) com a corrente I • A tensão UC no condensador C está em quadratura (90º) com a corrente I Aplicando a Lei de Kirchhoff das malhas (KVL) ao circuito da Figura anterior, fica: U=Ur+Uc Podemos representar esta relação em termos vetoriais da seguinte forma: Em termos temporais, temos a adição de duas sinusoides desfasadas de 90º: Tal como para o caso indutivo, pode calcular-se a amplitude de U, pelo Teorema de Pitágoras: U= √(〖Ur〗^2+ 〖Uc〗^2 ) Considerando a tensão U com fase nula, pode desenhar-se um triângulo de vetores para a impedância Z , reactância capacitiva XC e resistência R , similar ao triângulo de tensões: O módulo de Z , será portanto: Z= √(R^2+ 〖Xc〗^2 ) O ângulo Φ corresponde ao ângulo entre a tensão na resistência (UR ) e a tensão total ( U ), e pode calcular-se através de, por exemplo: Na tabela seguinte, estão representadas as expressões da impedância (Z) e desfasagem (φ) para os componentes e circuitos básicos. Tensão simples Vs Tensão composta Supondo um sistema de energia elétrico de 3 fases e um neutro, fase A,B,C ou R,S,T e o neutro N. Denomina-se tensão simples como sendo a tensão medida entre qualquer uma das fases e o neutro. No sistema elétrico português será os 230v. Tensão composta será a tensão medida entre duas fases, Uab, Uac, Ubc. No sistema elétrico português será os 400v. A relação entre os dois tipos de tensão é dada pela expressão: Uc=\/3 . Us , sendo Uc a tensão composta e Us a tensão simples. Facilmente vemos que 400=\/3 . 230 Tensões / Correntes na estrela e no triângulo - Num sistema ligado em estrela, a tensão na linha corresponde a tensão composta, e é igual a \/3 vezes a tensão na fase. É fácil notar que no esquema em estrela a corrente na linha é exatamente igual a corrente na fase. (I linha=I fase ) - Num sistema ligado em triângulo a tensão na linha é igual a tensão na fase (V linha = V fase ). A corrente de linha é igual a \/3 vezes a corrente na fase. Curso Técnico de Instalações Elétricas EFA – NS Formador: José Márcio Formando: Fernando Silva Nº 11 16 junho 2013

Reflexão UFCD 23 – Instalações elétricas – generalidades

Reflexão UFCD 23 – Instalações elétricas – generalidades _________________________________________________________________________________ Objetivos:  Propriedades dos materiais;  Materiais ferrosos e não ferrosos;  Desenho esquemático; _________________________________________________________________________________ Propriedades dos Materiais Vivemos na era da eletrónica. Contactamos com o mundo através de um pequeno aparelho de telefone móvel, ou da Internet, viajamos de avião à velocidade do som, gravamos as imagens preferidas através de máquinas com gravação digital. Todos os objetos que estamos a habituados a utilizar fundamentam o seu funcionamento nas características dos materiais de que são construídos. Escrevemos normalmente com uma esferográfica feita de matéria plástica e metal, cuja tinta é uma mistura de substâncias artificiais, sobre uma folha de papel fabricado com matérias vegetais, em cima de uma mesa de madeira, iluminado pela luz que atravessa o vidro das janelas, por sua vez construídas em alumínio. Matéria plástica, metais, madeira, papel, cerâmica (argila) e pedra são exemplos de materiais comuns. Os materiais distinguem-se uns dos outros pelas propriedades que os caracteriza e distingue quando pretendemos construir um objeto. Os materiais têm origem em diferentes matérias-primas: minerais, vegetais, e outras artificiais ou sintéticas. Acerca deste tema, podemos tirar mais informações, na minha reflexão da UFCD 20, onde está mais desenvolvido. Materiais ferrosos e não ferrosos Os metais ferrosos mais comuns são o aço, o ferro fundido e o ferro laminado. Esses metais são ligas de ferro e carbono, que podem ainda apresentar na sua composição elementos como fósforo, manganês, silício, cobre, enxofre, entre outros. Possuem uma percentagem de ferro superior a 90%, daí a denominação de metais ferrosos, uma percentagem máxima de carbono de 5%, com os demais elementos aparecendo em percentagens relativamente reduzidas. O aço possui teor de carbono de até 1,7%. Sua resistência à rutura por tração pode variar, dependendo da qualidade, de 200 MPa a valores superiores a 1200 MPa. A resistência ao esmagamento por compressão é igual à resistência à rutura por tração. O ferro fundido apresenta teor de carbono variando entre 1,8% e 4,5%, portanto superior ao do aço. Sua resistência à tração é considerada baixa, alcançando no máximo 400 MPa, mas a resistência à compressão é boa, situando-se entre duas e quatro vezes a resistência à tração. O ferro laminado é quase um aço com baixo teor de carbono (inferior a 0,12%), distinguindo-se deste apenas por possuir cerca de 3% de escória. Essa escória, caracterizada por pequenas partículas misturadas à massa do metal, se apresenta na forma de fibras, devido às operações de laminação. O ferro laminado possui uma resistência à tração que atinge no máximo 350 MPa na direção das fibras e 320 MPa na direção perpendicular às fibras e uma resistência à compressão que, assim como o ferro fundido, se situa entre duas e quatro vezes a resistência à tração. Atualmente, na engenharia estrutural, o único metal ferroso utilizado é o aço, mas com teor de carbono limitado a 0,29%; isto porque, embora o carbono seja o principal elemento responsável pelo aumento de resistência do aço, teores mais elevados podem causar redução de ductilidade e soldabilidade. O ferro fundido e o ferro laminado deixaram de ser empregados já há muitos anos devido à capacidade limitada de resistir à tração e, no caso do ferro fundido, também por possuir baixas ductilidade e soldabilidade, em razão do alto teor de carbono. Denominam-se metais não ferrosos, os metais em que não haja ferro ou em que o ferro está presente em pequenas quantidades, como elemento de liga. Os metais não ferrosos são mais caros e apresentam maior resistência à corrosão, menor resistência mecânica, pior resistência a temperaturas elevadas e melhor resistência em baixas temperaturas que o aço carbono. Os principais serviços com metais não ferrosos são os serviços de corrosão e de não contaminação pelo produto da corrosão, como em situações extremas de temperaturas baixas e altas. São usualmente utilizados cerca de 50 tipos de cobre e ligas em equipamento de processos, os quais podem ser classificados como: cobre comercial, latões, bronzes e cobre-níquel. O cobre comercial apresenta pelo menos 95% de cobre. A principal fraqueza desse material é a resistência mecânica. Em temperaturas elevadas, permitem o uso do cobre comercial até a temperatura de 200ºC. A temperatura máxima de utilização e seu elevado custo restringem a utilização deste material. Devido sua estrutura CFC, o cobre não apresenta transição dúctil-frágil e pode ser utilizado sem teste de impacto até a temperatura de – 200ºC. A resistência do cobre comercial à corrosão assim como as ligas de cobre é consequência da formação de uma camada passiva de vários compostos de cobre, diferindo da camada passiva de óxidos dos aços. Deve-se lembrar que o cobre e suas ligas são altamente catódicos em relação ao aço carbono, a união cobre aço carbono, causará uma intensa corrosão galvânica na presença de meios eletrolíticos. O cobre comercial apresenta excelente resistência à corrosão atmosférica húmida e poluída, e também às águas salobras e salgada, aos meios não oxidantes, aos compostos orgânicos (álcoois, acetonas, hidrocarbonetos, ácidos…). Apresenta baixa resistência à corrosão em meios ácidos oxidantes fortes (nítrico, sulfúrico, crômico, entre outros). Tanto o cobre como suas ligas apresentam corrosão sob tensão em meios onde houver a presença de amônia, aminas, sais amoniacais, cianetos entre outros compostos nitrogenados. Não se pode utilizar o cobre e suas ligas em serviços com o acetileno, pois há a formação de um produto explosivo. Os latões são ligas de cobre com até 40% de zinco e pequenas concentrações de outros elementos. O aumento da quantidade de zinco na solução sólida diminui o custo do material e também diminui a resistência à corrosão. Os latões são usados, principalmente para tubos e espelhos de troca de calor, bem como para válvulas de pequeno diâmetro, sempre que o serviço for realizado em baixas pressões, devido à pequena resistência mecânica dos latões. Os bronzes são ligas de cobre criadas com o intuito de melhorar a resistência à temperatura e à resistência mecânica. Os elementos de liga associados ao cobre (85-95%) são: Sb, Al, P, Si. Como sabemos os elementos Si e Al são desoxidantes sendo o Al mais utilizado em equipamentos de processos. Os bronzes industriais podem ser utilizados entre as temperaturas de -200ºC a 370ºC. As resistências dos bronzes são similares a do cobre comercial e também estão sujeitos a corrosão sob tensão em presença de amônia, aminas, sais amoniacais, e mercúrio. São empregados para a construção de válvulas pequenas e para o mecanismo interno de válvulas grandes e paras os espelhos de permutadores de calor. O níquel e o cobre possuem tamanhos atómicos próximos, assim a liga cobre níquel forma soluções sólidas substanciais praticamente em qualquer proporção. O cobre níquel possui melhor resistência à corrosão e a temperaturas elevadas, mas também eleva o preço do material. A resistência mecânica do cobre-níquel é semelhante à do bronze e sua resistência à corrosão, é semelhante a do cobre comercial. O alumínio é um metal de baixa densidade e alta condutividade térmica e baixa resistência mecânica. Com uma estrutura cúbica de face centrada, o alumínio pode ser utilizado para serviços até próximo do zero absoluto, pois não apresenta a transição dúctil-frágil, sua resistência mecânica (LR e LE especificamente) aumenta com a diminuição da temperatura. Para temperaturas elevadas a resistência mecânica do alumínio decai, tornando seu uso impróprio para temperaturas acima de 150ºC. O alumínio forma uma fina camada passiva de óxido muito estável e tenaz, sendo praticamente inerte à atmosfera e apresentando uma boa corrosão às águas salinas, alcalinas e acidas. Graças ao seu excelente desempenho em baixas temperaturas o Alumínio é usado para serviços criogênicos com gases liquefeitos e serviços a baixa temperatura em que as condições de corrosão e segurança o permitam. Tanto o níquel, quanto suas ligas apresentam excelente resistência a corrosão e resistência mecânica em temperaturas elevadas e baixas. O custo elevado das ligas de níquel fazem com que estas matérias sejam poucos usados a baixa temperatura, onde se prefere usar materiais mais baratos como o alumínio e os aços. Normalmente emprega-se o níquel em ambientes corrosivos severos de cáusticos sendo o níquel 201 o mais empregado para esses serviços em temperaturas de 300ºC. De todas as ligas de metal o níquel é o mais utilizado em equipamentos de processos, sendo usados para tubulações e válvulas de pequeno diâmetro, para tubulações de trocadores de calor e como material de revestimento anticorrosivo. Desenho esquemático Quanto a esta matéria, fizemos a iniciação ao executar alguns esquemas unifilares e multifilares em papel milimétrico de uma comutação de lustre, de uma comutação de escada, de uma comutação de escada com inversor e de um automático de escada, (pode-se ver o meu trabalho em anexo no portefólio), mas deixo aqui algumas imagens como exemplo, dos esquemas por mim executados. Esquema unifilar de comutação escada Esquema multifilar de comutação escada Esquema unifilar de comutação lustre Esquema multifilar de comutação lustre Esq. unifilar comutação escada inversor Esq. multifilar comutação escada inversor Esquema unifilar automático escada Esquema multifilar automático escada Curso técnico de instalações elétricas – EFA – NS Formador: Maia Miguel Formando: Fernando Miguel Costa Silva Nº 11 27 de junho de 2013

Reflexão UFCD 20 – Tecnologia dos Materiais Elétricos

Reflexão UFCD 20 – Tecnologia dos Materiais Elétricos _________________________________________________________________________________ Classificação geral dos materiais Os materiais elétricos podem ser classificados como: Condutores (bons condutores, resistentes e supercondutores) Semicondutores Isoladores Magnéticos Estes materiais podem encontrar-se em estado líquido, sólido ou gasoso. Em qualquer dos estados encontram-se materiais condutores e materiais isoladores. No estado sólido temos, por exemplo: cobre (condutor) e vidro (isolador). No estado líquido temos, por exemplo: mercúrio (condutor) e óleo mineral (isolador). No estado gasoso temos, por exemplo: ar bastante húmido (condutor) e ar seco (isolador). Os materiais condutores são os que melhor conduzem a corrente elétrica, ou seja, oferecem menor resistência à passagem da corrente elétrica. Os metais são os melhores condutores elétricos, pois possuem um elevado número de eletrões livres que facilmente se movimentam, constituindo a corrente elétrica. A resistividade dos condutores situa-se entre 10ˉ⁴ a 10²Ω.mm²/m. São bons exemplos de condutores o cobre, o alumínio, a prata, o ouro, o mercúrio, as ligas de cobre e as ligas de alumínio. Os materiais resistentes são aqueles que conduzem a corrente elétrica, mas apresentam uma maior resistência à passagem da mesma que os condutores. O objetivo destes materiais é provocar, intencionalmente, a dissipação de energia calorífica; eles são utilizados no fabrico de resistências de aquecimento, de resistências de regulação de intensidade de corrente, etc. Os materiais supercondutores são materiais considerados condutores perfeitos, isto é, não apresentam resistência à passagem da corrente elétrica, portanto conduzem a corrente elétrica em dissipação de energia calorífica. O transporte de energia elétrica é efetuado com um rendimento de 100%. No entanto os supercondutores só o são quando submetidos a temperaturas negativas bastante baixas. A supercondutividade foi descoberta em 1911 pelo cientista holandês Heike Kamerlingh Onnes quando aplicava ao mercúrio temperaturas bastante baixas e verificou que se tornava um supercondutor à temperatura de 269ºC. Os materiais isoladores são aqueles que apresentam uma resistência elétrica muito elevada, não deixando passar corrente elétrica. Não há, no entanto isoladores perfeitos, havendo sempre correntes de fuga. São considerados isoladores materiais que apresentam uma resistividade elétrica entre 10ˉ¹⁴ a 10²⁶Ω.mm²/m. São considerados isoladores: a borracha, o vidro, o papel, a mica, o polietileno, etc. Os materiais semicondutores são aqueles que apresentam uma resistividade elétrica intermédia, entre os condutores e os isoladores, situada entre 10⁴ a 10¹⁰Ω.mm²/m. São exemplos de semicondutores: o silício, o germânio e o selénio. Os materiais magnéticos são materiais que são caraterizados por se deixarem atravessar facilmente pelas linhas de força de campo magnético, magnetizando-se. Estes materiais têm uma elevada permeabilidade magnética, de que são exemplos: o ferro, o aço, o níquel e o cobalto. Propriedades e grandezas características dos materiais As propriedades e grandezas dos materiais dividem-se em: elétricas, mecânicas e químicas. Sem a preocupação de as agrupar em compartimentos estanques, apresentam-se em seguida algumas das propriedades e grandezas dos materiais. Condutibilidade elétrica – Propriedade que os materiais têm de conduzir a corrente elétrica, com maior ou menor facilidade. O material com melhor condutibilidade elétrica é a prata. Rigidez dielétrica – É a tensão máxima, por unidade de comprimento, que se pode aplicar aos materiais isolantes sem romper as suas características isolantes. O material com melhor rigidez dielétrica é a mica. Condutibilidade térmica – Propriedade que os materiais têm de conduzir com maior ou menor facilidade o calor. Normalmente os bons condutores elétricos também são bons condutores térmicos. Como bons condutores térmicos temos: a prata, o cobre, etc. Maleabilidade – É a propriedade que os materiais têm de se deixarem reduzir a chapas. Exemplos: ouro, prata. Dutibilidade - É a propriedade de se deixarem reduzir a fios, à fieira. Exemplos: ouro, prata, cobre, ferro. Tenacidade - É a propriedade de resistirem à tensão de rotura, por tração ou compressão. A tensão de rotura é expressa em kg/mm². Exemplos: bronze silicioso, cobre duro. Maquinabilidade – É a propriedade de os materiais se deixarem trabalhar por qualquer processo tecnológico, através de máquinas-ferramentas. Exemplo: ferro. Dureza - Propriedade de os materiais riscarem ou se deixarem riscar por outros materiais. Exemplos: diamante, quartzo. Densidade – É a relação entre o peso da unidade de volume de um dado material e o peso de igual volume de água destilada a 4,1ºC, à pressão normal. Exemplo: mercúrio, prata. Permeabilidade magnética – É a propriedade que consiste em os materiais conduzirem, com maior ou menor facilidade, as linhas de força do campo magnético. Exemplo: ferro-silício, aço, ferro-fundido, etc. Elasticidade – Propriedade de retomarem a forma primitiva, depois de terem sido deformados por ação de um esforço momentâneo. Dilatabilidade - Propriedade de aumentarem em comprimento, superfície ou volume, por ação do calor. Resilência - Propriedade de resistirem à rotura, por pancadas “secas”. Resistência à fadiga - – É um valor limite do esforço sobre o material, resultante de repetição de manobras. Cada manobra vai, progressivamente, provocando o “envelhecimento” do material. Fusibilidade – Propriedade de os materiais passarem do estado sólido ao líquido, por ação do calor. Tem interesse conhecer o ponto de fusão de cada material para sabermos quais as temperaturas máximas admissíveis da instalação onde o material está, ou vai ser, integrado. Resistência à corrosão – Propriedade que os materiais têm de manterem as suas propriedades químicas, por ação de agentes exteriores. Esta propriedade tem particular importância nos materiais expostos (ar livre) e enterrados. Principais materiais condutores O cobre é o material condutor mais utilizado. Existem no entanto dois tipos de cobre: cobre duro e cobre macio. O cobre duro é utilizado nos casos em que se exige elevada dureza e resistência mecânica, como é o caso das linhas aéreas de energia, os cabos telefónicos, os coletores dos motores elétricos, etc. O cobre macio é utilizado nas restantes aplicações, não sujeitas a esforços mecânicos elevados, como: enrolamentos, barramentos, cabos elétricos, instalações elétricas, etc. O alumínio é o segundo material condutor mais utilizado, caracterizado por ser mais leve e mais barato que o cobre. Estas características têm sido fundamentais para a sua escolha em determinadas utilizações: linhas aéreas, condensadores, blindagem elétrica de alguns cabos, em aeronaves, nos rotores de motores assíncronos, equipamento portátil e equipamento móvel, etc. A prata é bastante utilizada, sob forma pura ou em liga, no fabrico de contactos elétrico sem dispositivos que devem apresentar uma boa fiabilidade, em virtude de praticamente não oxidar. As ligas podem incluir níquel, cobalto, paládio, bromo e tungsténio. O ouro é um material que não oxida e apresenta uma elevada resistência mecânica, sendo também utilizado em contactos elétricos em equipamentos de elevada fiabilidade e precisão. O carvão pode ser utilizado como condutor no fabrico das escovas das máquinas de corrente contínua, ou como condutor resistente no fabrico de resistências elétricas. O carvão tem a grande vantagem em relação a outros condutores de não fundir, não soldar, suportando elevadas temperaturas. Principais materiais isoladores Os isoladores existem nos circuitos elétricos sob diversas formas e com finalidades variadas, como: proteger pessoas, evitar curto-circuitos nas instalações, evitar fugas de corrente, etc. Podem ser divididos em sólidos, líquidos e gasosos. Os materiais sólidos e líquidos utilizados para o fabrico de isoladores podem ter três origens: isolantes orgânicos, isolantes minerais e isolantes plásticos. As principais propriedades dos isolantes são: a resistividade elétrica, a rigidez dielétrica, a estabilidade térmica e a temperatura máxima de utilização, o fator de perdas e a versatilidade. Pode-se afirmar ainda que há isolantes que são fortemente atacados pela humidade, como o papel, o amianto, a porcelana; o quartzo é utilizado em situações em que há variações bruscas de temperatura; os isolantes plásticos, além das propriedades isolantes que se lhes reconhecem, têm uma outra que é a sua extrema leveza e versatilidade na aquisição de diferentes formas; a baquelite apresenta-se sob diferentes formas, sendo a baquelite C aquela que melhores propriedades reúne, sendo por isso a mais utilizada. Materiais Semicondutores Os semicondutores, são materiais com uma condutividade muito baixa, quando estão em estado puro, comportam-se quase como isoladores. O silício, o germânio e o selénio são os principais materiais utilizados como semicondutores, sendo os dois primeiros os mais utilizados. Quando os átomos se unem para formarem as moléculas de uma substância, a distribuição e disposição desses átomos pode ser ordenada e organizada e designa-se por estrutura cristalina. O Germânio e o Silício possuem uma estrutura cristalina cúbica como é mostrado na seguinte figura: Um semicondutor intrínseco é um semicondutor no estado puro. À temperatura de zero graus absolutos (-273ºC) comporta-se como um isolante, mas à temperatura ambiente (20ºC) já se torna um condutor porque o calor fornece a energia térmica necessária para que alguns dos eletrões de valência deixem a ligação covalente (deixando no seu lugar uma lacuna) passando a existir alguns eletrões livres no semicondutor. Quando são adicionadas impurezas a um semicondutor puro (intrínseco) este passa a denominar-se por semicondutor extrínseco. A introdução de átomos pentavalentes (como o Arsénio) num semicondutor puro (intrínseco) faz com que apareçam eletrões livres no seu interior. Como esses átomos fornecem (doam) eletrões ao cristal semicondutor eles recebem o nome de impurezas dadoras ou átomos dadores. Todo o cristal de Silício ou Germânio, dopado com impurezas dadoras é designado por semicondutor do tipo N (N de negativo, referindo-se à carga do eletrão). A introdução de átomos trivalentes (como o Índio) num semicondutor puro (intrínseco) faz com que apareçam lacunas livres no seu interior. Como esses átomos recebem (ou aceitam) eletrões eles são denominados impurezas aceitadoras ou átomos aceitadores. Todo o cristal puro de Silício ou Germânio, dopado com impurezas aceitadoras é designado por semicondutor do tipo P (P de positivo, referindo-se à falta da carga negativa do eletrão). Materiais Magnéticos Os materiais magnéticos são aqueles que têm permeabilidade magnética mais elevada do que a do ar. São aqueles materiais que tem maior facilidade de “conduzirem” as linhas de forçado campo magnético. De entre os materiais utilizados como magnéticos temos os metais magnéticos, como o ferro macio, o aço silicioso, o aço vazado, o ferro fundido, o níquel e o cobalto. Condutores e cabos Alma condutora de um condutor isolado ou de um cabo é o elemento destinado à condução da corrente elétrica, podendo ser constituído por um conjunto de fios devidamente reunidos. A alma condutora por ser unifilar (um só fio) multifilar (vários fios), sectorial ou multisectorial. Condutor nu é o condutor que não possui qualquer isolamento elétrico contínuo. Condutor isolado é a alma condutora revestida de uma ou mais camadas de material isolante que asseguram o seu isolamento elétrico. Cabo isolado, ou simplesmente, cabo é o condutor isolado dotado de baínha ou conjunto de condutores isolados devidamente agrupados, provido de baínha, trança ou envolvente comum. Caracterização do cabo Conforme as exigências dos locais e das condições de funcionamento, assim a necessidade de instalar cabos mais ou menos bem protegidos. Os principais fatores condicionantes da escolha de um cabo para uma instalação elétrica são: Potência, tensão e intensidade nominais; Temperatura ambiente do local onde vai ser instalado; Localização do cabo (à vista, enterrado, subaquático, etc); Efeitos corrosivos e mecânicos do local considerado; Existência ou não de outros cabos no local ou proximidade (particularmente telecomunicações), ou de outras canalizações (água, gás, esgotos, etc) . Os principais revestimentos protetores elétricos, mecânicos ou químicos dos cabos são: Isolamento – camada de material isolante que, envolvendo a alma condutora, assegura o seu isolamento elétrico. Enchimento – material destinado a regularizar a forma do cabo, preenchendo os espaços vazios entre os condutores isolados, de forma a que não haja descontinuidades nem pontos fracos. Blindagem (ou ecrã) – revestimento condutor ou semicondutor que envolve cada um dos condutores isolados ou o seu conjunto, com o fim de assegurar determinadas caraterísticas elétricas, como: equalização de potenciais elétricos, redução de campos electroestáticos, redução das correntes de fuga, evitar interferências de campos eletromagnéticos com outros cabos de energia ou telecomunicações. Bainha – revestimento contínuo que envolvendo completamente o condutor isolado, ou o conjunto cablado de condutores isolados, contribui para a proteção dos cabos. Quando for metálica pode também desempenhar a função de blindagem. Trança – revestimento constituído por fios entrançados têxteis, ou metálicos. Armadura – revestimento metálico que tem como principal finalidade proteger o cabo contra ações mecânicas exteriores, para além de funções de natureza elétrica que possam desempenhar. Cores de identificação dos condutores e respetiva ordem sequencial Nomenclatura dos condutores e cabos Os condutores e cabos que se fabricam atualmente em Portugal obedecem fundamentalmente a duas normas portuguesas (NP) que são a NP – 2361 e a NP – 665. Cabos e condutores mais utilizados Curso: Técnico de Instalações Elétricas Formando: Fernando Miguel da Costa Silva Nº 11 16 de maio de 2013