Infraestrutura elétrica para redes de computadores

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Cabeamento
Aula 9 - Infraestrutura elétrica para redes de
computadores – Parte 1
INTRODUÇÃO
Nesta aula, estudaremos as redes elétricas. Inicialmente, veremos os conceitos físicos elementares sobre campo
elétrico e magnético, as principais unidades de medida de carga elétrica e os fenômenos que explicam interferência.
A partir desses conceitos, teremos o conhecimento necessário para dimensionar a rede elétrica e, assim, atender a
uma rede de computadores.
Veremos ainda uma abordagem super�cial sobre as fases de produção e distribuição de energia. Finalmente,
estudaremos o dimensionamento de uma rede elétrica de baixa tensão.
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OBJETIVOS
Revisar conceitos elementares sobre eletricidade;
Reconhecer boas práticas para instalações elétricas;
Listar os componentes de produção e distribuição de energia elétrica;
Descrever o emprego dos principais dispositivos de acondicionamento de energia;
De�nir os componentes e a proteção de uma instalação elétrica;
Avaliar o dimensionamento do quadro de distribuição elétrica.
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ELETRICIDADE – ALGUNS CONCEITOS BÁSICOS
Fonte: mamanamsai / Shutterstock
Saiba Mais
, Por que iniciar nosso conteúdo por um assunto tão assustador?, , Em nossa vida, convivemos diariamente com fatores de risco e
que podem impactar a nossa segurança. A eletricidade é um destes fatores., , Conheça os Efeitos da carga elétrica sobre o corpo
humano. (galeria/aula9/docs/a09_02_01.pdf)
CONDUTORES, ISOLANTES E SEMICONDUTORES
Cada material oferece diferente comportamento quando submetido a uma carga elétrica.
As cargas elétricas se referem aos elétrons em circulação em determinado meio.
Condutor
São os materiais que conduzem a energia elétrica.
Os metais são os principais condutores de energia. Entre os metais, temos variação na condutividade.
Nas redes elétricas brasileiras, a base dos condutores é de ligas de cobre ou de alumínio. Outros materiais como ouro e
platina oferecem maior condutividade, mas seu custo e resistência à tração limitam seu uso como condutores em
linhas de transmissão, por exemplo.
Nas placas-mãe, encontramos barramentos e conectores banhados a ouro pela sua condutividade e resistência à
oxidação.
Líquidos também conduzem cargas elétricas, o que pode causar riscos à segurança.
Um pedaço de madeira, quando molhado, pode conduzir carga e causar um choque.
Cobre
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Fonte: zhangyang13576997233 / Shutterstock
Isolante
Material por onde não �ui energia elétrica, como borracha, madeira etc.
Seu uso é fundamental para segurança dos usuários.
Madeira
Fonte: kilukilu / Shutterstock
Semicondutor
É um material que, simpli�cadamente, se classi�ca entre o condutor e o isolante, pois tem a capacidade de alterar os
valores das cargas elétricas recebidas.
Os semicondutores são a base de construção de circuitos eletrônicos, empregando materiais como o silício.
Silício
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Fonte: Fablok / Shutterstock
TENSÃO, RESISTÊNCIA E CORRENTE
Para entendermos os conceitos e parâmetros elétricos, vamos fazer diversas analogias. Vamos lá!
Tensão
O conceito mais elementar de tensão descreve a diferença de potencial entre dois pontos.
Quanto mais elétrons livres houver em um polo maior será a força para �uir a outro polo sem
carga.
Achou a explicação complicada?
Veja esta analogia:
Em um sistema hidráulico, uma mangueira conectada a uma caixa de água terá mais força
quanto maior for o desnível.
No caso da água, temos, é claro, o fator pressão (força sobre área), pois um aumento da
coluna de água aumenta a pressão.
A tensão é medida em Volts (V) e pode ser vista como a força que determina o movimento
dos elétrons através de um meio.
Resistência
É a oposição que um material oferece ao movimento da carga elétrica.
A condutividade pode ser vista como o oposto da resistência:
• Um �o de ouro oferece menor resistência do que outro de alumínio (condutores – baixa
resistência);
• O �o de alumínio oferece menor resistência do que o silício;
• O silício (semicondutor) oferece menor resistência do que a borracha (isolante –
resistência tende a in�nito).
A resistência é medida em Ohm (Ω).
Corrente
É a quantidade de elétrons que �ui através de um meio.
Na analogia hidráulica, seria a quantidade de água que �ui na mangueira.
Nesse caso, quanto maior o desnível (tensão) maior será a pressão da água, mas a
quantidade de água será limitada pelo diâmetro da mangueira. Lembrando ainda que a
pressão em uma mangueira pode causar sua ruptura.
A corrente elétrica gera calor ao passar por um condutor. Se mal dimensionado, o �o pode
romper-se ou aquecer a ponto de causar um incêndio.
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Com a corrente elétrica, a corrente é determinante na de�nição do condutor capaz de
atender a uma necessidade.
Para um mesmo tipo de condutor, o diâmetro (bitola) de�ne a sua capacidade de conduzir
elétrons.
A unidade de medida de corrente é o Ampère (A).
CÁLCULOS BÁSICOS
A lei de Ohm diz que:
Assim, concluímos parcialmente que tensão e corrente são diretamente proporcionais.
POTÊNCIA
Potência (glossário) é o produto da tensão e da corrente.
A potência aparente é medida em Volt-Ampère
P = V * I
A potência possui duas interpretações:
Fonte: iaodesign / Shutterstock
A soma dessas potências é medida em Watt e determina a quantidade de energia necessária para cada dispositivo.
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Atenção
, Ao dimensionarmos os cabos de energia, devemos levar em consideração que a capacidade dos cabos deve ser maior do que a
exigência dos equipamentos., , Ligar um dispositivo que necessita de 50A em um circuito feito para suportar apenas 10A vai
causar aquecimento até a ruptura do �o ou causar um incêndio.
FATOR DE POTÊNCIA
É um valor que de�ne a relação entre a potência aparente e a potência reativa.
É determinada em tabelas e varia para cada tipo de equipamento.
Para uma lâmpada incandescente de 60W, o fator de potência é 1. Isso signi�ca que a rede é dimensionada para 60W e
é esse o valor consumido.
Em um outro dispositivo, teríamos uma tomada dimensionada para 1000VA. Se para esse equipamento, o fator de
potência for de 0,8, então a potência ativa será de 800W.
Olhando por outro ângulo:
A potência disponibilizada é tratada em VA e o consumo do equipamento em W;
Para atender ao equipamento de 800W (plaqueta atrás do aparelho!) com fator de potência 0,8, há necessidade de
uma rede dimensionada para oferecer 1000VA.
Veja esta analogia para entender melhor o fator de potência:
Em um veículo automotor, temos a potência que o motor pode oferecer medida na saída do seu eixo. Essa é a potência
total proporcionada pelo motor.
Fonte: VectorPainter e Irina Adamovich / Shutterstock
Dos 1000HP (potência mecânica) de um suposto motor, boa parte não chega até as rodas, pois é gasta nos próprios
sistemas mecânicos do veículo.
Por isso, a indústria automotiva busca a cada dia reduzir o consumo de energia (combustível), reduzindo fatores como
o peso total ou o arrasto aerodinâmico (redução da resistência ao movimento).
Fase
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A corrente alternada descreve uma onda senoidal.
Em um eixocartesiano, temos o horizontal (x) e o vertical (y). Se traçarmos um círculo de raio 1 a partir do encontro
desses eixos, o seno é a projeção (sombra) de uma reta que vai da origem até o círculo.
A corrente contínua pode apresentar-se em 3 fases, separadas de 120 graus. Sua representação grá�ca seria:
Em uma rede elétrica, uma ligação entre 2 fases diferentes de 110V proporciona uma tensão de 220V.
DIMENSIONAMENTO DOS CABOS ELÉTRICOS
Para instalações residenciais temos, resumidamente:
Cabo de bitola 2,5mm² - 21,0A
Cabo de bitola 4,0mm² - 28,0A
Cabo de bitola 6,0mm² - 36,0A
Cabo de bitola 10,0mm² - 50,0A
CORES DOS CABOS ELÉTRICOS
Os cabos elétricos também devem obedecer a padrões de cores que facilitam a sua identi�cação:
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Fonte: valdis torms / Shutterstock
Atenção
, Jamais con�e nas cores dos cabos para tocar em um �o com as mãos., , Para identi�cá-los, use medidores, lâmpadas de teste
etc. A�nal, muitos “eletricistas” desconhecem a norma.
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE BAIXA TENSÃO
A classi�cação dos sistemas de baixa tensão é feita por códigos com 2 ou 3 letras.
Veja as regras:
COMO A ENERGIA É PRODUZIDA E CHEGA AO USUÁRIO FINAL?
Observe o esquema:
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Agora, vamos analisar cada passo:
Geração
A energia pode ser gerada por células fotoelétricas (ou células solares), que transformam
luz em energia.
Outras formas de produção se baseiam na conversão de energia mecânica em energia
elétrica.
Seu princípio é de uma espira em movimento, gerando energia por indução eletromagnética.
O giro das espiras pode ser obtido por força hidráulica, eólica ou mecânica (termoelétrica).
Na produção de energia nuclear, temos basicamente água aquecida por energia nuclear e o
vapor aciona uma turbina.
Linhas de transmissão
Após gerada a energia, ela passa por linhas de transmissão.
Você deve lembrar que a bitola do cabo deve ser proporcional à corrente (Ampère).
Considerando que um chuveiro elétrico pode consumir até 6000W, pense quanto consome
uma casa? E um bairro? E uma cidade?
A potência para abastecer uma cidade é extremamente alta. A corrente, na mesma
proporção, também é extrema. Para atender a essa demanda, portanto, seriam necessários
cabos com uma bitola impensável. O artifício é transmitir em alta tensão, para uma potência
constante, pois, ao aumentar a tensão, reduzimos a corrente.
P = VI ou I = P/V
No Brasil, as linhas de transmissão são classi�cadas de acordo com o nível de tensão de
sua operação, mensurado em Kilo Volt (kV - milhares de Volts).
Para cada faixa de tensão, existe um código que representa todo um conjunto de linhas de
transmissão de mesma classe. São eles:
A1 – tensão de fornecimento igual ou superior a 230kV
A2 – tensão de fornecimento de 88kV a 138kV
A3 – tensão de fornecimento de 69kV
Em termos organizacionais, a classe A1 é representativa do sistema de transmissão
interligado, ou Sistema Interligado Nacional (SIN), também denominado rede básica.
As classes A2 e A3, quando não são de propriedade das transmissoras, representam as
redes denominadas de subtransmissão, que, ao contrário das redes de transmissão
propriamente ditas, são administradas pelas empresas de distribuição.
Transformação
As linhas de transmissão trabalham com alta tensão que varia de 69 a 230kV.
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Chegando às áreas urbanas, a energia passa por subestações com transformadores que a
reduzem para valores entre 2,3 e 44kV.
Nos bairros, essas tensões são novamente reduzidas para os valores da tensão nominal da
cidade. No Brasil, as tensões são de 110V ou 220V.
A quantidade de fases 1 a 3 depende da potência a ser consumida.
• Cada distribuidora pode de�nir os padrões, mas, no Brasil, o valor médio é:
• Até 12000W – uma fase e um neutro;
• De 12000W a 25000W – 2 fases e um neutro;
• De 25000W a 75000W – 3 fases e 1 neutro;
• Acima de 75000W – a distribuidora aloca um transformador com alta tensão de entrada e
o cliente redistribui em seus quadros internos.
Quadro de energia
É usado para facilitar a distribuição em prédios.
Consiste em um conjunto de tiras de cobre �xadas em uma superfície isolante, onde, em
cada tira, é conectada uma fase ou um neutro.
Essas varas possuem furos onde parafusos �xam os diversos circuitos. Cada conexão fase
passa por uma chave de segurança chamada disjuntor e daí segue para o medidor.
Medidor
É o local onde é medido o consumo de energia.
Atenção às unidades de medida:
• Potência instantânea – W ou kW (1000W);
• Consumo – kW/h. Potência necessária na unidade de tempo. 1kWh signi�ca o consumo de
um equipamento de 1 kilowatt ligado por 1 hora.
Usuário Final
Recebe os cabos oriundos do medidor e monta outro quadro de distribuição semelhante ao
do prédio.
Em casas isoladas, o quadro que aparece antes do medidor é simpli�cado para poucas
ligações.
Para �nalizarmos esta aula, responda a questão a seguir:
Em um laboratório de informática, temos 24 computadores com potência de 270W.
Considerando que os disjuntores encontrados no comércio são múltiplos de 5A e que o fator de potência é 1, qual o
disjuntor adequado para esse laboratório, se a tensão for de 110V?
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30 A
40 A
60 A
50 A
20 A
Justi�cativa
Glossário
POTÊNCIA
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A potência é uma medida que facilita os planejamentos de rede elétrica:
• Temos a tensão constante (110V ou 220V);
• Os equipamentos costumam informar a sua potência;
• Como P = VI, então I = P/V. De posse de I (intensidade de corrente -Ampères), podemos calcular os cabos a serem utilizados.
LINHAS DE TRANSMISSÃO
No site da Eletrobrás (//www.eletrobras.com/relatorio_sustentabilidade_2010/html_pt/per�l.html) encontramos um resumo dos
milhares de linhas de transmissão existentes e em construção no Brasil.
Leia “Redes de Energia Elétrica” (//www.abradee.com.br/setor-eletrico/redes-de-energia-eletrica) e conheça a divisão das linhas
de transmissão no Brasil.
CLASSE A1
Na classe A1, existem 77 concessionárias dos serviços públicos de transmissão, responsáveis pela administração de mais de 100
mil Km de linhas.
As empresas transmissoras também operam instalações de tensão inferior a 230kV, que são as chamadas “Demais Instalações
da Transmissão” (DIT).
https://www.eletrobras.com/relatorio_sustentabilidade_2010/html_pt/perfil.html
https://www.abradee.com.br/setor-eletrico/redes-de-energia-eletrica