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LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 1/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS I. TÍTULO: MATERIAIS ELÉTRICOS UTILIZADOS EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM BAIXA TENSÃO II. OBJETIVO: O objetivo desta experiência consiste em apresentar ao aluno os diversos materiais elétricos participantes de uma instalação elétrica e baixa tensão. OBS.: Por se tratar de uma abordagem geral, não iremos nos prender a análises mais detalhadas destes materiais ficando esta parte ao aluno como tarefa descrita mais adiante (ver relatório). III. CONTEÚDO: ( 1 PARTE) Vamos considerar uma instalação elétrica residencial típica, a qual iremos seguir desde o ponto de entrega da energia elétrica, pela concessionária, até os pontos de consumo ( iluminação e tomadas). Para fornecimento em baixa tensão – residencial – existem as seguintes categorias de atendimento, função do número de fases (fios): Categoria “A”: uma fase e um neutro (dois fios) Categoria “B”duas fases e um neutro (três fios) – mais usual Categoria “C”três fases e um neutro (quatro fios) – especial OBS.: a categoria de atendimento “B”, mais usual, é constituída por três condutores. Fase ( 115V / 127V ) Neutro ( 0V ) Fase ( 115V / 127V ) O valor da tensão de fornecimento é função das características da rede de distribuição e das condições de fornecimento da companhia concessionária. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 2/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Podemos representar esquematicamente a entrada para esta modalidade conforme a figura a seguir. Além dos condutores de energia elétrica e dos eletrodutos, estudados mais adiante, nesta figura poderemos destacar os seguintes materiais: 1) POSTE PARTICULAR Os postes particulares deverão ser utilizados sempre que: a) Seja necessário evitar cruzamento dos condutores sobre terrenos vizinhos b) O recuo do edifício seja superior a 15,00 m LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 3/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS c) Não seja possível, de outra forma, assegurar as alturas mínimas especificadas; como por exemplo, local de circulação de pedestres: 3,50m. Para as regiões atendidas pela ELETROPAULO, são utilizados os seguintes tipos: de aço tubular seção quadrada, de concreto armado duplo T e de concreto armado moldado no local. Tipos de Postes: a) De aço tubular seção quadrada, de 80x80mm de parede com espessura mínima de 3mm e comprimento de 7500mm, devendo possuir, gravado em relevo, a marca comercial do fabricante e cujo protótipo tenha sido homologado pela ELETROPAULO; b) De concreto duplo T, devendo possuir, gravado em relevo, a marca comercial do fabricante, tensão admissível no topo em daN e comprimento de 7500mm, cujo protótipo tenha sido homologado pela ELETROPAULO; c) De concreto, moldado no local, cuja altura deve atender o prescrito no item 2.1c devendo ser encaminhado à ELETROPAULO um termo de responsabilidade assinado por profissional habilitado, contendo as necessárias especificações técnicas e as respectivas Anotações de Responsabilidade Técnica (ART) do projeto e da execução homologados pela ELETROPAULO. 2) BRAQUETE - CASTANHAS Para que se possa realizar a fixação dos condutores, mantendo o afastamento mínimo especificado utilizamos um material de fixação chamado braquete. O braquete é constituído por uma peça de formato conveniente em ferro galvanizado, na qual fixamos, por meio de parafusos, os elementos isoladores em geral de porcelana ou cerâmica vitrificada (castanhas; roldanas). LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 4/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS SUPORTES ISOLADORES “BRAQUETES” Galvanizados a fogo 3) QUADRO DE MEDIÇÃO (Caixa do Medidor) Caixa destinada a alojar os equipamentos de medição, acessórios e dispositivos de seccionamento. A caixa de medição deve ser de chapa de aço ou alumínio, devendo possuir viseira com tela protetora, tubetes para parafusos de segurança e dispositivo para selagem. A caixa de chapa de aço deve ser decapada e receber pintura de fundo e de acabamento resistentes ao tempo, ou zincada a quente, conforme Normas da ABNT. As caixas de medição devem possuir, gravado em relevo, a marca comercial do fabricante, cujo protótipo tenha sido homologado pela ELETROPAULO. a) Caixa tipo “E” (categoria de atendimento “B” e “C”): LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 5/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS b) Caixa tipo “H” (categoria de atendimento “B” e “C”): c) Caixa tipo “M” (categoria de atendimento “B” e “C”): LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 6/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Tipo “E” até 100A de Demanda (leitura voltada para calçada): LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 7/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Tipo “II” até 12 kW bifásico: Observar quem em qualquer caso é obrigatório o aterramento das caixas. 4) MEDIDOR DO CONSUMO DE ENERGIA (Kwatt – hora metro) O instrumento, situado no quadro de medição, cuja finalidade é medir a energia elétrica consumida é conhecido como kilowatorâmetro (“relógio”) LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 8/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Podemos dizer que este instrumento de medida realiza a operação: ∫ ∆= 2 1 ).().()().( t t ttitvdttitv Isto é, vai integrando (acumulando) a potência consumida (solicitada à concessionária) pela carga instalada, durante intervalos de tempo definidos. Como o produto v i ∆t, dimensionalmente, traduz energia, observamos que este instrumento irá medir energia elétrica em kilowatt-hora (kWh). A concessionária efetua mensalmente a leitura do aparelho e o consumo com base nas últimas duas leituras. Após a entrada vamos encontrar o quadro de distribuição (QDL) do qual partem todos os circuitos dos pontos de consumo (iluminação e tomadas) da residência. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 9/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS 5) CAIXA PARA O QUADRO TERMINAL DE LUZ (QTL) A finalidade destas caixas é a de abrigar os dispositivos de proteção e manobra – disjuntores termomagnéticos ou chaves faca com porta fusíveis – pertencente aos circuitos parciais e a entrada (chave geral). O dimensionamento do QTL se faz tomando como base o número de disjuntores ou de chaves. Estas caixas podem ser encontradas em madeira ou em chapa metálica. 6) CHAVE FACA COM PORTA FUSÍVEIS São dispositivos de proteção e interrupção simultânea de circuitos com um (unipolar), dois (bipolar) ou três (tripolar) pólos. Deverão ser instalados de modo que o peso das lâminas (em cobre) não tenda a fechá-las e de forma que os fusíveis fiquem sempre do lado da carga (segurança). OBS.: O neutro não deverá conter fusíveis, pois no eventual caso de queima do mesmo a tensão aplicada às cargas se modifica podendo ocorrer a queima da carga de menor potência. 7) FUSÍVEIS São dispositivos formados por elementos cuja finalidade é romper, por fusão, quando a intensidade de corrente para a qual foram dimensionados, for ultrapassada (efeito Joule). Devem ser conseqüentemente ligados em série com os condutores dos circuitos. No mercado atual, podemos encontrar os tipos: LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 10/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS a) CARTUCHO Formado por um corpo cilíndrico, em geral de material a base de resina fenólica à prova de umidade, com extremidades metálicas para efeito de contato elétrico. Estas extremidades metálicas podem ser : a) em forma circular (tipo virola) b) em forma de lâmina (tipo faca). No interior do corpo cilíndrico, encontramos o elemento fusível ligado às extremidades e envolto por material inerte e isolante (sílica) que impede a formaçãode arco no instante do desligamento. O tipo virola pode ser encontrado com capacidade nominal de corrente de 6,0 A a 60 A (250 V). O fusível cartucho tipo faca se destina a circuitos de corrente mais elevada sendo encontrados com capacidade de corrente de 61A a 600A (250 V e 600V). A utilização deste tipo de fusível para correntes elevadas, acarreta o inconveniente de que as bases para sua instalação apresentam dimensões tais que aumentam consideravelmente os quadros de distribuição. b) Fusíveis DIAZED e NH Estes fusíveis especiais são fabricados com características e tecnologia de forma a oferecer maior precisão dos parâmetros de ruptura bem como elevar a capacidade interruptora, sendo recomendados principalmente para uso em instalações industriais de maior responsabilidade. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 11/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Podem ser do tipo rápido ou retardado (tendo em vista a elevação da corrente durante a partida de um motor elétrico). Podem ser encontrados rápidos ou retardados (rápidos ou retardados ) para as correntes de 2,0 A a 200 A ( até 500 V). Os fusíveis tipo NH correspondem, em princípio, ao tipo cartucho apresentando espesso corpo cerâmico, sendo o elemento fusível envolto em areia (sílica) de granulometria específica, permitindo a extinção do arco durante a abertura. Comercialmente, os preços destes fusíveis são mais elevados do que os preços dos fusíveis comuns, porém são mais precisos e ocupam, para as mesmas condições de corrente, espaços mais reduzidos. Podem ser encontrados de 25 A a 1000 A. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 12/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS 8) DISJUNTORES São dispositivos de proteção e interrupção eventual dos circuitos. São dotados de elementos térmicos e magnéticos. Nas sobrecargas moderadas, porém de longa duração, o efeito acumulativo do aquecimento do elemento térmico (bimetal) faz com que seja desligado o circuito em tempo inversamente proporcional ao valor da sobrecarga. O disjuntor e composto das seguintes partes: • caixa moldada feita de material isolante na qual são montados os componentes; • alavanca liga-desliga por meio da qual se liga ou desliga manualmente o disjuntor; • extintor de arco ou câmara de extinção, que secciona e extingue o arco que se forma entre os contatos quando acontece sobrecarga ou curto-circuito; • mecanismo de disparo que desliga automaticamente o disjuntor em caso de anormalidade no circuito; • rele bimetálico que aciona o mecanismo de disparo quando há sobrecarga de longa duração; • rele eletromagnético que aciona o mecanismo de disparo quando há um curto-circuito. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 13/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS O disjuntor inserido no circuito funciona como um interruptor. Como o rele bimetálico e o rele eletromagnético são ligados em serie dentro do disjuntor, ao ser acionada a alavanca liga/desliga, fecha-se o circuito que e travado pelo mecanismo de disparo e a corrente circula pelos dois reles: Nas sobrecargas de grande intensidade – curto circuito- mesmo de curta duração, o sistema magnético desliga instantaneamente o circuito. Os disjuntores normalmente são encontrados para correntes nominais de 15 A a 50 A (250 V). Os disjuntores além de outras vantagens sobre o sistema tradicional “chave faca – fusíveis” é reaproveitável, melhor aproveitamento do espaço no QDL, etc.. Apresenta uma resposta muito mais rápida a curto-circuitos, oferecendo maior confiabilidade. Existem disjuntores trifásicos onde apenas a sobrecarga em uma das fases é suficiente para disparar o desligamento de todo o sistema, são conhecidos como “NO-FUSE” com capacidades nominais de 20 A a 600 A. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 14/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS 9) DISPOSITIVO DIFERENCIAL RESIDUAL (DR) Desde dezembro de 1997, e obrigatório, em todas as instalações elétricas de baixa tensão no Brasil, o uso do chamado dispositivo DR nos circuitos elétricos que atendam aos seguintes locais: banheiros, cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço e áreas externas. O dispositivo DR e um interruptor de corrente de fuga automático que desliga o circuito elétrico caso haja uma fuga de corrente que coloque em risco a vida de pessoas e animais domésticos e a instalação elétrica. Isso garante a segurança contra choques elétricos e incêndios. Apesar de se ter a sensação de choque em caso de contato da fase com o corpo humano, não há risco de vida, caso o circuito seja protegido por esse dispositivo. As ilustrações a seguir representam interruptores de corrente de fuga: O interruptor de corrente de fuga possui um transformador de corrente, um disparador e um mecanismo liga-desliga. Ele funciona comparando a corrente de entrada com a de saída. Essa diferença e chamada de “Corrente Diferencial Residual” (IDR). Atuação: IDR = I∆n (corrente diferencial residual nominal de Atuação) LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 15/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Tipos de disjuntores ou interruptores DR: • alta sensibilidade: < 30mA • baixa sensibilidade: > 30mA Ele deve ser ligado de modo que todos os condutores do circuito, inclusive o neutro, passem pelo interruptor. Isso permite a comparação entre as correntes de entrada e de saída e o desligamento da alimentação do circuito em caso de fuga de corrente. Aplicações: • falha em aparelhos elétricos (eletrodomésticos); • falha na isolação de condutores; • circuitos de tomadas em geral; • campings, laboratórios, oficinas, áreas externas; • proteção contra riscos de incêndios de origem elétrica; • canteiros de obra. Observação: O DR não desobriga o uso das proteções contra sobrecorrentes nem dispensa o aterramento das massas. Veja exemplos de esquemas de ligação para interruptores de corrente de fuga nas ilustrações a seguir: LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 16/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Há interruptores projetados para operar com correntes de fuga de 500mA, porem eles só protegem as instalações contra riscos de incêndio, não oferecendo segurança contra riscos pessoais. 10) RELÊS TÉRMICOS Esse componente e também denominado de rele bimetalico. Sua função básica e proteger motores ou outros equipamentos contra aquecimento demasiado produzido por sobrecarga. Protege também os motores trifásicos em caso de funcionamento bifásico, ou seja, se faltar uma fase por um motivo qualquer, o motor continuara funcionando, mas ocorrera uma elevação da corrente das outras duas fases. Essa elevação da corrente provocara um aquecimento do rele, interrompendo o circuito. O rele térmico e constituído basicamente de um bimetal, contato fixo, contato móvel e elemento de arraste conforme ilustração a seguir: O bimetal e formado pela união de dois metais com coeficientes de dilatação diferentes. Quando esse bimetal e aquecido, pela elevação da corrente, curva-se acionando o contato fechado, abrindo-o. fonte: http://senaisp.webensino.com.br/sistema/webensino LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 17/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS IV. CONTEÚDO (2 PARTE) Do QLD aos pontos de consumo iremos encontrara outro grupo de materiais elétricos que passamos a descrever. 1) CONDUTORES A finalidade dos condutores elétricos é a de levar a energia elétrica até os vários pontos de utilização, a partir de um ponto de geração. Em geral os condutores elétricos utilizados em instalações de baixa tensão são fabricados em cobre (ou eventualmente alumínio) eletrolítico, termicamente tratado, com a finalidade de assegurar valores elevados de condutividade eresistência mecânica. Resistividade Ω m mm 2. Densidade 3 m kg Cobre 0,0178 8900 Alumínio 0,0286 2700 Na fabricação de condutores elétricos, os compostos isolantes mais utilizados são o PVC e o EPR, que se diferenciam quanto à forma de construção, resistência à temperatura e agentes externos. a) O cloreto de polivinila (PVC), é composto de uma mistura de cloreto de polivinila puro (resina sintética) com plastificante, cargas e estabilizantes. A sua resistência à água e agentes químicos é relativamente alta, possuindo boa característica de não-propagação de chama, gerando, no entanto, uma grande quantidade de gases tóxicos e corrosivos, além de fumaça, quando submetido ao fogo. Quando submetido a uma elevação de temperatura, mantêm o estado sólido até 120ºC, tornando-se pastoso e finalmente líquido se a temperatura sofrer acréscimos sucessivos. Sua rigidez dielétrica é relativamente elevada, porém apresenta perdas dielétricas também elevadas, principalmente em tensões superiores a 10 kV. Com isso, o emprego de cabos isolados com PVC fica limitado, no máximo, à tensão de 6 kV. b) A borracha etileno-propileno (EPR) e o polietileno reticulado (XLPE), por se tratarem de uma mistura reticulada quimicamente, possuem excelente resistência ao envelhecimento térmico. Ao serem submetidos a temperaturas elevadas, acima do seu limite, se carbonizam sem passarem pelo estado líquido. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 18/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS A isolação EPR possui boa resistência à agua e aos agentes químicos. Apresenta também uma flexibilidade maior do que o XLPE e rigidez dielétrica elevada, com baixas perdas dielétricas, o que possibilita seu emprego em alta tensão, usualmente até 138 kV. Um condutor elétrico ao ser percorrido por uma determinada corrente se aquece. Ao ultrapassar a temperatura/corrente para o qual foi fabricado, o condutor começa a perder suas propriedades elétricas, mecânicas, físicas, etc... Os diferentes tipos de isolação possuem comportamentos diferentes a certos regimes de temperatura, que são listados a seguir: Tipo de isolação Temperatura máxima para serviço contínuo (condutor) (°C) Temperatura limite de sobrecarga (condutor) (°C) Temperatura limite de curto-circuito (condutor) (°C) Controle de polivinila (PVC) até 300 mm² 70 100 160 Controle de polivinila (PVC) maior que 300 mm² 70 100 140 Borracha etilenopropilênica (EPR) 90 130 250 Polietileno reticulado (XLPE) 90 130 250 Temperatura em regime permanente: é a maior temperatura que a isolação pode atingir continuamente em serviço normal. É a principal característica para a determinação da capacidade de condução de corrente de um cabo; Temperatura em regime de sobrecarga: é a temperatura máxima que o condutor pode atingir em regime de sobrecarga. A duração desse regime não deve ser superior a 100 horas durante doze meses consecutivos, nem superar 500 horas durante a vida do cabo; Temperatura em regime de curto-circuito: é a temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de curto-circuito. A duração desse regime não deve superar cinco segundos durante a vida do cabo. Pela tabela, nota-se que o EPR/XLPE suporta temperaturas mais elevadas do que os condutores revestidos em PVC. Com isso, para uma mesma seção de cobre, um cabo isolado com EPR ou XLPE pode conduzir uma corrente elétrica de maior magnitude do que um cabo isolado com PVC. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 19/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Quanto à forma podemos classificar os condutores em: a) FIOS Condutor constituído por um sólido de seção circular constante. São em geral recobertos por uma camada de material isolante (PVC antichama ) termoplástico. Apresenta flexibilidade, porém esta é limitada função da secção transversal (bitola). 1) Metal: fio de cobre nu, têmpera mole. Encordoamento: classe 1 (sólido). 2) Camada interna de PVC antiflam I (composto termoplástico de PVC sem chumbo). 3) Camada externa de PVC antiflam II (composto termoplástico de PVC sem chumbo), extradeslizante. b) CABOS Conjunto de condutores filiformes trançados, de modo que se obtenha um corpo com boa flexibilidade. Cabo unipolar: LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 20/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Cabo multipolar: 1) Metal: fio de cobre nu, têmpera mole. Encordoamento: classe 5. 2) Isolação composto termoplástico de PVC flexível sem chumbo antichama. 3) Enchimento composto termoplástico de PVC flexível sem chumbo. 4) Cobertura composto termoplástico de PVC flexível sem chumbo antichama. Tendo em vista o valor da tensão elétrica a que estão sujeitos, os condutores são fabricados também segundo especificações de isolação, por exemplo: 600V, 750V, 15KV. A capacidade de condução de corrente necessária será determinada em função das características gerais da instalação (além, é claro, da potência instalada) tais como: número de condutores por eletroduto, temperatura ambiente, agrupamento e forma de instalar os eletrodutos, etc. É conveniente lembrar que para trechos longos, devemos levar em conta a queda de tensão admissível nos condutores. c) BARRA São sólidos de secção retangular utilizados quando a secção transversal necessária for muito elevada (correntes elevadas) não apresentam flexibilidade, sendo aplicadas em sistemas tais como quadros de distribuição (QDL),instalações de galvanoplastia, etc.- barramento (bus way) Barramento de cobre eletrolítico para interligação de disjuntores: LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 21/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Dimensões Corrente Resistência Reatância Polegadas Milímetros (A) (mΩΩΩΩ/m) (mΩΩΩΩ/m) 1/2 x 1/16 12,7 x 1,59 96 0,8843 0,2430 3/4 x 1/16 19,0 x 159 128 0,8591 0,2300 1 x 1/16 25,4 x 1,59 176 0,4421 0,2280 1/2 x 1/8 12,7 x 3,18 144 0,4421 0,2430 3/4 x 1/8 19,0 x 3,18 208 0,2955 0,2330 1 x 1/85 25,4 x 3,18 250 0,2210 0,2070 1 1/2 x 1/18 38,1 x 3,18 370 0,1474 0,1880 1 x 3/16 25,4 x 4,77 340 0,1474 0,2100 1 1/2 x 3/16 38,1 x 4,77 460 0,0982 0,1880 2 x 3/16 50,8 x 4,77 595 0,0736 0,1700 1 x ¼ 25,4 x 6,35 400 0,1110 0,2100 1 1/2 x ¼ 38,1 x 6,35 544 0,0738 0,1870 2 x ¼ 50,8 x 6,35 700 0,0553 0,1670 2) ELETRODUTOS Eletrodutos são tubos de metal ou plástico, rígidos ou flexíveis, utilizados com a finalidade de proteger os condutores contra umidade, ácidos ou choques mecânicos. Podem ser classificados em: • eletroduto rígido de aço-carbono; • eletroduto rígido de PVC; • eletroduto metálico flexível; • eletroduto de PVC flexível. 2.1) Eletrodutos rígidos de aço Os eletrodutos rígidos de aço são tubos de aço com ou sem costura longitudinal (solda), com diâmetros e espessuras de paredes diferenciados, e com acabamento de superfície externo e/ou interno, que pode ser brunido, decapado, fosfatizado, galvanizado, pintado, polido, revestido ou trefilado. São usados normalmente em instalações expostas. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 22/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Comercialmente são adquiridos em barras de 3 metros, cujas extremidades são roscadas e providas de uma luva. Os eletrodutos rígidos de aço são especificados de acordo com as normas NBR 5597, 5598, 5624 e 13057. Apresentam variação de diâmetro e espessura de parede conforme a tabela a seguir: As diferenças entre as normas citadas estão no acabamento, no tipo de rosca (BSP ou NPT) e na presença ou ausência de costura no eletroduto. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 23/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS 2.2) Eletroduto rígido de PVC: Estes eletrodutos são fabricados com derivados de petróleo,sendo isolantes elétricos, não sofrem corrosão nem são atacados por ácidos. São fabricados em barras de 3 metros e têm, também, suas extremidades roscadas. Seus diâmetros e espessura de parede são determinados pela NBR 6150, conforme tabela que segue: Os eletrodutos rígidos de PVC são normalmente utilizados em instalações embutidas ou instalações externas em ambientes úmidos. Porém, não devem ser utilizados em ambientes onde a temperatura seja superior a 50°C. Para utilização em desvios da instalação são fabricadas curvas de 90º. 2.3) Eletroduto metálico flexível Este eletroduto é formado por uma cinta de aço galvanizada, enrolada em espirais meio sobrepostas e encaixadas de tal forma que o conjunto proporcione boa resistência mecânica e grande flexibilidade. Esse produto também é fabricado com um revestimento de plástico a fim de proporcionar maior resistência e durabilidade. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 24/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS São utilizados em instalações expostas de máquinas e motores elétricos. Este eletroduto é comercializado em rolos de 100 metros, que contêm a indicação do diâmetro externo. 2.4) Eletrodutos de PVC flexível: Existem eletrodutos flexíveis de material plástico utilizados somente em instalações embutidas. Como não existe uma norma da ABNT a respeito desse tipo de eletroduto, para sua correta especificação e utilização, deve-se utilizar a norma IEC 614. No comércio, os eletrodutos flexíveis de PVC são adquiridos em rolos de 50 ou 100 metros. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 25/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS 3) CAIXAS Caixas são materiais empregados em instalações elétricas com a finalidade de: - permitir entrada ou saída de condutores elétricos (passagem, derivação etc.); - alojar emendas de condutores elétricos; - possibilitar a instalação de interruptores e tomadas; - permitir a fixação de suportes para aparelhos de iluminação. Tipos usuais: 3.1) Caixas estampadas São caixas utilizadas para colocação de interruptores e tomadas. Servem ainda para conter derivações e emendas e como caixas de passagem. Podem ser de 5x10cm (2x4 pol): Ou 10x10cm (4x4 pol): 3. Caixa octogonal (ponto de luz) São caixas próprias para a utilização como pontos de luz. Algumas delas possuem fundo móvel, possibilitando a fixação de eletrodutos. Servem ainda como caixas de passagens e para conter emendas e derivações. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 26/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS imagens: www.wetzel.com.br 4) INTERRUPTORES São dispositivos usados em instalações para comando de pontos de iluminação. Os interruptores sejam unipolares ou intermediários devem interromper unicamente o condutor fase e nunca o neutro. Os interruptores deverão ser de tipo e valor nominal adequado para as cargas que comandam, logo deverão ser projetados de forma a suportar por tempo indeterminado as correntes que transportam. Os interruptores comuns para instalações residências são geralmente 5,0 A – 250V o que permite comandar cargas de até 550W em 110V 4.1) Interruptores Unipolar ou simples Permite o comando de um ou mais pontos de iluminação por um único interruptor LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 27/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS 4.2) Interruptor Bipolar Para comando de cargas em 220V 4.3) Interruptor paralelo Comando de uma ou mais cargas de iluminação por dois pontos distintos. É um interruptor especial capaz de efetuar as ligações em duas posições. São normalmente utilizados em comandos de iluminação de escadarias, salas, passagens, etc. 4.4) Interruptor Intermediário O comando de uma ou mais cargas de iluminação, por meio de três ou mais pontos distintos pode ser realizado mediante a combinação de dois interruptores conhecidos como interruptores intermediários. O interruptor intermediário é um dispositivo de quadro acessos comunicáveis, por construção, segundo as ligações: LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 28/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS 5) TOMADAS 5.1) Tipo universal Utilizadas em geral nas instalações residenciais são em geral moldados, função da corrente admissível em regime de trabalho e da tensão ( 10 A e 20 A em 250V). 5.2) Tomadas especiais Tomadas trifásicas ou bifásicas polarizadas e com terminal de terra. Apresentam a configuração de pinos (segundo a norma NEMA _ National Electric Manufactures Association – USA) especialmente desenhadas de forma a eliminar danos causados em equipamentos motorizados e motores elétricos por ligações erradas. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 29/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS 6) LÂMPADAS Temos hoje uma enorme variedade de lâmpadas no mercado, das incandescentes mais simples até as mais sofisticadas lâmpadas de descarga. Se pensarmos em termos de mercado mundial, esta variedade se multiplica por dez. Precisamos ter em mente que não existe lâmpada ruim ou boa, o que existe é lâmpada adequada ou inadequada ao uso que se quer fazer dela. Desta forma, precisamos conhecer alguns parâmetros que nos possibilitem fazer a avaliação: a) Temperatura de cor: A lâmpada incandescente da sua sala de jantar é uma lâmpada branca, e a fluorescente da sua cozinha também, mas lado a lado, você dirá que uma é “azulada” ou outra é “avermelhada”; ou então que uma proporciona um aspecto “frio” e outra um aspecto “quente”. A graduação da cor da luz é classificada pelo método da temperatura de cor correlata. A cor da luz é comparada com a luz de uma barra de ferro aquecida intensamente, cuja temperatura é conhecida. Desta forma, a cor da luz pode ser especificada por um valor em Kelvin (K). Isso já explica por que fontes de luz classificadas como “frias” tem temperatura de cor mais alta do que fontes de luz classificadas como “quentes”. Aspecto frio ou quente é um fator subjetivo, relativo às sensações psicológicas que as cores nos propiciam; não confundir nunca com a carga térmica gerada pela lâmpada. • Quente: 2500 / 4000k - Incandescentes e halógenas em geral, algumas fluorescentes e algumas metálicas. • Neutro: 4000 / 4900k - Algumas fluorescentes e de vapores metálicos. • Fria: acima de 5000 K - Semelhante à luz do dia. fluorescentes convencionais, vapor de mercúrio, vapor metálico. b) Índice de Reprodução de cor: Para que uma lâmpada propicie boa reprodução de cores, é preciso que ela emita radiação luminosa em toda a faixa do espectro visível. O índice de reprodução de cores IRC é obtido em função do cálculo do desvio na reprodução das cores principais do espectro. O IRC é medido em uma escala de 0 (zero), até 100. O valor nulo corresponderia à uma lâmpada colorida (verde, amarela...), que só é capaz de reproduzir a cor correspondente à sua própria. o valor de 100 poderemos encontrar nas lâmpadas LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 30/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS halógenas e incandescentes, que são fontes de espectro contínuo, ou seja, emitem luz em todas as faixas do espectro. IRC e temperatura de cor não estão sempre relacionados. Lâmpadas de descarga, que geralmente possuem temperatura de cor elevada, em vários casos apresentam IRC moderado ou até mesmo ruim, pois seu espectro é interrompido. De forma geral, sempre devemos procurar comparar IRC entre lâmpadas de mesma temperatura de cor. Teremos uma reprodução de cores excelente quando utilizarmos lâmpadas de IRC 90 a 100. Quando empregarmos lâmpadas de IRC 80 a 90, a reprodução será classificada como boa. 6.1) Lâmpadas incandescentes: As incandescentes formaram uma grande família no decorrer do século XX, mas em geral pouco evoluíram sobre o conceito do filamento de tungstênio dentro de um bulbocheio de gás inerte. A maior revolução em se falando de lâmpadas de filamento foi o advento da lâmpada incandescente halógena. Hoje temos a disposição milhares de modelos de lâmpadas incandescentes, em diversos acabamentos, tamanhos, finalidades, horas de vida, fluxos luminosos e etc. Basicamente as incandescentes estão subjugadas à uma equação que diz que, quanto maior seu fluxo luminoso, menor a sua duração e vice versa. Funcionalmente falando, as lâmpadas incandescentes podem ser substituídas com vantagem por algum modelo de lâmpada de descarga ou halógena. No entanto, o bulbo incandescente se tornou um “clássico” e hoje tais lâmpadas são empregadas muitas vezes com um caráter decorativo ou iconográfico. Elas são ligadas diretamente à rede elétrica e podem trabalhar em conjunto com dimmers, possibilitando efeitos cênicos ou decorativos muito interessantes. Convencionais: A lâmpada em sua forma mais tradicional. O bulbo redondo pode ter um acabamento transparente ou fosco. Vamos encontrá-las normalmente em potências de 25 a 500w. Existem algumas versões com bulbos e filamentos de maior resistência mecânica (rough service) ou ainda com bulbos revestidos de silicone, o que evita estilhaçamento. São também produzidas algumas versões com bulbos em acabamento azulado, para simular uma luz branca, mas de temperatura de cor mais elevada. Decorativas: Versões em formatos e cores diversificados, que imitam a forma de velas ou até mesmo o efeito destas. Ainda são largamente utilizadas em decorações de natal. Estarão presentes também em ambientes que empreguem luminárias antigas ou reproduções de ambientes de parques de diversões ou ambientes circenses. As potências variam de 5 a 60w. Existem também micro-incandescentes decorativas, montadas em circuitos série, também muito empregadas em decorações. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 31/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Espelhadas ou refletoras: São incandescentes com bulbo em formatos específicos, do formato pêra ou standard aos formatos baseados em parábolas ou até mesmo elipses. Parte do bulbo é espelhada, formando um conjunto que possibilita o direcionamento da luz sobre um plano específico. Estas lâmpadas se popularizaram a partir da decada de 60, com o crescimento da utilização da iluminação direcional em comércio e residências. 6.2) Lâmpadas incandescentes halógenas: Seu nome correto traduz-se por “lâmpada de tungstênio-halogênio”. As halógenas são lâmpadas incandescentes de alta pressão, que contém gases halógenos no interior do bulbo, como Iodo ou Bromo. Estes gases promovem o chamado “ciclo halógeno”, que consiste em uma reação química entre o gás e o tungstênio do filamento, a qual permite que os vapores de tungstênio emitidos pelo filamento em alta temperatura, sejam reciclados na superfície do mesmo em lugar de de depositar nas paredes do bulbo. O bulbo é feito de quartzo. Desta forma, o filamento trabalha em altas temperaturas, proporcionando maior fluxo luminoso e temperatura de cor mais alta, tudo em um conjunto de dimensões muito pequenas. Novas versões de lâmpada halógena estão incluindo um revestimento especial sobre o tubo de quartzo, que refrata somente a luz e reflete a radiação infravermelha novamente para o interior da lâmpada. Desta forma, a incandescência do filamento pode ser obtida com menor consumo de energia. As halógenas operam ligadas diretamente à tensão de rede e aceitam dimmerização; no entanto, o ciclo halógeno não se completa abaixo de uma temperatura ideal e lâmpadas que estão constantemente operando dimmerizadas poderão sofrer escurecimento do tubo de quartzo. Vale citar que as versões de lâmpadas halógenas que não tem duplo invólucro não podem ser tocadas diretamente com as mãos, pois a gordura presente na pele se deposita no quartzo e, ao acender, gera diferenças de temperatura que provocam o rompimento do tubo de quartzo. A grande maioria das lâmpadas halógenas apresenta temperatura de cor entre 2800 e 3200k. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 32/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Variedade de lâmpadas halógenas, incluindo bipinos e palitos. 6.3) Halógenas dicróica e bipino: A lâmpada halógena com refletor dicróico é uma invenção que revolucionou todas as categorias da iluminação. O conceito de lâmpada eficiente, de pequenas dimensões foi otimizado pela utilização de uma tensão de operação em 12 volts. Isto proporcionou uma peça ainda menor, com um filamento muito pequeno. Este bulbo é inserido em um refletor multifacetado em vidro dicróico, o qual reflete e redireciona a luz e refrata boa parte do calor. Disso resulta uma lâmpada de alta eficiência luminosa e precisão ótica, com a vantagem de não aquecer o objeto ao qual está iluminando. As dicróicas são encontradas com aberturas de facho de 10, 24, 38, e 60 graus, em versões com e sem vidro frontal, cuja presença impede a deterioração do refletor dicróico. As potências variam de 20 a 75w. A lâmpada bipino é uma versão com o mesmo tubo e filamento, porém sem o refletor dicróico. As lâmpadas dicróica e bipino normalmente operam associadas a um transformador, que converte a tensão de rede para 12v. Em aplicações teatrais é comum vê-las ligadas em circuitos série de 10 lâmpadas, permitindo a conexão em 110v sem o uso de transformador. Dicróicas de 12 e 110v. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 33/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Lâmpadas de Descarga: Podemos considerar as lâmpadas de descarga como um desdobramento dos princípios do arco voltaico. Substituem-se os eletrodos de carvão por contatos metálicos isolados dentro de um tubo, onde o arco ocorre não mais pelos vapores emitidos dos eletrodos, mas sim pela ionização de um gás contido no tubo. O vapor de mercúrio foi o primeiro a ser utilizado e é até hoje o gás utilizado nas lâmpadas fluorescentes, na lâmpada vapor de mercúrio e também como parte da composição das lâmpadas de vapores metálicos. Praticamente todas as lâmpadas de descarga necessitam de dispositivo auxiliar de partida ou reator (ballast). Algumas demandam uso conjunto de ignitor e capacitor. Estes dispositivos em alguns casos são integrados à lâmpada. A tecnologia dos reatores eletrônicos inteligentes já permite que alguns tipos de lâmpadas de descarga (fluorescentes geralmente e algumas de vapor metálico) sejam dimmerizadas. 6.4) Fluorescente: Pode ser chamada de lâmpada de mercúrio em baixa pressão. Basicamente temos o vapor de mercúrio em um tubo, o qual é ionizado mediante a aplicação de descarga elétrica nas extremidades. O mercúrio ionizado emite luz basicamente na faixa azul do espectro, e também uma grande quantidade de ultravioleta. Em função disto, o tubo recebe um revestimento de material fosfórico, que converte o ultravioleta em energia luminosa nas outras freqüências do espectro. Desta forma temos a emissão em de luz branca com grande eficiência. A fluorescente convencional apresenta geralmente temperatura de cor em torno de 5000k e IRC em torno de 60. As fluorescentes foram introduzidas no mercado americano no começo da década de 40, atingindo grande popularidade em função de sua eficiência e baixo custo de operação. Na década de 80, o emprego de materiais fosforescentes feitos de terras raras viabilizou a produção de lâmpadas fluorescentes mais eficientes, em várias temperaturas de cor e com índices de reprodução de cor mais altos (acima de 85). Isso viabilizou o emprego das fluorescentes na iluminação de cinema e TV, substituindo os refletores de luz aberta. As potências mais comuns são as de 16, 20, 32, 40 e 110W. As fluorescentes compactas (PL, Dulux e etc) levaram as fluorescentes onde as grandes dimensões das fluorescentes convencionais seria um empecilho. Os reatores eletrônicos permitiram a fabricação de lâmpadas fluorescentes com disparo integrado, que podem simplesmente ser “enroscadas” onde anteshavia uma incandescente. Uma fluorescente compacta de 9w substitui uma incandescente de 60w. Vale citar que esta tecnologia de reatores permite hoje extrair ganhos de até 30% a mais de luminosidade de uma fluorescente de mesma potência. As compactas são encontradas em temperaturas de cor entre 3000 e 5000k, e potências de 9 a 23w. O IRC chega a 85. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 34/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Fluorescentes compactas em diversos modelos, as 5 últimas possuem reatores integrados. 6.5) Vapor de Mercúrio: Neste caso, o vapor de mercúrio é ionizado em um pequeno tubo de quartzo em alta pressão e temperatura. O tubo fica envolto em um bulbo de vidro, também revestido de fósforo, convertendo o ultravioleta em energia luminosa. A lâmpada de Mercúrio se popularizou na década de 50, principalmente para a iluminação pública. As potências mais comuns são de 125, 250 e 400w. O IRC é baixo, em torno de 50. 6.6) Luz Mista: Contém um tubo de arco a vapor de mercúrio ligado em série com um filamento de tungstênio, que atua como “reator” para o tubo de arco, além de complementar a luz em outras faixas do espectro, incrementando a reprodução de cores. É muito popular no Brasil, inclusive residencialmente. A eficiência luminosa, no entanto, é menor do que a de Vapor de Mercúrio que emprega reator externo. Lâmpadas de Mercúrio com e sem revestimento fosfórico. 6.7) Vapor de Sódio: A substituição do mercúrio pelos vapores de sódio proporcionou uma lâmpada de altíssima eficiência luminosa, porém com baixos índices de reprodução de cores. A lâmpada de sódio em baixa pressão é ainda hoje a lâmpada de maior eficiência luminosa. Foi pouquíssimo utilizada no Brasil, sendo empregada nos Estados Unidos e Europa quase que somente na iluminação pública, pois emite luz monocromática (amarela), ou seja, tem IRC = 0. A versão mais popular é a Vapor de Sódio em alta pressão, que emite luz dourada - branca, e alcança um IRC = 23. Hoje é a alternativa ideal onde eficiência é a prioridade e reprodução de cores não é o importante. Sua luz dourada pode ser utilizada também para alguns efeitos dramáticos. LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 35/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Na década de 90 foi introduzida a Vapor de sódio “branca”, resultado de um tubo de descarga que inclui também o xenônio além do sódio. Uma lâmpada que simula a temperatura de cor das incandescentes, com alta eficiência e IRC maior que 80. É uma lâmpada que pode encontrar um bom campo na iluminação comercial. 6.8) Vapor metálico: As lâmpadas de vapor metálico contêm em seu tubo de arco, além do mercúrio, uma mistura de vapores de elementos metálicos, além de sódio e tálio. Desta forma, obtém-se uma emissão luminosa em várias faixas do espectro, resultando em alto índice de reprodução de cores. As lâmpadas de vapor metálico começaram a se popularizar, pelo menos no Brasil, no começo da década de 70, mas a grande impulsão no seu uso se deu somente em fins da década de 80, com o lançamento de lâmpadas em menores potências. É uma família de lâmpadas que cresceu muito na ultima década. Hoje temos versões em contato bilateral, bipino, bulbo ovóide, revestido ou não, PAR 38 e etc. As potências variam de 30 a 2000W. Podemos encontrá-las em temperaturas de cor de 3000 a 5000k, e com IRC de 70 a até acima de 90. Existem também versões onde a mistura dos elementos do tubo produz luz monocromática verde, azul, azul-esverdeado ou magenta. 6.9) LED: Led é a sigla de “light emitter diode”. É um diodo semicondutor, formado pela junção de dois pequenos cristais de silício, impregnados com diferentes materiais. Os cristais que formam o diodo possuem carga elétrica em polaridades opostas. Quando aplicamos uma voltagem no LED, a movimentação de elétrons gerada libera uma determinada quantidade de energia em forma de luz. A cor da luz emitida pelo LED é determinada pelo tipo de material utilizado em sua construção. Até a bem pouco tempo, o LED emitia luz somente nas cores verde ou vermelha. Sua combinação permitia a obtenção de luz amarela. A pesquisa tecnológica obteve, ainda nos anos 90, condições de produzir LEDs na cor azul, de onde decorreu, através da combinação dos materiais, a obtenção de LEDs brancos, amarelos, cor-de laranja e etc. As novas possibilidades de cor e o aumento de sua eficiência luminosa, tornaram viável a construção dos grandes paineis e telôes RGB, que hoje são comums tanto na publicidade como em espetáculos. Esta evolução está viabilizando seu emprego na iluminação, particularmente onde a miniaturização, baixo consumo e operação segura são desejados. Sistemas baseados em LEDs já são adotados em museus, onde o calor e a emissão de UV são nocivos aos objetos expostos. Sistemas que combinam LEDs das três cores primárias (RGB), controlados por um sistema inteligente de dimmerização estão sendo empregados em aplicações comerciais LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 36/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS e promocionais, em luminárias e refletores direcionais, gerando em 16.000.000 de cores diferentes, através da combinação das 3 cores primárias. A evolução destes dispositivos só depende do desenvolvimento de LEDs com fluxo luminoso cada vez maior. Lâmpada LED dicróica 5W Fita de LED LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 37/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS Quadro comparativo geral: eficácia luminosa: Quadro de correlação de índice de reprodução de cores (IRC) fonte: Marcos Castilha - Arquitetura de Iluminação LABORATÓRIO – INSTAL. ELÉTRICAS – MOV. DE TERRA E PAV 38/38 EXPERIÊNCIA 1 – MATERIAIS ELÉTRICOS V. RELATÓRIO Para os materiais elétricos listados abaixo, pede-se pesquisar e resumir em relatório, os seguintes tópicos, fundamentais para o conhecimento do material e de suas aplicações em instalações elétricas em baixa tensão residenciais, prediais e industriais: a).Tipos disponíveis segundo a tecnologia atual. b).Características gerais, propriedades, classificação. c).Princípio(s) de funcionamento. d).Especificações, dimensões. e).Aplicações. f).Principais fabricantes. Materiais Elétricos 1). Interruptores ( Simples, Paralelo, Intermediário, Duplo, Temporizado, Especiais ) 2). Condutores ( Fios e Cabos ) 3). Eletrodutos ( Rígidos e Flexíveis, Seção Circular, Seção não Circular, Perfilados, Acessórios ) 4). Dispositivos de Proteção ( Fusíveis NH e Diazed, Disjuntores Termomagnéticos, Dispositivos DR, DPS, SPDA ). 5). Sistemas de Aterramento 6). Lâmpadas ( Incandescentes convencionais, Incandescentes halógenas com refletor dicróico, Fluorescentes, Fluorescentes compactas, LED, Vapor de Mercúrio, Vapor de Sódio ) Esta pesquisa poderá ser feita em grupo de até 5 Alunos. A apresentação deverá ser manuscrita por um dos componentes do grupo, sendo proibido o uso de softwares de edição se texto ou recursos de datilografia. Este relatório deverá ser entregue no dia em que for realizada a Experência n°5.
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