Como funciona um sistema elétrico

Já se passaram mais de 100 anos desde que a primeira estação de energia de corrente alternada nas Cataratas do Niágara entrou em operação. Desde então, os Estados Unidos e, eventualmente, o mundo foram transformados pela rede elétrica. Torres com fios de alta tensão e postes de energia que distribuem eletricidade para residências e empresas dominam a paisagem em todos os países desenvolvidos. Cada região tem sua própria empresa de energia para manter e reparar a rede.

Cada casa tem seu próprio sistema elétrico, no entanto, e quando os problemas acontecem lá, a companhia de energia não os resolve. Para saber para quem ligar quando surgirem problemas, os proprietários precisam entender onde termina a responsabilidade da empresa de energia e o deles começa - bem como uma compreensão de como o poder entra na casa e é distribuído por todos os circuitos.

A eletricidade é fascinante, mas

Sistemas elétricos podem ser complicados, e as explicações sobre como eles funcionam podem ficar atoladas em detalhes técnicos. Esta descrição (através dos olhos de um construtor, não de um eletricista) tenta manter as coisas o mais simples possível.

O papel do transformador de linha

Faz-tudo familiar

Apesar dos geradores de energia solar, as redes elétricas nos países desenvolvidos são em grande parte alimentadas por turbinas movidas a vapor, água ou vento. Essas turbinas produzem corrente alternada (CA) — que muda de direção 60 vezes por segundo (60 Hertz ou 60 Hz.) na América do Norte — e alimentá-lo através de linhas de transmissão suportadas por torres gigantes e energia pólos.

Pense na tensão como a força que impulsiona a eletricidade através dos fios. A tensão deve ser muito alta (da ordem de várias centenas de milhares de volts) para permitir a transmissão por longas distâncias de forma eficiente e com o menor custo possível. Essa tensão é muito alta para uso prático, portanto, um transformador de linha precisa reduzir a tensão (diminuí-la) para um valor utilizável.

Se você olhar para um poste de energia, verá um grande cilindro de metal no topo. Esse é o transformador de linha e reduz a tensão para aproximadamente 120/240 volts para uso doméstico. Essa é a voltagem padrão fornecida para residências unifamiliares e bifamiliares na América do Norte. Outras configurações de tensão são usadas para edifícios comerciais e industriais.

Em muitas áreas, diz o mestre eletricista John Williamson, o sistema local de distribuição de serviços públicos está enterrado no subsolo, então os transformadores de utilidade estão nas familiares caixas verdes montadas em blocos que você vê em alguns residenciais bairros.

“Os operadores da rede elétrica regional trabalham incansavelmente e silenciosamente o tempo todo para garantir que a tensão e a frequência de 60 Hz da rede sejam estáveis ​​e consistentes”, diz ele. “Isso é algo que todos tomamos como certo.”

Do transformador ao medidor

A queda de serviço aérea típica que vai do transformador até a casa carrega três fios: dois fios quentes e um fio neutro. A tensão medida é de 240 volts de quente a quente e 120 volts entre o neutro e cada fio quente. Você encontra a mesma configuração básica de três fios isolados em instalações subterrâneas.

Primeiro, eles passam pela cabeça do tempo, que é um pedaço de conduíte firmemente preso ao telhado ou lateral com uma abertura em forma de pescoço de ganso para impedir a entrada da chuva. Então, a próxima parada para os fios de entrada de serviço é o medidor elétrico, que geralmente é preso na lateral da casa logo abaixo da cabeça do tempo. Os fios se conectam aos terminais de linha do medidor, o que permite que o medidor monitore o fluxo de corrente para a casa.

A maioria dos medidores hoje são medidores inteligentes e retransmitem automaticamente essas informações para a empresa de energia por meio de sinais de rádio sem fio. Isso elimina a necessidade de os leitores de medidores de serviços públicos visitarem todas as residências. O medidor de watt-hora de vidro pertence à empresa de energia, mas o invólucro do soquete do medidor e todos os componentes do sistema elétrico do local que vêm depois dele pertencem ao proprietário.

Do medidor ao painel de serviço

Dos terminais de Carga, que estão no lado oposto do medidor aos terminais de Linha, os fios de entrada de serviço seguem para o painel de serviço principal. Antes de chegarem lá, eles normalmente precisam passar por uma parede. Nesse ponto, geralmente há uma caixa de junção ou encaixe de conduíte (com tampa removível) presa na lateral da casa. Eles também podem passar por um interruptor de desconexão de serviço externo, que o Código Elétrico Nacional (NEC) exige a partir de 2023, mas casas mais antigas podem não ter.

“O NEC agora requer um interruptor externo de desconexão de emergência para socorristas”, explica Williamson, “mas um interruptor externo A Desconexão de Serviço pode atender a duas regras de código ao mesmo tempo: serve tanto como Desconexão de Emergência quanto como Serviço Desconectar. Os socorristas de emergência podem usar o interruptor de desconexão externo para cortar a energia da casa antes de entrar.

O painel de serviço principal fica dentro de casa, geralmente no porão, em uma despensa ou garagem. Os fios passam pela parede e entram pela parte superior ou inferior do painel. Cada fio se conecta a um disjuntor principal e, em seguida, a barras de cobre ou liga, que são projetadas para combinar com os disjuntores. O disjuntores simplesmente "conectar" as barras de barramento do painel.

O disjuntor MAIN, como costuma ser rotulado, também pode ser usado como uma desconexão principal em residências anteriores a 2023. Ele foi projetado para abrir e desligar quando a carga atual exceder sua classificação. Para novas construções, o NEC exige uma classificação mínima de 100 amperes para uma unidade residencial, mas residências maiores podem precisar de serviço de 200 amperes ou mais.

dentro do painel

Faz-tudo familiar

Os dois barramentos de cobre ou liga são conhecidos como “barras quentes” e a tensão entre eles é de 240 volts. Além dessas, existem outras duas barras terminais, a barra de neutro e a barra de aterramento do equipamento.

A barra terminal neutra

A barra do terminal neutro geralmente é niquelada e tem uma coloração prateada para diferenciá-la da cobre barras de ônibus quentes. Os fios neutros brancos para circuitos de derivação de 120 volts terminam na barra terminal neutra que, por sua vez, se conecta ao transformador por um fio neutro branco de entrada de serviço. Isso fornece uma maneira de a eletricidade proveniente de qualquer barramento quente retornar ao transformador e formar um circuito completo.

A barra de aterramento do equipamento

A maioria dos painéis tem uma barra de terminal extra que se conecta diretamente ao terra (aterramento), geralmente por meio de uma haste de aterramento cravada no solo fora de casa, mas o NEC tem várias opções para esses “eletrodos de aterramento”. Eles podem se conectar aos canos subterrâneos de água de metal que abastecem a casa ou - em novas construções - ao reforço de aço no concreto da casa fundamentos.

Todos os cabos do circuito de ramificação em casa têm um fio de aterramento de equipamento desencapado (ou verde) que se conecta a esta barra de terminais. O condutor de aterramento fornece um caminho direto de baixa resistência para a corrente de falha de aterramento de volta ao painel elétrico, onde queima um fusível ou desarma um disjuntor. O condutor de aterramento percorre continuamente o circuito, conectando-se a cada receptáculo, interruptor de luz e luminária e a cada caixa elétrica de metal.

Disjuntores e circuitos derivados

Todo circuito fios que alimentam os aparelhos elétricos da residência, como luminárias, tomadas e eletrodomésticos, têm origem no painel de serviço principal. Embora haja exceções, os cabos do circuito têm um fio branco que se conecta à barra neutra, um fio terra nu ou verde que conecta à barra de aterramento e um ou dois fios quentes (preto e/ou vermelho), dependendo se o circuito opera em 120 ou 240 volts.

Em vez de se conectar diretamente ao barramento ativo, o fio ativo para cada circuito derivado se conecta a um circuito disjuntor que desarma e corta a energia do circuito quando o consumo de corrente excede sua classificação. Os disjuntores unipolares que controlam circuitos de 120 volts geralmente são classificados para 15 ou 20 amperes, e cada um se encaixa em um slot que o conecta automaticamente a um dos barramentos. Os disjuntores bipolares para circuitos de 240 volts devem entrar em contato com os dois barramentos.

Toda a fiação do painel está escondida por uma porta e - atrás dela - uma tampa frontal que é aparafusada na frente do painel e deixa apenas os disjuntores expostos. O invólucro do painel de metal foi projetado para conter qualquer centelhamento ou faísca acidental e evita que as pessoas coloquem as mãos e os dedos onde não deveriam. Etiquetas ou um índice de painel na porta ou tampa indicam qual circuito da casa cada disjuntor controla.

Chris Deziel atua no setor de construção há mais de 30 anos. Ele ajudou a construir uma pequena cidade no deserto de Oregon desde o início e ajudou a estabelecer duas empresas de paisagismo. Trabalhou como carpinteiro, encanador e pintor de móveis. Deziel escreve artigos DIY desde 2010 e trabalhou como consultor online, mais recentemente com o serviço Pro Referral da Home Depot. Seu trabalho foi publicado em Landlordology, Apartments.com e Hunker. Deziel também publicou conteúdo científico e é um ávido músico.