Instalações Elétrica - Industrial - Fusíveis e Disjuntores

Instalações Elétrica - Industrial - Fusíveis e Disjuntores

(Parte 2 de 2)

Possuem contatos especiais de prata que oferecem garantia de segurança contra solda dos mesmos. Com uma adequada faixa de correntes nominais, esta linha é composta por 4 elementos principais:

- Disparo Térmico para proteção de sobrecarga.

- Disparo Eletromagnético para curto-circuito.

- Mecanismo de Disparo

- Câmara de extinção a arco

Entende-se por disjuntor o dispositivo capaz de interromper um circuito quando em carga ou quando em condições anormais de corrente, sem que dessa interrupção lhe venha dano. Entende-se por condições anormais de corrente, a ocorrência de uma sobrecarga ou de um curto circuito após o disjuntor, isto é, aquela condição na qual o disjuntor é atravessado por uma quantidade de corrente superior ao seu valor nominal.

Por outro lado, por interrupção do circuito não se deve entender apenas a abertura mecânica do circuito, mas sim, a completa extinção da corrente que atravessa o disjuntor. Isto porque após a abertura mecânica dos contatos, estabelece-se entre os mesmos um arco elétrico, o qual tendo baixíssima resistência comporta-se como um circuito fechado. Em outras palavras, não há continuidade mecânica, mas há continuidade elétrica. Após a extinção do arco, e supondo que não ocorra sua re-ignição, a resistência elétrica entre os contatos volta a assumir valor elevado, cessando a circulação de corrente com a conseqüente interrupção do circuito.

Os componentes principais de um disjuntor podem ser vistos na figura anterior.

A câmara de extinção destina-se a confinar, dividir e extinguir o arco elétrico formado entre os contatos do disjuntor quando o mesmo interrompe urna corrente elétrica.

Os disjuntores de baixa tensão interrompem a continuidade metálica do circuito por ação térmica, magnética ou termomagnética.

A proteção térmica é realizada por meio de lâmina (em geral bimetálicas) que é aquecida diretamente ou indiretamente pela corrente que atravessa a chave: desse aquecimento resulta deformação com conseqüente deslocamento da lâmina. Quando o deslocamento atingir valor determinado, acionará por meio de dispositivo mecânico, a chave, abrindo-a.

O dispositivo de proteção magnética baseia-se no emprego de uma bobina que contém em seu interior um núcleo de ferro. A bobina é percorrida pela corrente que atravessa a chave sendo, portanto, sede de f.m.m.. Quando a corrente atingir valor mínimo especificado, aparecerá sobre o núcleo força suficiente para atraí-lo e este, deslocando-se, aciona um dispositivo mecânico que desliga a chave.

O dispositivo de ação termomagnética destina-se a interromper sobrecargas de pequena intensidade e longa duração, enquanto que a magnética interrompe sobrecargas de grande intensidade e curta duração. De fato o elemento térmico, devido a sua inércia, leva certo tempo para aquecer, enquanto que com a proteção magnética isto não se dá, pois tão logo circule pela bobina intensidade de corrente suficiente para atrair o núcleo de ferro, a chave é desligada.

Na posição "ligado" os contatos são mantidos sob pressão por meio de um gatilho, suportado por um par bimetálico. No caso de uma sobrecarga há o aquecimento da lâmina bimetálica (relê de sobrecarga) e o conseqüente acionamento do gatilho que, por ação de uma mola, provoca o desarme dos contatos. interrompendo o circuito.

No caso de curto circuito deve funcionar a proteção magnética, constituída por um núcleo de ferro (relé de curto circuito) que, quando percorrido por uma corrente muito grande, exerce uma força suficiente para acionar o gatilho da mesma forma que na proteção térmica. Para rearmar o disjuntor, quando opera a proteção térmica, deve-se esperar certo tempo, pois o engate não se realiza devido à deformação do par bimetálico.

Observa-se que disjuntores de manobra e proteção de motores são específicos para estas aplicações, uma vez que não devem atuar durante a partida do motor, quando a corrente de partida pode atingir um valor até 10 vezes a corrente nominal do motor.

1.5.2 Comparação entre fusíveis e disjuntores:

Os disjuntores são mais usados e com mais recursos que os dispositivos fusíveis, no que concerne à proteção contra sobrecorrentes. Os disjuntores operam através de relés separados (principalmente os de alta tensão) ou de disparadores série. Sua operação é repetitiva, isto é, podem ser religados após terem atuado, sem necessidade de substituição. Por outro lado, os disjuntores são, na maioria dos casos, dispositivos multipolares, o que evitam, por exemplo, uma operação monofásica indevida, tal como a que pode ocorrer com a queima de um único fusível de um dispositivo trifásico, protegendo o circuito de um motor.

A característica tempo-corrente dos fusíveis não é ajustável, podendo apenas ser alterada pela mudança do fusível (por um de tipo e/ou corrente nominal diferente); observe ainda que os fusíveis podem se tornar defeituosos, alterando sua característica, sob a ação de correntes próximas da de fusão e, assim, outras correntes subseqüentes, inferiores à nominal, podem provocar sua queima e interromper o circuito. No caso dos disjuntores, a característica tempo-corrente, além de ajustável em alguns casos, não é afetada por correntes próximas à que provocaria o disparo.

1.5.3 Relé Térmico ou Relé Bimetálico de Sobrecarga

São dispositivos baseados no princípio da dilatação de partes termoelétricas (bimetálicas). A operação de um relé está baseada nas diferentes dilatações que os metais apresentam, quando submetidos a uma variação de temperatura.

Relés de sobrecarga são usados para proteger INDIRETAMENTE equipamentos elétricos, como motores e transformadores, de um possível superaquecimento.

O superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por:

  • Sobrecarga mecânica na ponta do eixo;

  • Tempo de partida muito alto;

  • Rotor bloqueado;

  • Falta de uma fase;

  • Desvios excessivos de tensão e freqüência da rede.

Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobrecorrente) no motor é monitorado em todas as fases pelo relé de sobrecarga.

Os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga são marcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores.

Os terminais dos circuitos auxiliares do relé são marcados da mesma forma que os de contatores, com funções específicas, conforme exemplos a seguir.

O número de seqüência deve ser ‘9’ (nove) e, se uma segunda seqüência existir, será identificada com o zero.

1.5.4 Relés Diferenciais (DR)

1.5.4.1 Introdução

Os Interruptores Diferenciais Residuais (DRs) são os dispositivos utilizados para a proteção de pessoas e instalações quanto a contatos diretos ou indiretos, pois protegem contra os efeitos de correntes de fuga terra, detectando estas fugas que possam existir em circuitos elétricos.

Segundo norma NBR 5410 (5.1.3.2.2), independente do esquema de aterramento é obrigatório o uso de dispositivos DRs com sensibilidade igual ou menor a 30mA nos circuitos:

a) situados em locais contendo banheira ou chuveiro.

b) de tomadas de corrente situadas em áreas externas à edificação.

c) de tomadas de correntes que possam vir alimentar equipamentos no exterior.

d) residenciais ou edificações não residenciais de cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e áreas internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens.

Relé DR (Fonte: Catálogo Weg)

1.5.4.2 Sensibilidade 30mA ou 300mA

A sensibilidade ou corrente diferencial residual nominal de atuação (IΔn) 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. Princípio de Funcionamento

O Interruptor DR mede permanentemente a soma vetorial das correntes que percorrem os condutores de um circuito. Se o circuito elétrico estiver funcionando sem problemas, a soma vetorial das correntes nos seus condutores é praticamente nula. Ocorrendo falha de isolamento em um equipamento alimentado por esse circuito, surgirá uma corrente de falta à terra. Quando isto ocorre, a soma vetorial das correntes nos condutores monitorados pelo DR não é mais nula e o dispositivo detecta 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 detectado pelo DR tal como se fosse uma corrente de falta à terra.

Curva de Funcionamento

Faixa de atuação do Disjuntor DR de sensibilidade 30 mA.

Zona 1: Nenhum efeito perceptível.

Zona 2: Efeitos fisiológicos geralmente não danosos

Zona 3: Efeitos fisiológicos notáveis (parada cardíaca, parada respiratória, contrações musculares, geralmente reversíveis).

Zona 4: Elevada probabilidade de efeitos fisiológicos graves e irreversíveis: fibrilação cardíaca, parada respiratória, etc.

Diagrama de Ligação (Fonte: Catálogo Weg)

Notas:

(1) Os Interruptores DRs bipolares são usados normalmente em sistemas fase/neutro ou fase/fase.

(2) Os Interruptores DRs tetra polares podem ser usados em qualquer tipo de rede.

(3) Todos os condutores de fase, incluindo o neutro devem ser conectados ao RBW, entretanto, o condutor terra não deve ser conectado ao DR. O condutor do neutro na saída do RBW, deve permanecer isolado em toda instalação e não deve ser conectado ao terra.

(4) Caso utilize-se um RBW tetra polar como bipolar, a fase deve passar pelos terminais 5-6 e o neutro por 7-8.

1.5.5 Protetores com resposta a temperatura

Estes protetores são colocados no interior dos motores (normalmente nas cabeceiras das bobinas) servindo de proteção contra todos os tipos de falhas a que o equipamento está sujeito, pois sensoram diretamente a temperatura dos enrolamentos. Esses dispositivos são instalados sob especificação do cliente. A seguir, uma breve análise destes dispositivos.

1.5.5.1 Protetor térmico

O protetor térmico é um dispositivo limitador da temperatura de um sistema ou partes do mesmo através da abertura automática do circuito elétrico após ser ultrapassado o limite de temperatura. O religamento ocorrerá depois de razoável variação na temperatura. Os protetores térmicos podem ser utilizados em série com os enrolamentos de motores monofásicos com potência fracionária, cuja corrente seja admissível pelos mesmos, ou como sensores que atuam sobre um sistema de comando externo para motores de potências maiores.

A figura a seguir mostra um modelo de protetor térmico. Nele, o disco bimetálico muda de posição (verticalmente) assim que a temperatura atingir o valor pré-estabelecido e os contatos são abertos, interrompendo o circuito.

1

Revestimento externo de metal

2

Contato móvel de forma cilíndrica

3

Contato de prata

4

Disco cilíndrico bimetálico

5

Cobertura metálica

6

Contato de prata

7

Cabos de conexão

8

Vedação em epóxi

Temperatura de operação de protetor térmico

Isolação conforme norma NBR 7094

Protetor

Classe de isolação

Temp. máxima

Temp. de operação

B

130°C

130°C 5°C

F

155°C

155°C 5°C

H

180°C

180°C  5°C

1.5.5.2 Termistores

O termistor é um semicondutor instalado nas cabeceiras das bobinas. Existem dois tipos básicos de termistores, que são:

  • PTC: coeficiente de temperatura POSITIVA

  • NTC: coeficiente de temperatura NEGATIVA

O termistor PTC, utilizado em motores, é alimentado por corrente contínua através de um circuito auxiliar. Caso ocorra uma elevação da temperatura acima do valor limite do termistor, o mesmo sofre um brusco aumento em sua resistência interna, passando de condutor a isolante. A interrupção da corrente no circuito auxiliar aciona um relé que desliga o circuito principal.

O termistor NTC funciona de maneira inversa e normalmente não é utilizado em motores.

Estes dispositivos de proteção possuem uma resposta instantânea à elevação da temperatura e oferecem proteção total ao motor. Não é adequada a sua utilização em motores sujeitos as pequenas sobrecargas temporárias, em que o motor ultrapassa a temperatura limite brevemente e depois retorna ao normal, pois o termistor atuará indevidamente.

1.5.5.3 O Fusistor

O elemento de proteção conhecido como fusistor apresenta características que estão presentes em outros dispositivos de forma separada. Um fusistor pode possuir resistência ôhmica (normalmente de valor muito baixo, na faixa de 0,5 a 100 ohms), apresenta limitação de corrente (similar a um fusível) e é sensível a temperatura (assim como um termistor). Este dispositivo é utilizado em proteção de motores, sendo colocado em série com a bobina do estator ou com uma das bobinas. Age como se fosse um fusível caso a corrente ultrapasse o seu valor nominal. Se houver uma elevação de temperatura (ocasionada por qualquer motivo, podendo ser inclusive de origem ambiental), o fusistor tomará comportamento de elemento de proteção caso a temperatura do motor atinja o valor nominal do fusistor. O fusistor pode também atuar quando houver uma junção de situações diferentes, tais como, ocorrer corrente elevada por tempo não curto e abaixo do valor nominal, temperatura ambiente acima de certo patamar. Nesse caso, se o fusistor tiver uma resistência ôhmica calculada de forma correta, esta irá provocar uma dissipação de potência extra, que aumentará a temperatura interna, e em conjunto com a temperatura externa fará com que o elemento atue. Em todos os casos em que o fusistor atuar, haverá fusão do elemento interno, de forma a proteger o dispositivo. Assim, o fusistor atua similar a um fusível, sendo descartável.

1.6 Formas práticas de escolha de elementos de proteção

1.6.1. Fusíveis

Os fusíveis utilizam-se, sobretudo, como proteção contra as correntes de curto-circuito. O seu uso para proteção contra sobrecargas de longa duração nem sempre dá resultados satisfatórios. Os fusíveis para a proteção de diversos setores da rede são escolhidos tanto menores quanto possível, de acordo com as intensidades das correntes, determinadas por cálculo para os respectivos setores da rede. Deve levar-se em consideração que os fusíveis não devem ser destruídos por causa das correntes de arranque de curta duração nos motores elétricos. Em vários casos, esta última exigência é incompatível com a exigência de defesa do circuito contra as sobrecargas duradouras. Se o circuito protegido por um fusível alimenta um motor elétrico, a intensidade da corrente do fusível deve ser escolhida na base do valor médio da corrente de arranque Iarr do motor elétrico. Este valor supera aproximadamente 5 a 7 vezes a intensidade da corrente do motor submetido à carga nominal. A duração do processo de arranque ou partida não ultrapassa normalmente 5 a 10 segundos. De acordo com a característica de produção dos fusíveis, eles devem suportar durante este curto período uma intensidade de corrente que supera aproximadamente 2,5 vezes a intensidade de corrente nominal. Logo, a corrente nominal de um fusível pode ser determinada por:

Porém um fusível escolhido desta forma deve funcionar em vários casos quando a intensidade da corrente supera consideravelmente a carga duradoura admissível para os fios e aparelhos em questão. Portanto, este fusível protege contra curto-circuito, mas não protege contra sobrecargas.

Ex. de aplicação:

- Calcular a corrente nominal de um fusível cuja função seja proteger um motor trifásico de 6CV, alimentado em 380V, fator de potência de 0,88 e rendimento de 0,93. Sabendo-se que este motor tem uma corrente de partida da ordem de 6 vezes a sua corrente de trabalho. Selecione em uma tabela de fabricante um tipo e modelo compatível com esta aplicação.

Rta:

Relembrando: A corrente nominal de um motor trifásico pode ser calculada por através de:

Onde: P é a potência fornecida à carga ou consumida da rede, em kW.

P=6 CV | 1CV=736W P= 6*736 = 4,416kW

Temos que a corrente nominal de trabalho é

De onde tiramos que a corrente de partida será de

A corrente nominal do fusível pode ser determinada por:

Segundo a tabela Siemens de produtos, podemos optar por um fusível tipo Diazed, de 35A, modelo 5SB4 11.

1.6.2 Disjuntores

O processo prático de seleção de disjuntores pode ser feito de duas maneiras: pela máxima capacidade de corrente admitida pelos condutores de alimentação do circuito ou pela corrente demandada pela carga. Em ambos os casos, devemos usar de bom senso e selecionar dispositivos que não sejam demasiadamente grandes a ponto de não realizarem a função de proteção.

Disciplina: Instalações Elétricas – Módulo 3

Prof. Claudio Anor Pötter

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