disjuntores de BT

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DISJUNTORES DE BAIXA TENSÃO

ÍNDICE

INTRODUÇÃO

O disjuntor é um elemento de proteção nos circuitos elétricos, sua aplicação correta, além do entendimento de seu funcionamento é essencial para um estudante de engenharia. O presente relatório tem em vista o entendimento e relacionamento do funcionamento interno dos disjuntores com a disciplina de tecnologia dos materiais elétricos e, a percepção do quão “rico” um dispositivo simples e comumente usado em instalações elétricas pode ser se abordado do ponto de vista de materiais elétricos.

DISJUNTORES DE BAIXA TENSÃO

Um disjuntor é um dispositivo de manobra (mecânico) e de proteção, capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito.

Correntes de sobrecarga

As correntes de sobrecarga são caracterizadas pelos seguintes fatos:

  • Provocam, no circuito, correntes superiores à corrente nominal (até 10 x IN);

  • Provocam solicitações dos equipamentos acima de suas capacidades nominais.

As sobrecargas são extremamente prejudiciais ao sistema elétrico, produzindo efeitos térmicos altamente destrutivos aos circuitos.

Correntes de curto-circuito

As correntes de curtos-circuitos são provenientes de falhas ou defeitos graves das instalações, tais como:

  • Falha ou rompimento da isolação entre fase e terra;

  • Falha ou rompimento da isolação entre fase e neutro;

  • Falha ou rompimento da isolação entre fases distintas.

As correntes de curto-circuito se caracterizam por possuir valores extremamente elevados, da ordem de 1000 a 10000% da corrente nominal do circuito.

CARACTERÍSTICAS DOS DISJUNTORES

Três características dos disjuntores são importantes:

1. Seu número de pólos:

  • Monopolares ou unipolares – protegem somente uma única fase;

  • Bipolares – protegem, simultaneamente, duas fases;

  • Tripolares – protegem, simultaneamente, três fases;

2. Tensão de operação:

  • Baixa tensão (tensão nominal até 1000 V);

3.Corrente de interrupção admissível:

  • Corrente estipulada (vulgarmente designada por calibre): valor para o qual o disjuntor não actua;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 estipulados normalizados são: 1,5 – 3 – 4,5 – 6 – 10 KA

Exemplo:

Calibre (In)

Corrente convencional de não funcionamento (Inf)

Corrente convencional de funcionamento

Poder de corte (Pdc)

16 A

18 A (1,13 x In)

23 A (1,45 x In)

6 KA

IDENTIFICAÇÃO

No corpo do disjuntor devem apresentar, de modo legível e indelével, as seguintes informações:

  • Nome ou marca do fabricante;

  • Modelo do fabricante, ou número de catálogo;

  • Corrente nominal do disjuntor em A;

  • Tensão nominal em V-(CA);

  • Frequência nominal;

  • Capacidade de interrupção em curto-circuito (simétrico valor eficaz) referida às tensões nominais (kA);

  • Numeração da Norma usada;

  • Mês/ ano e lote de fabricação.

DISJUNTORES TÉRMICOS

Os disjuntores térmicos utilizam a deformação de placas bimetálicas causada pelo seu aquecimento. Quando uma sobrecarga de corrente atravessa a placa bimetálica existente num disjuntor térmico ou quando atravessa uma bobina situada próxima dessa placa, aquece-a, por efeito de Joule, diretamente no primeiro caso e indiretamente no segundo, causando a sua deformação. A deformação desencadeia mecanicamente a interrupção de um contacto que abre o circuito elétrico protegido.

Um disjuntor térmico é, assim, um sistema eletromecânico simples e robusto. Em contrapartida, não é muito preciso e dispõe de um tempo de reação relativamente lento.

A proteção térmica tem como função principal a de proteger os condutores contra os sobreaquecimentos provocados pelas sobrecargas prolongadas na instalação elétrica.

DISJUNTOR MAGNÉTICO

A forte variação de intensidade da corrente que atravessa as espiras de uma bobina produz uma forte variação do campo magnético. O campo assim criado desencadeia o deslocamento de um núcleo de ferro que vai abrir mecanicamente o circuito e, assim, proteger a fonte e uma parte da instalação elétrica, nomeadamente os condutores elétricos entre a fonte e o curto-circuito.

A interrupção é instantânea no caso de uma bobina rápida ou controlada por um fluido no caso de uma bobina que permite disparos controlados. Geralmente, está associado a um interruptor de alta qualidade projetado para efetuar milhares de manobras. A proteção magnética tem como fim principal o de proteger os equipamentos contra as anomalias como as sobrecargas, os curto-circuitos e outras avarias. Normalmente, é escolhida para os casos onde existe a preocupação de proteger o equipamento com muito grande precisão.

DISJUNTOR TERMOMAGNÉTICO

Os disjuntores são normalmente usados para proteção e manobra de circuitos de distribuição e terminais, montados em quadros de distribuição padronizados. Neste caso, são montados em caixas moldadas e podem ser unipolares, bipolares e tripolares, geralmente com accionamento manual e, se forem equipados com disparadores térmicos e eletromagnéticos, serão chamados de disjuntores termomagnéticos.

Os disjuntores termomagnéticos são dispositivos que garantem, simultaneamente, a manobra e a proteção contra correntes de sobrecarga e contra correntes de curto-circuito. De forma resumida, os disjuntores cumprem três funções básicas:

  • Abrir e fechar os circuitos (manobra);

  • Proteger os condutores e os aparelhos contra sobrecarga, através de seu dispositivo térmico;

  • Proteger os condutores contra curto-circuito, através de seu dispositivo magnético.

Na figura 1 é mostrado o interior de um disjuntor termomagnético.

Figura 1 - Componentes de um disjuntor termomagnético.

Legenda da figura 1:

1- Parte externa, termoplástica; 2- Terminal superior; 3- Câmera de extinção de arco;

4-Bobina responsável pelo disparo instantâneo (magnético); 5- Alavanca liga-desliga;

6-Contacto fixo; 7- Contacto móvel; 8- Guia para o arco - sob condições de falta, o contacto móvel se afasta do contacto fixo e o arco resultante é guiado para a câmara de extinção, evitando danos no bimetal, em caso de altas correntes (curto-circuito); 9-Bimetal responsável pelo disparo por sobrecarga (térmico); 10- Terminal inferior; 11- Clip para fixação do trilho DIN.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM DISJUNTOR TERMOMAGNÉTICO

Existem dois modos de atuação de um disjuntor: a atuação térmica, em caso de ocorrência de sobrecarga, e a atuação magnética, em caso de ocorrência de curto-circuito.

Operação térmica

Os disparadores térmicos operam baseados no princípio dos pares termoelétricos, isto é, nas diferentes dilatações que apresentam os metais quando submetidos a uma variação de temperatura. Duas lâminas de metais diferentes são ligadas através de soldadura a pressão ou eletroliticamente. Estas lâminas dilatam diferentemente quando aquecidas, fazendo com que o conjunto se curve e produzindo o fechamento de um contato que, por sua vez, provoca a abertura do disjuntor. A Figura 2 ilustra o exposto.

Os disparadores térmicos, que nos disjuntores, normalmente, são percorridos pela corrente de carga do circuito, devem operar a partir de uma corrente de operação, referida a uma temperatura de calibração. Para temperaturas ambientes superiores à de calibração, o disjuntor pode atuar com valores de corrente inferiores à de operação previamente fixadas.

Alguns disparadores térmicos possuem um faixa de corrente de ajuste sendo a calibração realizada atuando-se sobre o alongamento ou a curvatura das lâminas.

Figura 2 – Princípio de funcionamento do disparador bimetálico.

Operação magnética.

A Figura 3 mostra o esquema básico de um disparador magnético. Sua armadura é tensionada através de uma mola, de tal forma que apenas acima de um valor definido de corrente, chamada de corrente de operação, é vencida a inércia da armadura e a tensão da mola. A armadura é, então, atraída pelo núcleo, promovendo, através de conexões mecânicas, a abertura dos contatos de um disjuntor.

Figura 3 – Princípio de funcionamento do disparador eletromagnético

A força necessária para equilibrar a ação da mola é proporcional ao quadrado da força magnetomotriz do circuito magnético, N x I, sendo N o número de espiras da bobina e I a corrente de operação do disparador (que circula pelo circuito protegido e pela bobina). Assim, qualquer corrente de valor superior a I provoca a atuação do dispositivo.

A corrente de operação pode ter um valor único fixado ou pode ser variável numa faixa de corrente de ajuste, o que é obtido através da variação do entreferro ou da tensão da mola.

A curva típica de tempo versus corrente de disjuntores termomagnéticos é mostrada na figura 4. A corrente normalizada em função da corrente nominal do disjuntor é colocada no eixo horizontal (x), enquanto o tempo de atuação é marcado no eixo vertical (y). Desta forma, para cada sobrecorrente que circula pelo disjuntor se tem um tempo de atuação correspondente. Traçando o gráfico do tempo de atuação versus a corrente devem-se encontrar curvas que estejam dentro dos limites fornecidos pelo fabricante. Pode-se, assim, determinar se o disjuntor está operando adequadamente ou não.

Figura 4 - Curva tempo x corrente típica de disjuntores termomagnéticos.

Para aumentar a capacidade disruptiva do disjuntor há, em seu interior, uma câmara de extinção de arco que se presta a confinar, dividir e extinguir o arco elétrico formado entre os contatos do disjuntor imediatamente à abertura mecânica dos contatos.

Figura 5. Disjuntores termomagnéticos. Figura 6. Disjuntor termomagnético tripolar.

DISJUNTOR DIFERENCIAL RESIDUAL

Os disjuntores a corrente diferencial-residual, abreviadamente disjuntores DR, constituem-se no meio mais eficaz de proteção das pessoas (e dos animais domésticos) contra choques elétricos, sendo largamente utilizados hoje em quase todos os países do mundo. São o único meio “ativo” de proteção contra contatos diretos e, na grande maioria dos casos, o meio mais adequado para proteção contra contatos indiretos. Por outro lado, podem exercer proteção contra incêndios e também constituir-se em “vigilantes” da qualidade da instalação.

O dispositivo DR detecta a soma fasorial das correntes que percorrem os condutores vivos de um circuito em um determinado ponto do circuito, isto é, a corrente diferencial-residual (IDR) no ponto considerado, provoca a interrupção do circuito quando IDR ultrapassa um valor preestabelecido, chamado de corrente diferencial-residual nominal de atuação (In).

Os seguintes circuitos devem ser objeto de proteção adicional por dispositivos DR de alta sensibilidade (corrente diferencial-residual 30 mA):

  • Circuitos que sirvam pontos de utilização situados em locais contendo banheira ou chuveiro;

  • Circuitos que alimentam tomadas de corrente situadas em áreas internas que possam vir a alimentar equipamentos no exterior;

  • Circuitos residenciais que sirvam pontos de utilização situados em cozinhas, copascozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e demais dependências internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens;

  • Circuitos em edificações não residenciais que sirvam pontos de tomada situados em cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e, no geral, em áreas internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens.

O disjuntor diferencial residual é um componente de instalação que secciona a alimentação da carga ou circuito quando a corrente diferencial residual ultrapassa um determinado valor.

Figura 7. Disjuntor diferencial residual.

PRINCIPIO CONSTRUTIVO DOS DISJUNTORES

O disjuntor deverá ser construído com material que suporte elevação de temperatura decorrente de seu funcionamento em corrente nominal, ou em regime de sobrecarga para cujas condições foi projectado. O invólucro do disjuntor deverá ser de material isolante, não higroscópio, e possuir resistência compatível com os esforços a que será submetido. O invólucro deverá ser montado de forma que não possa ser removido sem violação do lacre de segurança.

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 eléctrico (câmaras de extinção do arco eléctrico).

Figura 8. Dimensões nominais de um disjuntor termomagnético unipolar.

APLICAÇÕES DOS DISJUNTORES

  • Accionamentos de comandos de protecção;

  • Circuitos de distribuição;

  • Seccionadores;

CONCLUSÃO

Todos os condutores de um circuito devem ser protegidos contra as sobrecargas e contra os curtos-circuitos, por um ou mais dispositivos de proteção que promova(m) sua interrupção quando da ocorrência de uma dessas condições anormais. Por outro lado, a proteção contra as sobrecargas e contra os curto-circuitos devem ser devidamente coordenadas. São considerados dispositivos que asseguram a proteção contra as sobrecargas e contra os curtos-circuitos os que são capazes de interromper qualquer sobrecorrente igual ou inferior à corrente presumida de curto-circuito, no ponto de aplicação. Podem ser aplicados para essa dupla função disjuntores com disparadores de sobrecorrente, disjuntores associados com fusíveis e dispositivos fusíveis de uso geral.

BIBLIOGRAFIA

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Tecnologia dos materiais eléctricos Página 11

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