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Engenharia de Controle e Automação ·
Instalações Elétricas
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Universidade Federal de Mato Grosso Faculdade de Engenharia CUVG Instalações Elétricas Industriais Aula 17 Profa Aline Moro Semestre 20241 Instalações Elétricas Industriais Aula 17 2 Aula 17 Conteúdo Proteção Instalações Elétricas Industriais Aula 17 3 Introdução Para que o sistema de proteção atinja a finalidade a que se propõe ele deve responder aos seguintes requisitos básicos Seletividade É a capacidade que possui o sistema de proteção de selecionar a parte danificada da rede e retirála de serviço sem afetar os circuitos sãos Exatidão e segurança Garante ao sistema uma alta confiabilidade operativa Sensibilidade Representa a faixa de operação e não operação do dispositivo de proteção Basicamente um projeto de proteção é feito com três dispositivos fusíveis disjuntores e relés E para que eles sejam selecionados adequadamente é necessário se proceder à determinação das correntes de curtocircuito nos vários pontos do sistema elétrico Instalações Elétricas Industriais Aula 17 4 Proteção em média tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 5 Proteção em média tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 6 Proteção em média tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 7 Proteção em baixa tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 8 Proteção em baixa tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 9 Proteção em baixa tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 10 Proteção em baixa tensão Os condutores vivos devem ser protegidos por um ou mais dispositivos de seccionamento automático contra sobrecargas e contra curtoscircuitos item 5311 da NBR 5410 Sobrecargas item 534 da NBR 5410 quando a corrente nominal da carga é superior à corrente nominal de projeto do circuito Curtoscircuitos item 535 da NBR 5410 corrente extremamente elevada devido ao contato ou arco acidental falta entre partes do circuito Como consequência a corrente pode atingir valores da ordem de kA do valor da corrente nominal do circuito Instalações Elétricas Industriais Aula 17 11 Proteção em baixa tensão Genericamente podemos fazer as seguintes considerações Os dispositivos utilizados na proteção contra sobrecargas e curtoscircuitos devem ser capazes de proteger os circuitos e os equipamentos a eles conectados contra os efeitos térmicos resultantes das correntes de sobrecarga devido à elevação de temperatura nas isolações conexões etc e contra os efeitos mecânicos decorrentes dos esforços dinâmicos nos barramentos chaves etc provocados pelas elevadas correntes de curtocircuito Os dispositivos de proteção contra curtoscircuitos não protegem termicamente os equipamentos submetidos a faltas internas Instalações Elétricas Industriais Aula 17 12 Proteção em baixa tensão Genericamente podemos fazer as seguintes considerações Os condutores de fase condutores vivos devem ser protegidos por um ou mais dispositivos de seccionamento automático capaz de isolar a parte do circuito defeituoso da fonte de alimentação As proteções contra sobrecorrentes devem ser detectadas em todos os condutores de fases e provocar obrigatoriamente o seccionamento do condutor em que ocorreu a falta Em geral o seccionamento deve ser nas três fases As proteções contra sobrecarga e curtoscircuitos devem ser dimensionadas de forma a serem seletivas e poderem coordenar entre si Instalações Elétricas Industriais Aula 17 13 Proteção em baixa tensão Ik Ik Transformador Trecho A Trecho B Trecho C Curtocircuito Média tensão NDU 002 Baixa tensão NDU 002 Instalações Elétricas Industriais Aula 17 14 Proteção em baixa tensão Ik Ik Transformador Trecho A Trecho B Trecho C Curtocircuito Média tensão NDU 002 Baixa tensão NDU 002 Instalações Elétricas Industriais Aula 17 15 Proteção em baixa tensão Curtocircuito Instalações Elétricas Industriais Aula 17 16 Proteção em baixa tensão Curtocircuito Ik 625 kA Faixa de valores 10 kA 15 kA 20 kA 25 kA 30 kA 40 kA 45 kA 50 kA 60 kA 75 kA 90 kA 10 kA Instalações Elétricas Industriais Aula 17 17 Proteção em baixa tensão Curtocircuito A curva típica da integral de Joule de um cabo de baixa tensão fornece para cada valor de corrente a energia específica ou energia por unidade de resistência O valor de Ic representa a capacidade de corrente do cabo que nessas condições atinge a temperatura máxima para serviço contínuo e com a qual pode operar ao longo de sua vida útil O valor de Il representa o valor limite da corrente para a qual o aquecimento do condutor é adiabático isto é sem troca de calor entre o condutor e a isolação Logo a energia necessária para elevar a temperatura para serviço contínuo até a temperatura de curtocircuito é denominada integral de Joule Curva típica da integral de Joule de um cabo de baixa tensão Instalações Elétricas Industriais Aula 17 18 Proteção em baixa tensão Curtocircuito Ik 625 kA 3240240 Instalações Elétricas Industriais Aula 17 19 Proteção em baixa tensão Corrente diferencial residual Todas as atividades biológicas desenvolvidas pelo corpo humano são resultantes de impulsos enviados pelo cérebro na forma de corrente elétrica de baixíssimo valor Porém quando o indivíduo entra em contato com qualquer parte viva de um circuito elétrico uma corrente passa a circular por esse indivíduo juntamente com a corrente fisiológica própria O resultado é uma alteração nas funções vitais do indivíduo que pode levalo à morte A proteção por dispositivo de proteção à corrente diferencialresidual pode prover segurança à vida dos usuários de energia elétrica quando a instalação está protegida por um dispositivo dimensionado para uma corrente de fuga de valor não superior a 30 mA Instalações Elétricas Industriais Aula 17 20 Proteção em baixa tensão Corrente diferencial residual Zona 1 não provoca distúrbios perceptíveis Zona 2 não provoca distúrbios fisiológicos prejudiciais Zona 3 provoca distúrbios fisiológicos sérios porém reversíveis como parada cardíaca parada respiratória e contrações musculares Zona 4 provoca distúrbios fisiológicos severos e geralmente irreversíveis como fibrilação cardíaca e parada respiratória Zona 5 representa a faixa de atuação do dispositivo de proteção DR para a corrente de fuga de 30 mA Instalações Elétricas Industriais Aula 17 21 Proteção em baixa tensão Corrente diferencial residual Instalações Elétricas Industriais Aula 17 22 Proteção em baixa tensão Corrente diferencial residual A aplicação de dispositivos DR deve seguir algumas premissas básicas O uso do dispositivo DR não dispensa em qualquer hipótese o condutor de proteção Os dispositivos DR devem garantir o seccionamento de todos os condutores do circuito protegido O circuito magnético do dispositivo DR deve envolver todos os condutores vivos dos circuitos protegidos inclusive o condutor neutro O circuito magnético do dispositivo DR não deve envolver em nenhuma hipótese o condutor de proteção Devemse selecionar os circuitos elétricos e os respectivos dispositivos DR de tal forma que as correntes de fuga que possam circular durante a operação dos referidos circuitos não ocasionem a atuação intempestiva dos dispositivos Para tornar possível o uso do dispositivo DR nos esquemas TNC devese convertêlo imediatamente antes do ponto de instalação do dispositivo no esquema TNCS Instalações Elétricas Industriais Aula 17 23 Proteção em baixa tensão Corrente diferencial residual Deve ser obrigatório o uso de dispositivos DR nos circuitos que alimentam pontos de utilização situados em locais contendo banheira ou chuveiro elétrico nos circuitos que alimentam tomadas de corrente localizadas em áreas externas à edificação nos circuitos que em áreas de habitação alimentam pontos de utilização situados em cozinhas copascozinhas lavanderias áreas de serviço garagens e demais dependências internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens cujos pontos estejam a uma altura inferior a 25 m nos circuitos que em edificações não residenciais alimentam pontos de tomada situados em cozinhas copascozinhas lavanderias áreas de serviço garagens e em geral em áreas internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens Instalações Elétricas Industriais Aula 17 24 Proteção em baixa tensão Relé térmico de sobrecarga Os relés bimetálicos de sobrecarga são constituídos de modo a permitir ajustes da corrente dentro de determinadas faixas que podem ser escolhidas conforme o valor da corrente e da natureza da carga Usados particularmente em instalações industriais para proteção de motores os relés bimetálicos de sobrecarga são acoplados a contatores que são os elementos de comando do circuito Normalmente os fabricantes de contatores fornecem tipo adequado dos relés Para um mesmo tipo de contator existem vários relés com faixas de ajuste diferentes Instalações Elétricas Industriais Aula 17 25 Proteção em baixa tensão Relé térmico de sobrecarga A integridade da isolação de um condutor é severamente atingida por correntes de sobrecarga que provoquem efeitos térmicos excessivos Assim a norma NBR 5410 considera corrente de sobrecarga de pequena intensidade quando o condutor atinge uma temperatura de regime não superior à temperatura máxima de sobrecarga relativa à natureza de sua isolação Correntes de sobrecarga de até 145 a capacidade nominal do condutor são consideradas de pequena intensidade Podem ser toleradas por um longo período de tempo porém devem ser limitadas na duração para não prejudicar a isolação do condutor Regime contínuo S1 A corrente de ajuste do relé térmico de proteção deve ser igual ou superior à corrente de projeto ou simplesmente corrente de carga prevista ou seja A corrente de ajuste do relé térmico de proteção deve ser igual ou inferior à capacidade de condução de corrente dos condutores O tempo de partida do motor deve ser inferior ao tempo de atuação do relé Tar para a corrente de partida correspondente enquanto o tempo de rotor bloqueado deve ser igual ou superior ao valor da corrente ajustada ou seja Instalações Elétricas Industriais Aula 17 26 Proteção em baixa tensão Relé térmico de sobrecarga Ajuste Instalações Elétricas Industriais Aula 17 27 Proteção em baixa tensão Relé térmico de sobrecarga Ajuste
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Universidade Federal de Mato Grosso Faculdade de Engenharia CUVG Instalações Elétricas Industriais Aula 17 Profa Aline Moro Semestre 20241 Instalações Elétricas Industriais Aula 17 2 Aula 17 Conteúdo Proteção Instalações Elétricas Industriais Aula 17 3 Introdução Para que o sistema de proteção atinja a finalidade a que se propõe ele deve responder aos seguintes requisitos básicos Seletividade É a capacidade que possui o sistema de proteção de selecionar a parte danificada da rede e retirála de serviço sem afetar os circuitos sãos Exatidão e segurança Garante ao sistema uma alta confiabilidade operativa Sensibilidade Representa a faixa de operação e não operação do dispositivo de proteção Basicamente um projeto de proteção é feito com três dispositivos fusíveis disjuntores e relés E para que eles sejam selecionados adequadamente é necessário se proceder à determinação das correntes de curtocircuito nos vários pontos do sistema elétrico Instalações Elétricas Industriais Aula 17 4 Proteção em média tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 5 Proteção em média tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 6 Proteção em média tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 7 Proteção em baixa tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 8 Proteção em baixa tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 9 Proteção em baixa tensão Proteção NDU 002 Energisa Instalações Elétricas Industriais Aula 17 10 Proteção em baixa tensão Os condutores vivos devem ser protegidos por um ou mais dispositivos de seccionamento automático contra sobrecargas e contra curtoscircuitos item 5311 da NBR 5410 Sobrecargas item 534 da NBR 5410 quando a corrente nominal da carga é superior à corrente nominal de projeto do circuito Curtoscircuitos item 535 da NBR 5410 corrente extremamente elevada devido ao contato ou arco acidental falta entre partes do circuito Como consequência a corrente pode atingir valores da ordem de kA do valor da corrente nominal do circuito Instalações Elétricas Industriais Aula 17 11 Proteção em baixa tensão Genericamente podemos fazer as seguintes considerações Os dispositivos utilizados na proteção contra sobrecargas e curtoscircuitos devem ser capazes de proteger os circuitos e os equipamentos a eles conectados contra os efeitos térmicos resultantes das correntes de sobrecarga devido à elevação de temperatura nas isolações conexões etc e contra os efeitos mecânicos decorrentes dos esforços dinâmicos nos barramentos chaves etc provocados pelas elevadas correntes de curtocircuito Os dispositivos de proteção contra curtoscircuitos não protegem termicamente os equipamentos submetidos a faltas internas Instalações Elétricas Industriais Aula 17 12 Proteção em baixa tensão Genericamente podemos fazer as seguintes considerações Os condutores de fase condutores vivos devem ser protegidos por um ou mais dispositivos de seccionamento automático capaz de isolar a parte do circuito defeituoso da fonte de alimentação As proteções contra sobrecorrentes devem ser detectadas em todos os condutores de fases e provocar obrigatoriamente o seccionamento do condutor em que ocorreu a falta Em geral o seccionamento deve ser nas três fases As proteções contra sobrecarga e curtoscircuitos devem ser dimensionadas de forma a serem seletivas e poderem coordenar entre si Instalações Elétricas Industriais Aula 17 13 Proteção em baixa tensão Ik Ik Transformador Trecho A Trecho B Trecho C Curtocircuito Média tensão NDU 002 Baixa tensão NDU 002 Instalações Elétricas Industriais Aula 17 14 Proteção em baixa tensão Ik Ik Transformador Trecho A Trecho B Trecho C Curtocircuito Média tensão NDU 002 Baixa tensão NDU 002 Instalações Elétricas Industriais Aula 17 15 Proteção em baixa tensão Curtocircuito Instalações Elétricas Industriais Aula 17 16 Proteção em baixa tensão Curtocircuito Ik 625 kA Faixa de valores 10 kA 15 kA 20 kA 25 kA 30 kA 40 kA 45 kA 50 kA 60 kA 75 kA 90 kA 10 kA Instalações Elétricas Industriais Aula 17 17 Proteção em baixa tensão Curtocircuito A curva típica da integral de Joule de um cabo de baixa tensão fornece para cada valor de corrente a energia específica ou energia por unidade de resistência O valor de Ic representa a capacidade de corrente do cabo que nessas condições atinge a temperatura máxima para serviço contínuo e com a qual pode operar ao longo de sua vida útil O valor de Il representa o valor limite da corrente para a qual o aquecimento do condutor é adiabático isto é sem troca de calor entre o condutor e a isolação Logo a energia necessária para elevar a temperatura para serviço contínuo até a temperatura de curtocircuito é denominada integral de Joule Curva típica da integral de Joule de um cabo de baixa tensão Instalações Elétricas Industriais Aula 17 18 Proteção em baixa tensão Curtocircuito Ik 625 kA 3240240 Instalações Elétricas Industriais Aula 17 19 Proteção em baixa tensão Corrente diferencial residual Todas as atividades biológicas desenvolvidas pelo corpo humano são resultantes de impulsos enviados pelo cérebro na forma de corrente elétrica de baixíssimo valor Porém quando o indivíduo entra em contato com qualquer parte viva de um circuito elétrico uma corrente passa a circular por esse indivíduo juntamente com a corrente fisiológica própria O resultado é uma alteração nas funções vitais do indivíduo que pode levalo à morte A proteção por dispositivo de proteção à corrente diferencialresidual pode prover segurança à vida dos usuários de energia elétrica quando a instalação está protegida por um dispositivo dimensionado para uma corrente de fuga de valor não superior a 30 mA Instalações Elétricas Industriais Aula 17 20 Proteção em baixa tensão Corrente diferencial residual Zona 1 não provoca distúrbios perceptíveis Zona 2 não provoca distúrbios fisiológicos prejudiciais Zona 3 provoca distúrbios fisiológicos sérios porém reversíveis como parada cardíaca parada respiratória e contrações musculares Zona 4 provoca distúrbios fisiológicos severos e geralmente irreversíveis como fibrilação cardíaca e parada respiratória Zona 5 representa a faixa de atuação do dispositivo de proteção DR para a corrente de fuga de 30 mA Instalações Elétricas Industriais Aula 17 21 Proteção em baixa tensão Corrente diferencial residual Instalações Elétricas Industriais Aula 17 22 Proteção em baixa tensão Corrente diferencial residual A aplicação de dispositivos DR deve seguir algumas premissas básicas O uso do dispositivo DR não dispensa em qualquer hipótese o condutor de proteção Os dispositivos DR devem garantir o seccionamento de todos os condutores do circuito protegido O circuito magnético do dispositivo DR deve envolver todos os condutores vivos dos circuitos protegidos inclusive o condutor neutro O circuito magnético do dispositivo DR não deve envolver em nenhuma hipótese o condutor de proteção Devemse selecionar os circuitos elétricos e os respectivos dispositivos DR de tal forma que as correntes de fuga que possam circular durante a operação dos referidos circuitos não ocasionem a atuação intempestiva dos dispositivos Para tornar possível o uso do dispositivo DR nos esquemas TNC devese convertêlo imediatamente antes do ponto de instalação do dispositivo no esquema TNCS Instalações Elétricas Industriais Aula 17 23 Proteção em baixa tensão Corrente diferencial residual Deve ser obrigatório o uso de dispositivos DR nos circuitos que alimentam pontos de utilização situados em locais contendo banheira ou chuveiro elétrico nos circuitos que alimentam tomadas de corrente localizadas em áreas externas à edificação nos circuitos que em áreas de habitação alimentam pontos de utilização situados em cozinhas copascozinhas lavanderias áreas de serviço garagens e demais dependências internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens cujos pontos estejam a uma altura inferior a 25 m nos circuitos que em edificações não residenciais alimentam pontos de tomada situados em cozinhas copascozinhas lavanderias áreas de serviço garagens e em geral em áreas internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens Instalações Elétricas Industriais Aula 17 24 Proteção em baixa tensão Relé térmico de sobrecarga Os relés bimetálicos de sobrecarga são constituídos de modo a permitir ajustes da corrente dentro de determinadas faixas que podem ser escolhidas conforme o valor da corrente e da natureza da carga Usados particularmente em instalações industriais para proteção de motores os relés bimetálicos de sobrecarga são acoplados a contatores que são os elementos de comando do circuito Normalmente os fabricantes de contatores fornecem tipo adequado dos relés Para um mesmo tipo de contator existem vários relés com faixas de ajuste diferentes Instalações Elétricas Industriais Aula 17 25 Proteção em baixa tensão Relé térmico de sobrecarga A integridade da isolação de um condutor é severamente atingida por correntes de sobrecarga que provoquem efeitos térmicos excessivos Assim a norma NBR 5410 considera corrente de sobrecarga de pequena intensidade quando o condutor atinge uma temperatura de regime não superior à temperatura máxima de sobrecarga relativa à natureza de sua isolação Correntes de sobrecarga de até 145 a capacidade nominal do condutor são consideradas de pequena intensidade Podem ser toleradas por um longo período de tempo porém devem ser limitadas na duração para não prejudicar a isolação do condutor Regime contínuo S1 A corrente de ajuste do relé térmico de proteção deve ser igual ou superior à corrente de projeto ou simplesmente corrente de carga prevista ou seja A corrente de ajuste do relé térmico de proteção deve ser igual ou inferior à capacidade de condução de corrente dos condutores O tempo de partida do motor deve ser inferior ao tempo de atuação do relé Tar para a corrente de partida correspondente enquanto o tempo de rotor bloqueado deve ser igual ou superior ao valor da corrente ajustada ou seja Instalações Elétricas Industriais Aula 17 26 Proteção em baixa tensão Relé térmico de sobrecarga Ajuste Instalações Elétricas Industriais Aula 17 27 Proteção em baixa tensão Relé térmico de sobrecarga Ajuste