Slide - Dispositivos de Proteção - 2023-2

Universidade Federal de Rio Grande do Norte Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Instalações elétricas: Dispositivos de proteção Disjuntores termomagnéticos Dispositivos DR Dispositivos de proteção • Numa instalação elétrica residencial, comercial ou industrial, deve-se garantir o bom funcionamento do sistema em quaisquer condições de operação, protegendo as pessoas, os equipamentos e a rede elétrica de acidentes provocados pela alteração da correntes. A principal alteração relacionada à corrente elétrica relaciona-se à sobrecorrente, a qual é dividida em: a. Sobrecarga: Acontece quando um circuito conduz mais corrente do que ele foi projetado. Correntes de sobrecarga apresentam intensidade leve ou moderada (até dez vezes a corrente nominal do circuito), não sendo consideradas um defeito no sistema elétrico; b. Curto-circuito: Trata-se de um defeito no sistema elétrico. Ocorre quando a impedância entre dois pontos com diferentes potenciais elétricos é reduzida para valores próximos a zero. Correntes de curto-circuito apresentam elevada intensidade com valores superiores a dez vezes a corrente nominal. 2 Dispositivos de proteção • Os principais dispositivos de proteção em instalações de baixa tensão são os fusíveis (usado em aplicações industriais), os disjuntores (é o mais utilizado, sendo o dispositivo de proteção dominante em instalações residenciais) e os dispositivos DR (seu uso vem aumentando devido à segurança contra choques elétricos). 3 Fusível disjuntor Dispositivo DR Fusíveis • Fusíveis são dispositivos de proteção monofásicos eficazes contra correntes de curto-circuito, não possuindo grande eficácia contra correntes de sobrecarga. Após a atuação do fusível, este precisa ser substituído; • O princípio de funcionamento do fusível se baseia na fusão de um fio de pequena seção a partir do surgimento de uma sobrecorrente. Abaixo são apresentados alguns tipos de fusíveis de baixa tensão: 4 Tipo rolha Tipo diazed Tipo NH Disjuntores • Disjuntores são dispositivos que oferecem proteção aos condutores de um circuito, desligando-o automaticamente quando surgir uma sobrecorrente decorrente de um curto- circuito, por exemplo; 5 • Diferente dos fusíveis, os disjuntores permitem manobras manuais, isto é, funcionam como interruptores, seccionando o circuito no caso de necessidade de manutenção. Disjuntores • Quanto ao princípio de atuação, os disjuntores podem ser: a. Térmicos: nesse tipo de disjuntor, há um elemento atuador sensível ao calor que provoca a abertura do disjuntor. Esse tipo de disjuntor é eficaz contra correntes de sobrecarga; b. Mágnético: há a presença de atuador magnético que abre o disjuntor na presença de um elevado campo magnético. É eficaz contra correntes de curto-circuito; c. Termomagnéticos: alia as funções térmica (sobrecarga) e magnética (curto-circuito) em um único dispositivo. É o dispositivo mais utilizado em instalações elétricas residenciais. 6 Disjuntores • A imagem abaixo refere-se à curva de atuação tempo x corrente de um disjuntor magnético 7 Zona de abrangência das correntes de curto-circuito Zona de abrangência das correntes de sobrecarga IN 10 x IN Disjuntores • Algumas da características dos disjuntores termomagnéticos são: a. Corrente nominal (IN): é a corrente limite que o disjuntor “deixa passar” pelo circuito sem desliga-lo ou sofrer avarias. Ex: 10 A, 15 A, 16 A, 20 A, 25 A, 30 A, 40 A, 50 A, 70 A, 100 A; b. Corrente de interrupção (IR): é a máxima corrente que o disjuntor consegue interromper sem sofrer danos. Acima desse valor limite, o disjuntor não tem energia para extinguir a corrente. Ex: 3.000 A, 5.000 A, 10.000 A. 8 IN = 16 A IR = 3 kA Disjuntores c. Quantidade de polos: refere-se à quantidade de fases conectadas ao disjuntor (não se pode conectar disjuntor termomagnético ao neutro). Desse modo, os disjuntores termomagnéticos podem ser monopolares, bipolares e tripolares. 9 Monopolar (uma fase) Bipolar (duas fases) Tripolar (três fases) Disjuntores •Observação: Disjuntores termomagnéticos são equipamentos destinados à proteção dos equipamentos elétricos de uma instalação contra sobrecorrentes. Não haverá desligamento de disjuntores termomagnéticos quando da ocorrência de choques elétricos. 10 Choque elétrico 11 Eu já levei um choque numa tomada. Mas afinal, o que é aquela sensação que senti durante o choque? Choque elétrico • Um choque elétrico acontece quando uma corrente elétrica atravessa o corpo humano ou de outro ser vivo. Para que uma corrente atravesse o corpo humano, é necessário que haja uma diferença de potencial entre dois pontos (dois braços, braço e perna); • Dependendo do tempo de exposição e da intensidade da corrente elétrica, os efeitos da corrente podem ser: a. Formigamento; b. Queimadura; c. Parada cardíaca. 12 Choque elétrico • Os choques elétricos podem ser classificados em dois tipos: a. Choques por contato direto: são choques decorrentes de contato com as partes vivas de uma instalação. Esse contato pode ocorrer por imprudência ou por uma falha do isolamento ou remoção de partes isolantes (dos condutores, por exemplo). 13 Choque elétrico b. Choques por contato indireto: ocorrem com partes que não são vivas em condições normais, mas que acidentalmente se tornam vivas, em consequência de falha na isolação do equipamento ou componente. 14 Dispositivo DR 15 O disjuntor termomagnético não oferece proteção contra choques elétricos. E agora? A proteção contra choques é feita através do uso de dispositivos DR! Dispositivo DR • Os dispositivos de proteção à corrente Diferencial Residual (DR) têm a finalidade de proteger as pessoas contra choques elétricos, sejam estes decorrentes de contato direto ou indireto; • Além dos condutores relativos às fases do sistema, os dispositivos DR também devem receber a conexão do fio neutro (os disjuntores termomagnéticos recebiam apenas as fases); • Quanto à sensibilidade, os dispositivos DR são classificados em: a. De alta sensibilidade: são dispositivos cuja ordem da corrente diferencial de atuação é da ordem de 30 mA. São os mais recomendados para instalações residenciais; b. De baixa sensibilidade: são dispositivos cuja ordem da corrente diferencial de atuação é da ordem de 300 mA. Devido ao valor maior de corrente diferencial residual, são recomendados para instalações industriais. 16 Dispositivo DR • Basicamente, existem dois tipos de dispositivos DR: 17 Disjuntor DR (DDR) Interruptor DR (IDR) Dispositivo DR – Princípio de funcionamento • O princípio de funcionamento do dispositivo DR consiste em comparar a intensidade de corrente que entra no circuito protegido (I1) com a corrente que retorna (I2) deste circuito. Essa comparação é feita através do circuito interno do DR. Em condições normais, a soma algébrica dessas correntes é zero. 18 I2 I1 𝐼1 + 𝐼2 = 0 Dispositivo DR – Princípio de funcionamento • Ao ocorrer uma diferença de alguns miliampères (superior a 30 mA para dispositivos DR de alta sensibilidade) entre a corrente de entrada (I1) e a corrente de retorno (I2), o dispositivo DR identifica a somatória das correntes diferentes de zero e atua, liberando o indivíduo do choque elétrico. 19 I2 I1 𝐼1 + 𝐼2 ≠ 0 IF Dispositivo DR – Princípio de funcionamento • O circuito é aberto e apenas pode ser reenergizado a partir de uma atuação manual diretamente no dispositivo. 20 Dispositivo DR 21 Quais as diferenças entre o disjuntor DR e o interruptor DR? Dispositivo DR – Disjuntor DR • O disjuntor DR (DDR) é um dispositivo constituído de um disjuntor termomagnético acoplado a um dispositivo DR. Desse modo, o disjuntor DR possui duas funções: 22 Dispositivo DR – Disjuntor DR • Quanto à quantidade de polos, os disjuntores DR podem ser do tipo bipolar (fase e neutro) ou tetrapolar (três fases e neutro). Diferentemente dos disjuntores termomagnéticos, deve-se conectar o neutro ao disjuntor DR. 23 Disjuntor DR bipolar Disjuntor DR tetrapolar Dispositivo DR – Interruptor DR • O interruptor DR (IDR) é um dispositivo constituído de um interruptor acoplado a um dispositivo DR. Desse modo, o interruptor DR possui duas funções: 24 Dispositivo DR – Interruptor DR • Quanto à quantidade de polos, os interruptor DR podem ser do tipo bipolar (fase e neutro) ou tetrapolar (três fases e neutro). Uma vez que o interruptor DR não possui proteção contra sobrecorrente, é preciso que este dispositiva esteja associado com um disjuntor termomagnético. 25 Interruptor DR bipolar Interruptor DR tetrapolar Norma NBR 5410/2004 aplicada a dispositivos de proteção • Segundo a norma NBR 5410/2004, devem ser objeto de proteção adicional por dispositivos a corrente diferencial residual de alta sensibilidade: a. Os circuitos que sirvam a pontos de utilização situados em locais contendo banheira ou chuveiro; b. Circuitos que alimentem tomadas situadas em áreas externas à edificação; c. Circuitos de tomadas situadas em áreas internas, que possam vir a alimentar equipamentos no exterior; d. Circuitos que sirvam a cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e demais dependências internas molhadas em uso normal ou sujeita a lavagens (podem ser excluídos os equipamentos de iluminação com altura superiores a 2,5 metros); • Para os circuitos terminais não enquadrados nas condições citadas acima, é permitida a proteção apenas por disjuntores termomagnéticos. 26 Norma NBR 5410/2004 aplicada a dispositivos de proteção • Na proteção dos circuitos com obrigatoriedade de dispositivos DR, é possível a execução de duas formas: a. Alocando dispositivos DR em cada circuito necessário: nesse caso, apenas o circuito onde houver fuga de corrente será desenergizado. 27 Norma NBR 5410/2004 aplicada a dispositivos de proteção b. Alocando dispositivos DR apenas na proteção geral do quadro de distribuição: essa configuração tem o inconveniente do dispositivo DR disparar com mais frequência, uma vez que ele capta todas as correntes de fuga da instalação elétrica. Ademais, com a atuação do dispositivo DR, toda a energia elétrica da instalação será desligada. 28 Dispositivo DR – Uso de dispositivos de proteção no quadro de distribuição • Constituição do sistema: a. Medidor e quadro de distribuição b. Disjuntor DR instalado como proteção geral da instalação elétrica; c. Proteção dos circuitos terminais a partir de disjuntores termomagnéticos. 29 Dispositivo DR – Uso de dispositivos de proteção no quadro de distribuição • Constituição do sistema: a. 2 fases e neutro; b. Circuito de iluminação interna; c. Disjuntor DR na proteção geral do quadro de distribuição; d. Proteção do circuito terminal a partir de disjuntor termomagnético. 30 Dispositivo DR – Uso de dispositivos de proteção no quadro de distribuição • Constituição do sistema: a. Circuito de terminal de iluminação externa; b. Disjuntor DR na proteção do circuito terminal. 31 Dispositivo DR – Uso de dispositivos de proteção no quadro de distribuição • Constituição do sistema: a. Circuito de terminal de Tomadas de Uso Geral - TUG; b. Disjuntor DR na proteção do circuito terminal. 32 Dispositivo DR – Uso de dispositivos de proteção no quadro de distribuição • Constituição do sistema: a. Circuito de terminal de Tomadas de Uso Específico - TUE; b. Disjuntor DR na proteção do circuito terminal. 33 Dispositivo DR – Uso de dispositivos de proteção no quadro de distribuição • Constituição do sistema: a. Circuito de terminal de Tomadas de Uso Específico - TUE; b. Interruptor DR associado a um disjuntor termomagnético na proteção do circuito terminal. 34 Dimensionamento de dispositivos de proteção • Uma vez que a corrente diferencial do dispositivo DR deve ser a mesma (30 mA), o dimensionamento da proteção dos circuitos de uma instalação elétrica deve ser realizado para os disjuntores termomagnéticos. Tal dimensionamento deve ser realizado com base na seguinte inequação: • Onde: a. |IP| é a corrente de projeto do circuito, seja terminal ou de distribuição. Não deve ser usada à corrente de projeto corrigida; b. |IN| é a corrente nominal do disjuntor; c. |IZ| é a corrente suportável pelo condutor dimensionado. 35 𝐼𝑃 < 𝐼𝑁 < 𝐼𝑍 Dimensionamento de dispositivos de proteção • A tabela abaixo apresenta os disjuntores termomagnéticos existentes no mercado e o seu disjuntor DR correspondente: 36 Corrente nominal do disjuntor termomagnético (A) Corrente nominal do disjuntor DR correspondente (A) 10, 15, 16, 20,25 25 30, 40 40 50, 60 63 70 80 90, 100 100 Dimensionamento de dispositivos de proteção • Um circuito monofásico com uma corrente de projeto de |IP| = 18 A pode ser suprido com um fio de seção 2,5 mm2, pois para a maneira de instalar B5, este fio suporta uma corrente |IZ| = 24 A. Nesse caso, adota-se como elemento de proteção um disjuntor termomagnético de com |IN| = 20 A, pois: • Para um outro circuito monofásico com corrente de projeto de |IP| = 21 A, adotou-se inicialmente também um condutor de seção 2,5 mm2, método B5, com |IZ| = 24 A. Observe que não há um disjuntor com valor compreendido entre 21 A e 24 A. Para solucionar esse problema, deve-se adotar o condutor imediatamente superior com seção 4,0 mm2, o qual suporta uma corrente |IZ| = 32 A. Assim, escolhe-se um disjuntor com corrente nominal 25 A para satisfazer a inequação: 37 18 𝐴 < 𝐼𝑁 < 24 𝐴 21 𝐴 < 𝐼𝑁 < 32 𝐴 Exercício • Dimensione os dispositivos de proteção para o circuito de distribuição principal e para os circuitos terminais da planta modelo. Utilize disjuntores termomagnéticos (DTMs) para os circuitos terminais e um disjuntor DR (DDR) para o circuito de distribuição principal. 38 Exercício – Planta baixa 39 a a a b b c c d d d d 1 1d 1 -1- -1- -1- -1- 160 VA 100 VA 100 VA 160 VA f e e f -2- -2- 100 VA 60 VA 2f -3- -3- 600 VA 600 VA 3 -3- -2- -4- -4- 1.200 W 4 4 -4- 5 -5- -5- -5- 600 VA 5 6 1 5 -5- -5- -5- 5 -5- -5- -6- 1.400 W 5 6 -7- 5.600 W Exercício – Tabela resumo com para os circuitos 40 Circuito Corrente de projeto |IP| Seção do condutor (mm2) Corrente suportável |IZ| Inequação Disjuntor (A) Distribuição principal 46,54 10,0 63 46,54 A < |IN| < 63 A 63 A (DDR) Terminal 1 2,36 1,5 17,5 2,36 A < |IN| < 17,5 A 10 A (DTM) Terminal 2 0,73 1,5 17,5 0,73 A < |IN| < 17,5 A 10 A (DTM) Terminal 3 8,18 2,5 29 8,18 A < |IN| < 29 A 10 A (DTM) Terminal 4 7,72 2,5 29 7,72 A < |IN| < 29 A 10 A (DTM) Terminal 5 5,90 2,5 29 5,90 A < |IN| < 29 A 10 A (DTM) Terminal 6 7,95 2,5 29 7,95 A < |IN| < 29 A 10 A (DTM) Terminal 7 25,45 4,0 38 25,45 A < |IN| < 38 A 30 A (DTM)