3 - Disjuntores

Dispositivos de Proteo Eltrica Disjuntores 3

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DISJUNTORES

Os disjuntores so dispositivos de proteo e manobra constitudos essencialmente de contatos de alto poder de interrupo da corrente eltrica, uma vez que devem ser capazes de interromper correntes de curto-circuito ou elevadas correntes de carga, requisito este incapaz de ser obtido com a utilizao de chaves simples. O alto poder de interrupo da corrente obtido mediante artifcios para a extino rpida do arco eltrico por ocasio da abertura dos contatos do disjuntor. Os processos mais utilizados para a extino do arco eltrico so: a imerso dos contatos em leos ou gases isolantes, o sopro de ar comprimido, entre outros. Para exercer sua funo principal de proteo contra sobrecorrentes, os disjuntores operam atravs de disparadores (unidades de proteo) que podem ser trmicos, magnticos e eletrnicos. Os disjuntores mais tradicionais, para uso geral, so equipados com disparadores trmicos, que atuam na ocorrncia de sobrecorrentes moderadas (tipicamente correntes de sobrecarga) e disparadores magnticos, para sobrecorrentes elevadas (tipicamente correntes de curto-circuito). Da o nome disjuntores termomagnticos. A figura 1 mostra a caracterstica tempo corrente tpica de um disjuntor termomagntico, evidenciando a atuao do disparador trmico de sobrecarga (a tempo inverso) e do disparador magntico (instantneo).

Figura 1. Caracterstica tempo corrente tpica de um disjuntor termomagntico.

Os disparadores trmicos podem possuir uma faixa de corrente de ajustagem, bem como dispositivos para compensao de temperatura. Da mesma forma, tambm h disparadores magnticos ajustveis. Assim, os disparadores dos disjuntores termomagnticos podem ser fabricados com duas diferentes caractersticas:

Unidade sem ajuste ou regulao: Neste caso, as correntes das unidades trmica e

magntica so pr-ajustadas pelo fabricante e o disjuntor comercializado selado.

Unidade com ajuste externo: Neste caso, as correntes de atuao podem ser reguladas

atravs de diais, tanto da unidade trmica como da magntica.

Existem os disjuntores termomagnticos limitadores, que so aqueles que alm de possurem uma unidade trmica e magntica, possuem um sistema capaz de interromper as elevadas correntes de curto-circuito antes que elas atinjam o seu valor de pico.

Mltiplo da corrente nominal (IN)

Tem

po de

di

spar

o

Ao do disparador trmico

Ao do disparador magntico

Faixa de tolerncia

k1 k3 k4 k2


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Por sua vez, os disparadores eletrnicos compreendem sensores de corrente, uma eletrnica de processamento dos sinais e de comando dos atuadores e apresentam uma caracterstica tempo corrente distinta.

Os disjuntores so utilizados principalmente quando:

a) Espera-se ocorrncia peridica de curto-circuito;

b) Deseja-se o desligamento de todas as fases com o desligamento automtico;

c) For necessrio o religamento imediato aps o desligamento, desde que eliminado o defeito;

d) desejado o comando a distncia

Disjuntores em caixa moldada

Os disjuntores em caixa moldada so, atualmente, o tipo mais comum de disjuntor de baixa tenso (instalaes cuja tenso no ultrapassa 1000 V). Os disjuntores abertos so utilizados em instalaes de maior porte. Dentre os disjuntores em caixa moldada destacam-se os chamados minidisjuntores, que apresentam correntes nominais na faixa de 5 a 100 A e so utilizados principalmente na proteo de circuitos terminais, na proteo e comando de certos equipamentos (por exemplo, condicionadores de ar tipo janela) e na proteo de circuitos de distribuio divisionrios. Pode-se agrup-los em duas famlias, no que diz respeito filosofia da proteo:

Disjuntores tipo norte-americano (NEMA), cujo disparo magntico vinculado parte

construtiva e tm o limiar de atuao magntica no muito sensvel. Possui, geralmente, mecanismo robusto, caixa de baquelite preta, disparador magntico no bobinado, sendo fixado por parafusos.

Monopolar Bipolar Tripolar

Disjuntores tipo europeu, cujo disparo magntico independente, isto , o limiar de

atuao magntica dado por um mltiplo da corrente nominal (por exemplo, 5.IN), seja qual for o valor dessa corrente. Possuem mecanismo de alta preciso, a caixa de outro material que no o baquelite, disparador magntico bobinado, e a fixao feita, geralmente, sobre trilhos DIN, embora tambm possam ser fixados por parafusos.

Monopolar Bipolar Tripolar


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No Brasil, aplica-se a norma NBR IEC 947-2 aos disjuntores de baixa tenso, quaisquer que sejam as correntes nominais e os mtodos de construo, aos disjuntores destinados proteo de motores e aparelhos sujeitos a sobrecargas e queles cuja regulagem de corrente seja acessvel ao usurio (disjuntores de caracterstica G). A Norma NBR IEC 898 trata especificamente dos disjuntores de tenso nominal inferior ou igual a 440 V, corrente nominal inferior ou igual a 125 A (minidisjuntores de caracterstica L), que so adequados proteo de circuitos de distribuio, circuitos de iluminao, de tomadas e de comando para uso em circuitos de instalaes domsticas e similares.

Caractersticas Fundamentais dos Disjuntores

As caractersticas eltricas fundamentais dos disjuntores so: Corrente nominal, Tenso nominal, Corrente convencional de atuao e Capacidade de interrupo.

Corrente nominal (IN): a corrente nominal de um disjuntor aquela que pode circular permanentemente pelo disjuntor, a uma temperatura de referncia especificada. A norma considera 30 C como temperatura ambiente de referncia. No caso de disjuntores topicalizados (disjuntores fabricados para operarem com uma temperatura ambiente de at 50 C), possvel utilizar toda a capacidade de corrente nominal do disjuntor, enquanto que no caso dos disjuntores no topicalizados (fabricados para operarem com uma temperatura ambiente de at 20 C), recomenda-se utilizar apenas 70% de sua capacidade de corrente nominal;

Tenso nominal: aquela segundo a qual esto referidas a capacidade de interrupo e as demais caractersticas nominais do disjuntor;

Corrente convencional de atuao (I2): a corrente convencional de atuao definida

em funo da corrente nominal e das caractersticas do disjuntor. Para disjuntores regidos pela IEC 60947-2 I2 = 1,30 IN. Para disjuntores regidos pela IEC 60898, I2 = 1,45 IN ;

Capacidade nominal de interrupo (ICN): a mxima corrente presumida de

interrupo de valor eficaz, que o disjuntor pode interromper, operando dentro de suas caractersticas nominais de tenso e freqncia, para um fator de potncia determinado;

Princpio de funcionamento de um disjuntor

Borne superior

Disparador trmico bimetlico

Contato mvel

Contato fixo

Bobina de desligamentomagntico

Cmara de extino

Borne inferior

Alavanca de manobra

Mecanismo de conexo/desconexo


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Devido s suas principais caractersticas o disjuntor um equipamento complexo devido

principalmente a sua capacidade de interrupo. Apresenta-se abaixo um esquema simplificado o

princpio de funcionamento de um disjuntor.

Um mecanismo movimentado por uma fora externa (alavanca ou motor), acionando um bloco de

contato, ao mesmo tempo em que distende um jogo de molas (M). Ao fim do curso dos contatos.

Uma trava mantm os contatos fechados e o conjunto de molas se distendidas. Qualquer comando


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no disparador retira a trava, liberando o mecanismo, que provocara a separao brusca dos

contatos, por efeito de liberao das molas. Na interrupo da corrente que ocorre durante o

perodo de abertura tem um valor mximo eficaz denominado capacidade de interrupo do

disjuntor que um valor sempre em kA, que representa o maior valor eficaz simtrico que o

disjuntor pode interromper com plena segurana para o operador e equipamento.

Classificao dos disjuntores

Os disjuntores so classificados em trs tipos:

(a) Disjuntor Standard

O princpio de funcionamento do disjuntor Standard onde a sua capacidade de interrupo

(velocidade de abertura dos contatos exercida exclusivamente pelas foras das molas de disparo).

Os disjuntores Standard mais modernos tm um tempo total de corte bastante reduzido (20 ms).

Entretanto devemos observar as informaes dos fabricantes para cada tipo de disjuntor em suas

funes especficas.

(b)Disjuntor Limitador

medida que o nvel de curto-circuito aumenta num sistema eltrico, disjuntores com capacidades

maiores devero ser projetados para atender a condio do sistema. Entretanto, existem sistemas

eltricos com nveis de curto-circuito to elevados que no se encontra comercialmente disjuntores

Standard com esta caracterstica, pois necessitaramos um mecanismo e tcnicas de disparo

economicamente inviveis na sua construo. Para aumentar a capacidade de interrupo sem

aumentar exageradamente o tamanho do disjuntor, introduziu-se uma srie de modificaes

construtivas, visando aproveitar o fluxo magntico de interrupo/extino. Basicamente um

disjuntor Standard com estas modificaes construtivas, sendo a mais significativa a alterao no

formato das peas de contato.

(c) Disjuntor Seletivo

Para garantir a seletividade em disjuntores instalados em srie na condio de curto-circuito,

necessrio que o tempo total de interrupo do disjuntor mais prximo do defeito, seja menor que

o tempo mnimo de impulso do disjuntor imediatamente a montante. Sendo esta condio difcil de

ser obtida com a utilizao de disjuntores Standard ou Limitador. Com o advento da eletrnica,

conseguiu-se obter a seletividade entre disjuntores. A tcnica de regular o tempo de atuao do

disparador eletromagntico, intercalando-se um circuito RC, que retarda o sinal de desligamento.


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Dimensionamento dos Disjuntores de Baixa Tenso

A seleo e ajuste dos disjuntores deve ser feita considerando-se os requisitos previstos

pela NBR 5410. Para tanto, utilizam-se os seguintes dados:

Corrente de projeto (IB); Corrente presumida de curto-circuito; Durao do curto-circuito; Tipo de condutor; Maneira de instalar; Agrupamento de circuitos; Corrente nominal do condutor (IZ); Temperatura ambiente; Caractersticas da carga.

Coordenao da Proteo contra Sobrecorrentes

Uma exigncia bsica da proteo contra sobrecorrentes, seja a sobrecorrente de sobrecarga ou de curto-circuito, que haja coordenao entre o dispositivo encarregado da proteo e os condutores do circuito a ser protegido, conforme ilustra a Figura 2. As condies descritas nas normas e aqui apresentadas, garantem o atendimento dessa condio.


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Figura 2. Coordenao entre as curvas tempo corrente dos condutores e disjuntor:

(a) sobrecorrente de sobrecarga, (b) sobrecorrente de curto-circuito.

Critrios da Proteo contra Correntes de Sobrecarga

Segundo a NBR 5410, as caractersticas de funcionamento de um dispositivo protegendo um circuito contra correntes de sobrecarga devem satisfazer s seguintes condies:

1. A corrente nominal ou de ajuste da unidade trmica do disjuntor, IN, deve ser igual

ou superior corrente de projeto do circuito, IB;

2. A corrente nominal ou de ajuste da unidade trmica do disjuntor, IN, deve ser igual

ou inferior capacidade de conduo do condutor, IZ;

3. A corrente convencional de atuao do disjuntor, I2, deve ser igual ou inferior a 1,45

vezes a capacidade de conduo de corrente do condutor, IZ.

Ou seja: ZNcirc III

ZII .45,12

Contudo, para disjuntores regidos pela NBR IEC 60898 ou NBR IEC 60947-2

suficiente cumprir somente a primeira condio.

corrente

tem

po

Curva do Condutor

Curva do Disjuntor

(b) corrente

Tem

po

Curva do Condutor

Curva de atuao do Disjuntor

(a)


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Corrente convencional de atuao e no atuao de um disjuntor

Tipo Corrente nominal

Corrente convencional de no atuao

Corrente convencional de atuao

Disjuntor de caixa moldada tipo G

Todas 1,05 x In 1,35 x In

Disjuntores em geral

In 63 A 1,05 x In 1,35 x In In > 63 A 1,05 x In 1,25 x In

Disjuntor de caixa moldada tipo L

In < 10 A 1,5 x In 1,90 x In 16 A e 25 A 1,4 x In 1,75 x In In > 25 A 1,3 x In 1,6 x In

Corrente NOMINAL( In) : Valor para o qual o disjuntor no atua. Valores usuais de In: 6 10 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 A.

Corrente convencional de no atuao: valor para o qual o disjuntor no deve funcionar durante o tempo convencional. Corrente convencional de atuao: Valor para o qual o disjuntor deve funcionar antes de terminar o tempo convencional. Poder de corte ou capacidade de interupo : corrente mxima de curto-circuito que o disjuntor capaz de interromper sem se danificar. Os poderes de corte estipulados normalizados so: 1,5 3 4,5 6 10 KA

Caracterstica L adequada para circuitos de distribuio, circuitos de iluminao, de tomadas e comandos Caracterstica G So aqueles utilizados para proteo de aparelhos motores sujeitos a sobrecargas

Critrios da Proteo contra Correntes de Curto-Circuito

A caracterstica de funcionamento de um dispositivo protegendo um circuito contra curto-circuito deve satisfazer as seguintes condies:

1. A quantidade de energia (integral de Joule t

dtI0

2 ) que o dispositivo deixa passar

durante o curto circuito deve ser inferior ou igual quantidade de energia necessria para aquecer o condutor desde a temperatura mxima para servio contnuo at a temperatura limite de curto-circuito ( 22 .SK ), o que pode ser indicado pela seguinte expresso:

22

0

2.SKdtI

t


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O valor de K dado na abaixo, S a seo transversal do condutor em mm2 e t o tempo de durao do curto-circuito, em segundos.

2. A capacidade de interrupo do disjuntor, IID, deve ser igual ou superior corrente de curto-circuito presumida no ponto de instalao do disjuntor, ICC.

Em suma:

222 .. SKtICC <

CCID II

Curvas caractersticas de um disjuntor

de extrema importncia na especificao do Disjuntor conhecer a natureza da carga, assim escolhendo a melhor Curva de disparo. O disjuntor deve proteger a instalao, porm sem provocar disparo intempestivo.


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Caracteristicas da Curva B O disparador magntico durante o curto-circuito atua entre 3 e 5 x In (corrente nominal). Destinado a proteo dos condutores que alimentam cargas de natureza resistiva. (Ex: Chuveiros, Aquecedores, Lampadas Incandescentes, etc).

Caractersticas da Curva C Destinado a proteo dos condutores que alimentam cargas de natureza indutiva. (Ex.:Motores, Eletrobombas, Compressores, etc).

Caracteristicas da Curva D 0 disparador magntico atua entre 1 0 e 50 x In (corrente nominal). Destinado a proteo dos condutores que alimentarn cargas de natureza fortementem indutiva. (Ex: Transformadores e demais cargas com elevada corrente de partida. Acima de 1OxIn (corrente nominal).

Na prtica as Curvas destinadas para proteo das instalaes eltricas

residencial contra curtos-circuitos,so as Curvas B e C.


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EXEMPLO PRTICO DE DIMENSIONAMENTO

Calcule TODA a proteo no quadro de cargas.

Informaes de projeto:

- Instalao embutida em alvenaria com eletrodutos de PVC corrugado

- Tenso dos circuitos: 127 Vca 60 Hz - monofsico

- Temperatura ambiente 35oC

- Cabo utilizado de PVC /70 oC singelo Pirastic antiflan da Prysmian

- Queda de tenso utilizada de 4%

2 2 21 32

5 5 5

Microondas

1

1

2 3 2 3

4 5 55

5

100 w 100 w 100 w 60 w

60 w 60 w 60 w

45

4

(1)

(4)Chuveiro

CIRCUITO

1

2

3

4

5

ILUMINAO ( W )60 100

---- ---

3 ---

---- ---

---- ---

1 3

TOMADAS ( W )100 4000

---- 1

---- ---

8 ---

---- ---

---- ---

6200

---

---

---

1

---

POTENCIA

4000

180

800

6300

360

I ( A ) CABOmm2

DISJ.( A )

COMP.(metros)

23

30

34

28

24

3

Funo

Microondas

Iluminao

Tomadas

Chuveiro

Iluminao

Eletroduto1

Eletroduto2

CIRCUITO 1

Calculo do condutor A Pelo critrio da mxima corrente 1 Identificao da instalao Maneira de instalar Tabela 33 da NBR 5410 / 2004 Mtodo de instalao nmero 7 Mtodo referencia B1 2 Clculo da corrente do circuito


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3 Clculo da corrente de projeto (Ib)

Para calcular a corrente de projeto, devem ser levados em conta os fatores de instalao, que so:

Fator temperatura Tabela 40 NBR 5410 /2004 Para temperatura de 35 oC , cabo de PVC Fator de 0,94 Fator agrupamento Tabela 42 NBR 5410 / 2004 Para o pior caso que a sada do circuito do quadro temos 1+2 = 3 circuitos.

Desta forma o fator ser de 0,70

Neste caso a corrente de projeto de :

Com o valor da corrente de projeto temos agora que achar um condutor que suporte esta

corrente na tabela de ampacidade dos condutores na NBR 5410 ( Tabelas 36,37,38 e 39)

conforme definido no modo de instalao.

Como para o problema foi verificado o modo de instalar B1 com cabo de PVC usaremos a

tabela 36.

Desta forma o cabo que suporta 47,86 A, maneira de instalar B1/2 condutores carregados

o de 10 mm2, que suporta 57 A.

B Pelo critrio da queda de tenso Podem ser utilizados vrios mtodos de clculo. Usaremos neste exerccio a seo mnima em funo da queda de tenso estipulada no projeto que de 4% Para circuitos monofsicos temos que:

, o valor comercial do cabo ser de 6 mm2.

Escolheremos, portanto o cabo de 10 mm2 pelo critrio da mxima corrente.

Clculo da proteo do circuito

1 critrio Icirc I disjuntor IZ

31,5 A I disjuntor 57 x 0,94 x 0,70 = 37,5 A

Para achar o disjuntor correto devemos procurar no catlogo do fabricante a ser utilizado,

um de capacidade nominal que satisfaa a equao.


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Utilizaremos um disjuntor de 35 A, escolhido da curva desta apostila.

2 critrio I2 1,45 x IZ

Para disjuntores de capacidade inferior a 63 A , o valor de I2 de ( In x 1,35)

Assim a equao deve ser atendida para:

1,35 x 35A 1,45 x 37,5

47,25 A < 54,37

A Equao esta atendida

3 critrio Suportabilidade do curto-circuito

Tempo mximo que o condutor suporta dado pela equao: I2.t K2.S2

Assim, para este caso especfico, o tempo mximo ser de:

14,69 segundos.

Isto significa que o condutor de 10 mm2 suporta uma corrente de 300 A por um perodo de

14,69 segundos.

Temos agora que verificar em quanto tempo o disjuntor escolhido ( de 35 A) desliga, com

uma corrente de 300 A.

Para tanto basta entrar na curva caracterstica do disjuntor com 300 A e ir at onde

encontra a curva de desarme e verificar o tempo correspondente.

350 A35 A 70 A

0,004

Notar que a curva caracterstica serve para

vrias correntes e, portanto se trata de

mltiplos da corrente do disjuntor

escolhido. Assim onde lemos:

1 equivale a 35 A

2 equivale a 70 A

10 equivale a 350 A

Olhando no grfico podemos ler:

300 A Tempo de desarme menor do que

0,004 segundos.

Como o cabo suportara 14,69 segundo

conclumos que o disjuntor desarma bem

antes do que o limite suportvel pelo cabo.

3 - Disjuntores

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