5 – Proteção e Coordenação de Instalações Industriais

5 – Proteção e Coordenação de Instalações Industriais
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 Para que o sistema de proteção atinja a finalidade a que se propõe ele deve obedecer aos seguintes requisitos básicos:
Seletividade
É a capacidade que possui o sistema de proteção de selecionar a parte danificada do
circuito
i it e retirá‐la
ti á l de
d serviço
i sem alterar
lt
os circuitos
i it em condições
di õ normais.
i
Coordenação
Ato ou efeito de dispor dois ou mais dispositivos de proteção em série, de forma a atuarem
em uma sequência de operação preestabelecida garantindo a seletividade da proteção.
Rapidez
Capacidade
p
de resposta
p
dentro do menor tempo
p p
possível de modo a assegurar
g
a
continuidade do suprimento e a manutenção de condições normais de operação das partes
normais.
Sensibilidade
Capacidade de identificar uma condição anormal que excede um valor limite ou de pickup
para a qual inicia‐se uma ação de proteção. É a capacidade de resposta dentro de uma
faixa esperada de ajuste, ou seja, é a capacidade da proteção responder às sobrecargas e
aos curto‐circuitos para os quais foi projetada.
projetada
Confiabilidade
fi bilid d
Probabilidade de um componente, equipamento ou sistema funcionar corretamente
quando sua atuação for requerida.
requerida A confiabilidade tem dois aspectos:
1. Confiança: É a certeza de uma operação correta mediante a ocorrência de uma falta.
2. Segurança: É a certeza de não haver operação indesejada.
5 – Proteção e Coordenação – Baixa Tensão
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Curto‐circuito
Sobretensões (descargas atmosféricas)
fé i )
Sobrecarga
Limitação Limitação
através de dispositivos de proteção
p
ç
Fusíveis (Diazed e NH), disjuntores relés térmicos e
disjuntores, relés térmicos e Pára‐Raios.
5 – Proteção e Coordenação – Baixa Tensão
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 Prescrições básicas das proteções contra sobrecorrentes em instalações industriais
Sobrecarga
• Interroper as correntes de sobrecarga nos condutores dos circuitos e motores de modo a
evitar o aquecimento da isolação dos fios e enrolamento dos motores;
• Dispositivos para proteção de motores não devem ser sensíveis a corrente de carga
absorvida pelo mesmo.
• A proteção de motores deve ter características compatíveis com o regime de corrente de
partida, tempo admissível com rotor bloqueado e tempo de aceleração do motor.
Curto‐
Curto
Circuito
• Os dispositivos de proteção devem ter sua capacidade de interrupção ou de ruptura igual
ou superior ao valor da corrente de curto‐circuito presumida (calculada) no ponto de sua
instalação.
• A energia que o dispositivo de proteção deve deixar passar não pode ser superior à
energia máxima suportada pelos dispositivos e condutores situados a jusante.
• Os circuitos terminais que alimentam um só motor podem ser protegidos contra curtos‐
circuitos utilizando
utilizando‐se
se fusíveis do tipo NH ou diazed com retardo de tempo ou disjuntores
magnéticos.
Indicação de aplicação dos dispositivos de proteção para cada tipo de carga
S b
Sobrecorrentes
t
M t
Motores
F
Força, iluminação
il i ã e cargas gerais
i
Sobrecarga
Relé bimetálico com contator, disjuntor térmico
Disjuntor térmico
Curto‐circuito
Fusível do tipo Diazed e NH com retardo de tempo ou disjuntor magnético
Fusível do tipo Diazed e NH com retardo de tempo ou disjuntor magnético
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 Integral de Joule: t
 [i(t )]
2
 dt  I  T
2
cs
0
I cs : corrente de falta que atravessa o dispositivo de proteção (A)
T : Tempo de duração da corrente de falta (s)
J /   A2  s
Energia por unidade de resistência
Ic: Capacidade de corrente do cabo que nessas
condições atinge a temperatura máxima para
serviço contínuo.
Il: Valor limite da corrente para a qual o
aquecimento do condutor é adiabático, ou
seja, sem troca de calor entre o condutor e a
isolação.
A integral de joule é definida como “a energia
necessária
á i para elevar
l
a temperatura
t
t
d
de
operação em serviço contínuo até a
temperatura de curto‐circuito”.
Característica da integral de joule típica de cabos de baixa tensão.
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 A NBR 5410:2004 estabelece que a integral de joule a qual o dispositivo de proteção deve
deixar passar não deve ser superior à integral de Joule necessária para aquecer o condutor
desde a temperatura máxima de serviço contínuo até a temperatura limite de curto‐circuito, ou
seja:
K 2  S 2 : integral de joule para aquecimento do condutor desde a
temperatura máxima para serviço contínuo até a temperatura
t
[i (t )]2  dt  K 2  S 2
de curto-circuito, admitindo-se aquecimento adiabático, sendo:
0
K  115 para condutores de cobre com isolação de PVC.
K  143 para condutores de cobre com isolação de EPR ou XLPE.

S : seção do condutor (mm 2 ).
)
 Para curto‐circuitos de qualquer duração, onde a assimetria da corrente não seja
significativa e para curtos‐circuitos simétricos de duração igual ou superior a 0,1s
significativa,
0 1s e igual ou
inferior a 5s, pode‐se escrever:
I cs2  T  K 2  S 2 
K2 S2
T 
I cs2
I cs : corrente de falta presumida simétrica (A)
T : Tempo de duração da corrente de falta sendo 0,1  T  5 (s)
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 Exemplo 5.1
5 1 (10.1):
(10 1): Determinar o
tempo máximo que a proteção deve
atuar quando um determinado
circuito em condutor isolado de cobre
de seção de 70mm2 tipo de isolação
PVC, é atravessado por uma corrente
de curto
curto‐circuito
circuito de valor igual a 6,5
kA.
 Exemplo 5.2 (10.2):
(
) Um CCM é
alimentado por um circuito trifásico
em condutor de cobre isolado em
PVC de
PVC,
d seção
ã de
d 95 mm2. A corrente
t
de falta é de 18300 A e a proteção
atua para essa corrente em 0,3 s.
Verificar se a isolação do condutor
suporta esta condição.
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 Proteção por dispositivo de proteção à corrente diferencial‐residual:
Fornece segurança à vida dos usuários de energia elétrica quando a instalação está
protegida por um dispositivo dimensionado para uma corrente de fuga no valor não
superior a 30 mA.
Curva tempo x corrente das reações fisiológicas dos seres humanos.
zona
1:
Não
provoca
distúrbios
perceptíveis.
zona 2: não provoca distúrbios fisiológicos
prejudiciais.
zona 3: provoca distúrbios fisiológicos
sérios, porém reversíveis, tais como parada
cardíaca, parada respiratória e contrações
musculares.
zona 4: provoca distúrbios
di ú bi
fi i ló i
fisiológicos
graves e geralmente irreversíveis, tais
como fibrilação cardíaca e parada
respiratória.
i tó i
zona 5: representa a faixa de atuação do
dispositivo de proteção DR para a corrente
de fuga de 30mA.
30mA
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 Proteção por dispositivo de proteção à corrente diferencial‐residual:
•O
princípio
básico
de
funcionamento do dispositivo DR
leva em conta que a soma das
correntes que circulam nos
condutores de fase e de neutro é
nula,
l
gerando
d desta
d
f
forma,
um
campo magnético nulo.
• O DR não deve envolver,
envolver em
nenhuma hipótese, o condutor de
proteção PE.
Dispositivo DR instalado em um circuito trifásico
Nota: De acordo com a NBR 5410:2004, qualquer que seja o esquema de aterramento deve
ser objeto de proteção complementar contra contatos diretos por dispositivos à corrente diferencial residual de alta sensibilidade, isto é, com corrente diferencial‐residual nominal igual ou inferior a 30 mA.
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
 Relés Térmicos de Sobrecarga:
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 Tempo de Atuação da unidade térmica:
I
M c
Ia
I a : Corrente de ajuste da unidade térmica (A)
I c : Corrente "sentida" pelo relé (A).
M : Múltiplo da corrente ajustada
ajustada.
 Ajuste do relé de sobrecarga:
 Serviço Contínuo do motor (S1):
1. I a  I c
2.
I a  I nc
3.
Trb  Tar  Tpm Condição de partida do motor
I nc : Corrente nominal do condutor (A).
M
Característica de atuação do relé 3UA da Siemens.
p de ppartida do motor ((s).
)
Tpm : Tempo
Trb : Tempo de rotor bloqueado (s).
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 Relés Térmicos de Sobrecarga:
 Serviço de curta duração ou intermitente (S2‐S6):
I eq 
2
2
I pm
 Tpm  I nm
 Tn
1
Tt  Tr
3
Tar corrigido  0, 25  Tar
I eq : Corrente equivalente do ciclo de carga (A).
Tn : Tempo de regime normal de funcionamento (s).
Tt  Tpm  Tn : Tempo de um ciclo de funcionamento (s).
Tr : Tempo de repouso (s).
Curva de operação de um motor em regime S4
Curva de operação de um motor em regime S4
Nota: Em determinados casos
pode‐se omitir a proteção de
sobrecarga dependendo do
regime de serviço do motor. No
entanto é sempre aconselhável
seguir
a
orientação
do
fabricante da máquina a ser
acionada.
acionada
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 A NBR 5410:2004 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 da sua isolação, dada na Tabela 3.5;
 Correntes de sobrecarga de até 1,45 vezes 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.
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 Exemplo de aplicação 5.3 (10.3): Determinar o ajuste do relé bimetálico de um motor de
50 cv, 380 V, IV polos,
l
em regime de
d funcionamento
f
S1, alimentado
l
d por um circuito em
condutor unipolar de cobre, isolação PVC, de seção igual a 25 mm2, instalado em canaleta
fechada embutida no piso. O tempo de partida do motor é de 2s.
 Exemplo de aplicação 5.4 (10.4): Determinar o ajuste do relé bimetálico de proteção de
um motor de 75 cv, IV polos, 380 V, acionado em regime intermitente tipo S4 dado na
Figura abaixo.
abaixo O tempo de partida do motor é de 3s.
3s O motor opera em condição de
sobrecarga de 10%. O condutor é do tipo unipolar, isolado em PVC, e está instalado no
interior de eletroduto , enterrado no piso.
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 Disjuntores de baixa tensão:
 Podem acumular várias funções:
• Proteção contra sobrecarga (disjuntor térmico);
• Proteção contra curto‐circuitos (disjuntor magnético);
• Comando funcional (manobra do circuito);
• Seccionamento (abertura em carga);
• Proteção contra contatos diretos.
 Parâmetros elétricos:
• Corrente nominal: circula permanentemente no disjuntor sem causar sua atuação;
• Tensão nominal: é aquela à qual estão referidas a capacidade de interrupção e as
demais características nominais do disjuntor.
• Capacidade nominal de interrupção de curto‐circuito: é a máxima corrente presumida
de interrupção, de valor eficaz, que o disjuntor pode interromper, operando dentro de
suas características nominais de tensão e frequência.
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
 Disjuntores de baixa tensão:
Característica de atuação de um disjuntor termomagnético.
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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• Região A: I ≤ Ia ‐ não existe limitação de corrente.
• Região B: Ia < I ≤ Im ‐ tempo de disparo
longo devido à temporização da unidade
té i
térmica.
• Região C: Im < I ≤ Ird ‐ tempo de disparo
curto devido à atuação sem temporização
da unidade magnética.
magnética
• Região D: I > Ird ‐ caracterizada pela
impropriedade do uso do disjuntor. Integral de joule –
ld
l disjuntores x condutor
d
d
Regiões características quanto a integral de joule
Regiões características quanto a integral de joule.
I: Corrente “sentida” pelo disjuntor;
Ia ou In: Corrente nominal ou de ajuste;
Im: Corrente de sensibilidade da unidade magnética;
Ird: Corrente de interrupção do disjuntor;
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 Disjuntores de baixa tensão: Especificação e ajuste para proteção contra sobrecarga
1) I a  I c
2) I a  I nc
3)
a) I adc  1, 45  I nc
b) I adc  I nc
4) Trb  Tad  Tpm
Por questões práticas utiliza‐se: I adc  K  I a
Condição de partida do motor
I adc : Corrente convencional de atuação do disjuntor (A).
Tad : Tempo convencional de atuação do disjuntor (s).
K : Fator de multiplicação dado pela Tabela 10.3.
Nota 1: Entende‐se por corrente convencional de atuação aquela que assegura efetivamente
a atuação do disjuntor dentro de um intervalo de tempo Tad (vide figuras anteriores).
Nota 2: A condição 3‐a) é aplicável quando for possível assumir que a temperatura limite de
sobrecorrente dos condutores (Tabela 3.5) não venha a ser mantida por um período de
tempo superior a 100 horas durante 12 meses consecutivos ou 500 horas ao longo da vida
útil do condutor. Quando isso não ocorre usa‐se a condição 3‐b).
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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• Disjuntores tipo L: Adequados à proteção de circuitos de distribuição, circuitos de iluminação,
d tomadas
de
d e de
d comando;
d
• Disjuntores tipo G: Adequados à proteção de equipamentos sujeitos a sobrecargas (motores).
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
Disjuntores em geral
Disjuntores em Caixa Moldada
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
 Disjuntores de baixa tensão: Especificação e ajuste para proteção contra curto‐circuito
1) I cs  I rd Capacidade de interrupção do disjuntor
2) Tad  Tsc Proteção da isolação do condutor
I cs : Corrente de curto-circuito trifásica simétrica (A).
Trd : Capacidade de interrupção do disjuntor (A).
Tsc : Tempo máximo em (s) que a isolação do condutor suporta para
uma corrente de curto-circuito trifásica simétrica - I sc (A).
Integral de Joule – Condição 2):
K2 S2
Tad  Tsc 
I cs2
Curva de Coordenação
de Coordenação – Disjuntor x x
Condutor
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
Disjuntores 3VU13 ‐ Siemens
Disjuntores 3VF3/5/6 ‐ Siemens
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
Disjuntores 3VF12 ‐ Siemens
Disjuntores 3VU16 ‐ Siemens
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
Disjuntores 3WN6 ‐ Siemens
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
Disjuntores da série H ‐ Siemens
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 Exemplo de aplicação 5.5 (10.5): Determinar os ajustes do disjuntor destinado à
proteção de um motor de 50 cv, 380 V, IV polos, em regime de funcionamento S1,
alimentado por um circuito em condutor unipolar de cobre, tipo de isolação PVC, de seção
igual a 25 mm2, instalado em eletroduto enterrado. O tempo de partida do motor é de 3s.
A corrente de curto‐circuito trifásica no terminal do motor é de 5 kA. Admite‐se que a
corrente de sobrecarga do condutor ao longo de sua vida útil seja controlada e não
superará 100 horas durante 12 meses consecutivos ou 500 horas ao longo da vida útil do
condutor.
d
 Exemplo
p de aplicação
p ç 5.6: Considere q
que no p
problema anterior,, a corrente de curto‐
circuito trifásica no terminal do motor seja de 40 kA. Determinar se os ajustes do disjuntor
destinado à proteção do mesmo motor e do condutor de 25 mm2 são adequados neste
caso.
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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 Fusíveis: São dispositivos destinados a proteção de circuitos elétricos e que se fundem
quando
d percorridos
d
por uma corrente de
d valor
l superior àquela
à
l para a quall foram
f
projetados.
 Classificação
Cl ifi ã IEC 60269‐2‐1
60269 2 1 (NBR 11841) utiliza
tili duas
d
l t
letras:
1ª letra faixa de interrupção
pç
• g – atuação para sobrecarga e curto‐circuito;
• a – atuação apenas para curto
curto‐circuito;
circuito;
• L/G – proteção de cabos e uso geral;
2ª letra
2ª
letra
categoria de utilização
• M – proteção de motores;
• R – proteção de circuitos com semicondutores.
• gG e gM: utilizados para proteção contra correntes de sobrecarga e curto‐circuito;
• aM: utilizados apenas para proteção contra correntes de curto‐circuito. Assim são
indicados para proteção de circuitos de motores supondo‐se que já se tenha um
dispositivo de proteção contra sobrecarga (relé térmico/bimetálico ou disjuntor
térmico);
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
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Tipos construtivos:
• NH ou Diazed do tipo com retardo;
• Os fusíveis NH e Diazed apresentam a classificação aM e portanto são largamente
utilizados na proteção de circuitos de motores contra correntes de curto‐circuito
considerando que já se tenha uma proteção contra sobrecarga.
 Os
O fusíveis
f í i aM
M são
ã dotados
d t d das
d seguintes
i t características:
t í ti
• Não devem fundir para correntes menores ou iguais a K1xIn;
• Podem fundir para correntes entre K1xIn e K2xIn;
• Devem fundir para correntes maiores que K2xIn;
5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
Característica tempo x corrente dos fusíveis tipo aM
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
Fusível NH –
NH
Zonas de Atuação
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
Fusível Diazed –
Zonas de Atuação
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
Fusível Diazed –
Zonas de Atuação
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5 – Proteção e Coordenação – Dimensionamento da Proteção
Fusível NH NH –
Zonas de Atuação
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