Curso de Eletricidade Predial

Curso de Eletricidade Predial
Unidade 3 | Texto complementar II: Dispositivos de proteção
DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
Neste capítulo serão estudados os dispositivos de proteção usados em instalações prediais.
Para a complementação do estudo desse assunto, é importante que você consulte catálogos
técnicos fornecidos por fabricantes desses dispositivos, nos quais é possível obter informações
técnicas que permitem dimensionar e especificar os dispositivos de acordo com os parâmetros
do circuito.
Dispositivos de proteção
Os dispositivos de proteção dos circuitos elétricos podem ser divididos em quatro tipos:
• interruptores de corrente de fuga;
• fusíveis;
• disjuntores;
• relês térmicos.
Dispositivo Diferencial Residual (DR)
Desde dezembro de 1997, é obrigatório, em todas as instalações elétricas de baixa tensão no
Brasil, o uso do chamado dispositivo DR nos circuitos elétricos que atendam aos seguintes
locais: banheiros, cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço e áreas externas.
O dispositivo DR é um interruptor de corrente de fuga automático que desliga o circuito
elétrico caso haja uma fuga de corrente que coloque em risco a vida de pessoas e animais
domésticos e a instalação elétrica.
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Isso garante a segurança contra choques elétricos e incêndios. Apesar de se ter a sensação de
choque em caso de contato da fase com o corpo humano, não há risco de vida, caso o circuito
seja protegido por esse dispositivo. (Figuras 1 e 2)
Proteção contra choques elétricos
Proteção contra riscos de incêndios
FIGURA 1
FIGURA 2
As ilustrações a seguir representam interruptores de corrente de fuga: (Figuras 3, 4 e 5)
FIGURA 3
FIGURA 4
FIGURA 5
O interruptor de corrente de fuga possui um transformador de corrente, um disparador e um
mecanismo liga-desliga. Ele funciona comparando a corrente de entrada com a de saída. Essa
diferença é chamada de “Corrente Diferencial Residual” (IDR).
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Ideal:
IDR = 0
Real:
IDR ≠ 0 (correntes naturais de fuga)
Atuação: IDR = I∆n (corrente diferencial residual nominal de atuação) (Figura 6)
FIGURA 6
Tipos de disjuntores ou interruptores DR:
• alta sensibilidade: < 30mA
• baixa sensibilidade: > 30mA
Ele deve ser ligado de modo que todos os condutores do circuito, inclusive o neutro, passem
pelo interruptor. Isso permite a comparação entre as correntes de entrada e de saída e o
desligamento da alimentação do circuito em caso de fuga de corrente.
Aplicações
• falha em aparelhos elétricos (eletrodomésticos);
• falha na isolação de condutores;
• circuitos de tomadas em geral;
• campings, laboratórios, oficinas, áreas externas;
• proteção contra riscos de incêndios de origem elétrica;
• canteiros de obra.
Observação
O DR não desobriga o uso das proteções contra sobrecorrentes nem dispensa o aterramento
das massas.
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Veja exemplos de esquemas de ligação para interruptores de corrente de fuga nas ilustrações a
seguir: (Figuras 7 e 8)
FIGURA 7
FIGURA 8
Há interruptores projetados para operar com correntes de fuga de 500mA, porém eles só
protegem as instalações contra riscos de incêndio, não oferecendo segurança contra riscos
pessoais.
Para o dimensionamento do DR, a NBR 5410/04 diz o seguinte:
5.1.2.5 Proteção complementar por dispositivo de proteção a corrente diferencial-residual
(dispositivo DR)
5.1.2.5.1 Qualquer que seja o esquema de aterramento, devem ser objetos de proteção
complementar contra contatos diretos por dispositivos a corrente diferencial-residual
(dispositivos DR) de alta sensibilidade, isto é, com corrente diferencial-residual nominal I ∆n
igual ou inferior a 30 mA:
a) os circuitos que sirvam a pontos situados em locais contendo banheira ou chuveiro;
b) os circuitos que alimentem tomadas de corrente situadas em áreas externas à edificação;
c) os circuitos de tomadas de corrente situadas em áreas internas que possam vir a alimentar
equipamentos no exterior;
d) os circuitos de tomadas de corrente de cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de
serviço, garagens e, no geral, a todo local interno molhado em uso normal ou sujeito a lavagens.
NOTAS
1 Excluem-se, na alínea a), os circuitos que alimentem aparelhos de iluminação posicionados a
uma altura igual ou superior a 2,50 m.
2 Podem ser excluídas, na alínea d), as tomadas de corrente claramente destinadas a alimentar
refrigeradores e congeladores e que não fiquem diretamente acessíveis.
3 A proteção dos circuitos pode ser realizada individualmente ou por grupos de circuitos.
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Fusíveis
Os fusíveis são dispositivos de proteção destinados a interromper circuitos pelos quais esteja
circulando uma corrente de curto-circuito ou sobrecarga de longa duração.
Há vários modelos de fusíveis, de diversos fabricantes. Os mais usuais são os do tipo cartucho,
faca, diazed e NH. (Figura 9)
FIGURA 9
Os fusíveis são formados por um corpo de material isolante, normalmente fibra prensada ou
porcelana no qual está inserido um fio fusível de chumbo, cobre ou prata, que uma vez fundido por
sobrecarga ou curto-circuito, interrompe a corrente do circuito.
O corpo de material isolante serve de proteção contra acidentes pessoais (choques).
Os fusíveis são construídos para várias intensidades de correntes e tensão máxima de serviço
até 600 V.
O fio fusível existente no interior do fusível, chamado de elo fusível, ou lâmina fusível, é o
condutor que se funde dentro do fusível e interrompe a corrente do circuito quando há
sobrecarga de longa duração ou curto-circuito. (Figura 10)
FIGURA 10
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Quando ocorrer a queima do elo fusível, o dispositivo deverá se substituído por outro de
mesma característica.
Fusíveis de efeito rápido
Os fusíveis de efeito rápido são empregados em circuitos em que não há variação considerável
de corrente entre a fase de partida e a de regime normal de funcionamento
Esses fusíveis são ideais para a proteção de circuitos com semicondutores (diodos e tiristores).
Fusíveis de efeito retardado
Os fusíveis de efeito retardado são apropriados para uso em circuitos cuja corrente de partida
atinge valores muitas vezes superiores ao valor da corrente nominal e em circuitos que estejam
sujeitos a sobrecargas de curta duração.
Como exemplo desses circuitos podemos citar motores elétricos, as cargas indutivas e as cargas
capacitivas em geral.
Os fusíveis de efeito retardado mais comumente usados são os NH e DIAZED. (Figura 11)
FIGURA 11
Fusíveis NH
Os fusíveis NH suportam elevações de tensão durante um certo tempo sem que ocorra fusão.
Eles são empregados em circuitos sujeitos a picos de corrente e onde existam cargas indutivas e
capacitivas.
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Sua construção permite valores padronizados de corrente que variam de 6 a 1000 A. Sua
capacidade de ruptura é sempre superior a 70 kA com uma tensão máxima de 500 V.
Construção
Os fusíveis NH são constituídos por duas partes: base e fusível.
A base é fabricada de material isolante como a esteatita, o plástico ou o termofixo.
Nela são fixados os contatos em forma de garras às quais estão acopladas molas que aumentam
a pressão de contato. (Figura 12)
FIGURA 12
O fusível possui corpo de porcelana de seção retangular. Dentro desse corpo, estão o elo
fusível e o elo indicador de queima, imersos em areia especial.
Nas duas extremidades do corpo de porcelana existem duas facas de metal que se encaixam
perfeitamente nas garras da base. (Figura 13)
FIGURA 13
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O elo fusível é feito de cobre em forma de lâminas vazadas em determinados pontos para
reduzir a seção condutora. O elo fusível pode ainda ser fabricado em prata.
Fusíveis DIAZED
Os fusíveis DIAZED podem ser de ação rápida ou retardada.
Os de ação rápida são usados em circuitos resistivos, ou seja, sem picos de corrente.
Os de ação retardada são usados em circuitos com motores e capacitores, sujeitos a picos de
corrente.
Esses fusíveis são construídos para valores de, no máximo, 200 A. A capacidade de ruptura é de
70 kA com uma tensão de 500 V.
Construção
O fusível DIAZED (ou D) é composto por: base (aberta ou protegida), tampa, fusível, parafuso
de ajuste e anel.
A base é feita de porcelana dentro da qual está um elemento metálico roscado internamente e
ligado externamente a um dos bornes. O outro borne está isolado do primeiro e ligado ao
parafuso de ajuste, como mostra afigura a seguir. (Figura 14)
FIGURA 14
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A tampa, geralmente de porcelana, fixa o fusível à base e não é inutilizada com a queima do
fusível. Ela permite inspeção visual do indicador do fusível e sua substituição mesmo sob tensão.
(Figura 15)
FIGURA 15
O parafuso de ajuste tem a função de impedir o uso de fusíveis de capacidade superior à
desejada para o circuito. A montagem do parafuso é feita por meio de uma chave especial.
(Figura 16)
FIGURA 16
O anel é um elemento de porcelana com rosca interna, cuja função é proteger a rosca metálica
da base aberta, pois evita a possibilidade de contatos acidentais na troca do fusível. (Figura 17)
FIGURA 17
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O fusível é um dispositivo de porcelana em cujas extremidades é fixado um fio de cobre puro
ou recoberto por uma camada de zinco. Ele fica imerso em areia especial cuja função é extinguir
o arco voltaico e evitar o perigo de explosão quando da queima do fusível. (Figura 18)
FIGURA 18
O fusível possui um indicador, visível através da tampa, cuja corrente nominal é identificada por
meio de cores e que se desprende em caso de queima.
Veja na tabela a seguir algumas cores e suas correntes nominais correspondentes:
Cor
Intensidade de
Cor
corrente (A)
Intensidade de
corrente (A)
Rosa
2
Azul
20
Marrom
4
Amarelo
25
Verde
6
Preto
35
Vermelho
10
Branco
50
Cinza
16
Laranja
63
O elo indicador de queima é constituído de um fio muito fino ligado em paralelo com o elo
fusível. Em caso de queima do elo fusível, o indicador de queima também se funde e provoca o
desprendimento da espoleta.
Características dos fusíveis NH e DIAZED:
As principais características dos fusíveis DIAZED e NH são:
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• Corrente nominal: corrente máxima que o fusível suporta continuamente sem
interromper o funcionamento do circuito. Esse valor é marcado no corpo de porcelana
do fusível.
• Corrente de curto-circuito: corrente máxima que deve circular no circuito e que deve
ser interrompida instantaneamente.
• Capacidade de ruptura (kA): valor de corrente que o fusível é capaz de interromper
com segurança. Não depende da tensão nominal da instalação.
• Tensão nominal: tensão para a qual o fusível foi construído. Os fusíveis normais para
baixa tensão são indicados para tensões de serviço de até 500 V em CA e 600 V em CC.
• Resistência elétrica (ou resistência ôhmica): grandeza elétrica que depende do
material e da pressão exercida. A resistência de contato entre a base e o fusível é a
responsável por eventuais aquecimentos que podem provocar a queima do fusível.
• Curva de relação tempo de fusão x corrente: curvas que indicam o tempo que o
fusível leva para desligar o circuito. Elas são variáveis de acordo com o tempo, a corrente
e o tipo de fusível, e são fornecidas pelo fabricante. Dentro dessas curvas, quanto maior
for a corrente circulante, menor será o tempo em que o fusível terá que desligar.
Veja curva típica a seguir: (Figura 19)
FIGURA 19
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Instalação
Os fusíveis DIAZED e NH devem ser colocados no ponto inicial do circuito a ser protegido.
Os locais devem ser arejados para que a temperatura se conserve igual à do ambiente. Esses
locais devem ser de fácil acesso para facilitar a inspeção e a manutenção.
A instalação deve ser feita de tal modo que permita seu manejo sem perigo de choque para o
operador.
Dimensionamento do fusível
A escolha do fusível é feita considerando-se a corrente nominal da rede, a malha ou circuito que
se pretende proteger. Os circuitos elétricos devem ser dimensionados para uma determinada
carga nominal dada pela carga que se pretende ligar.
A escolha do fusível deve ser feita de modo que qualquer anormalidade elétrica no circuito fique
restrita ao setor onde ela ocorrer, sem afetar os outros.
Para se dimensionar um fusível, é necessário levar em consideração as seguintes grandezas
elétricas:
• corrente nominal do circuito ou ramal;
• corrente de curto-circuito;
• tensão nominal.
Disjuntores
Disjuntores são dispositivos de manobra e proteção com capacidade de ligação e interrupção de
corrente quando surgem no circuito condições anormais de trabalho, como curto-circuito ou
sobrecarga. (Figura 20)
FIGURA 20
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O disjuntor é composto das seguintes partes:
• caixa moldada feita de material isolante na qual são montados os componentes;
• alavanca liga-desliga por meio da qual se liga ou desliga manualmente o disjuntor;
• extintor de arco ou câmara de extinção, que secciona e extingue o arco que se forma
entre os contatos quando acontece sobrecarga ou curto-circuito;
• mecanismo de disparo que desliga automaticamente o disjuntor em caso de anormalidade
no circuito;
• relê bimetálico que aciona o mecanismo de disparo quando há sobrecarga de longa
duração;
• relê eletromagnético que aciona o mecanismo de disparo quando há um curto-circuito.
(Figura 21)
FIGURA 21
O disjuntor inserido no circuito funciona como um interruptor. Como o relê bimetálico e o
relê eletromagnético são ligados em série dentro do disjuntor, ao ser acionada a alavanca ligadesliga, fecha-se o circuito que é travado pelo mecanismo de disparo e a corrente circula pelos
dois relês. (Figura 22)
FIGURA 22
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Havendo uma sobrecarga de longa duração no circuito, o relê bimetálico atua sobre o
mecanismo de disparo abrindo o circuito. Da mesma forma, se houver um curto-circuito, o relê
eletromagnético é que atua sobre o mecanismo de disparo abrindo o circuito instantaneamente.
Quando ocorrer o desarme do disjuntor, basta acionar a alavanca de acionamento para que o
dispositivo volte a operar, não sendo necessária sua substituição como ocorre com os fusíveis.
Quanto às características elétricas, os disjuntores podem ser unipolar, bipolar e tripolar;
normalmente para correntes de 2 A, 4 A, 6 A, 10 A, 13 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 50 A,
63 A, 70 A, 80 A e outras. (Figura 23)
FIGURA 23
Eles possuem disparo livre, ou seja, se a alavanca for acionada para a posição ligada e houver um
curto-circuito ou uma sobrecarga, o disjuntor desarma.
Observação
O disjuntor deve ser colocado em série com o circuito que irá proteger.
O tempo de disparo da proteção térmica (ou contra sobrecarga) torna-se mais curto quando o
disjuntor trabalha em temperatura ambiente elevada. Isso ocorre normalmente dentro do
quadro de distribuição. Por isso, é necessário dimensionar a corrente nominal do disjuntor, de
acordo com as especificações do fabricante, e considerando também essa situação.
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Características Técnicas
• Corrente nominal (In): valor eficaz da corrente de regime contínuo que o disjuntor
deve conduzir indefinidamente, sem elevação de temperatura acima dos valores
especificados.
• Corrente convencional de não atuação (Ina): valor especificado de corrente que
pode ser suportado pelo disjuntor durante um tempo especificado (tempo convencional).
• Temperatura de calibração: temperatura na qual o disparador térmico é calibrado.
Normalmente são utilizadas as temperaturas de 20, 30 ou 40ºC. (Figura 24)
FIGURA 24
•
• Tensão nominal (Un): valor eficaz da tensão pelo qual o disjuntor é designado e no qual
são referidos outros valores nominais. Esse valor deve ser igual ou superior ao valor
máximo da tensão do circuito no qual o disjuntor será instalado.
• Capacidade de interrupção (Icn): valor máximo que o disjuntor deve interromper sob
determinadas tensões e condições de emprego. Esse valor deverá ser igual ou superior à
corrente presumida de curto-circuito no ponto de instalação do disjuntor.
• Curvas de disparo: as curvas de disparo B, C e D correspondem à característica de
atuação do disparador magnético, enquanto que a do disparador térmico permanece a
mesma. (Figura 25)
B: 3 a 5 x In
C: 5 a 10 x In
Existem ainda as
curvas Z, K, MA.
C: 10 a 14 x In
FIGURA 25
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Relês térmicos
Esse componente é também denominado de relê bimetálico. Sua função básica é proteger
motores ou outros equipamentos contra aquecimento demasiado produzido por sobrecarga.
Protege também os motores trifásicos em caso de funcionamento bifásico, ou seja, se faltar uma
fase por um motivo qualquer, o motor continuará funcionando, mas ocorrerá uma elevação da
corrente das outras duas fases. Essa elevação da corrente provocará um aquecimento do relê,
interrompendo o circuito.
O relê térmico é constituído basicamente de um bimetal, contato fixo, contato móvel e
elemento de arraste conforme ilustração a seguir. (Figura 26)
FIGURA 26
O bimetal é formado pela união de dois metais com coeficientes de dilatação diferentes.
Quando esse bimetal é aquecido, pela elevação da corrente, curva-se acionando o contato
fechado, abrindo-o.
Os dispositivos de proteção são representados pelos símbolos gráficos apresentados na tabela a
seguir conforme determina a norma NBR 5444.
Observação
Antes de substituir ou rearmar qualquer dispositivo de proteção, deve-se sanar as causas que
provocaram a interrupção do funcionamento do circuito elétrico.
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