Proteção - UTFPR

Ministério da Educação

Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Curitiba - Pr Departamento Acadêmico de Eletrotécnica Disciplina: Laboratório de Instalações Elétricas

Curso Engenharia ELÉTRICA

Prof. Ms. Geraldo Cavalin

Nome:___________________________________ Turma:______ Data: ___/___/2019

Proteção A proteção das instalações elétricas deve ser analisada de acordo

com os seguintes aspectos:

Disjuntor Termomagnético

O disjuntor termomagnético é um dispositivo mecânico que por longos períodos permanece na condição estável de funcionamento e repentinamente é solicitado a interromper correntes dezenas ou centenas de vezes maior que a corrente nominal e no menor tempo possível. Cumpre três funções básicas:

Proteção

Proteção

contra choques

elétricos

e efeitos térmicos

DR

Sobrecorrentes (Sobrecarga e

Curto-circuito)

Sobretensões transitórias

(surtos de tensão)

DPS

Aterramento

Equipotencialização

Permitem abrir e fechar os circuitos, “operando-o como um interruptor, seccionando

somente o circuito necessário para uma eventual

manutenção” ou instalação de novos equipamentos.

Manobra manual

Contra as correntes de sobrecarga por meio do seu

disparador ou dispositivo térmico.

Proteger a fiação, ou mesmo os aparelhos

Contra as correntes de

curto-circuito por meio do seu disparador ou

dispositivo magnético.

Proteger a fiação,

-01- Laboratório de Instalações Elétricas – Prof. Ms. Geraldo Cavalin

Constituição do disjuntor O disjuntor termomagnético é constituído de diversos componentes...

Proteção contra choques elétricos e efeitos térmicos DISJUNTORES E INTERRUPTORES - DR

A NBR 5410:2004, item 5.1, apresenta o principio fundamental que norteia as medidas sobre a proteção contra choques elétricos. Esse princípio, segundo a norma, se traduz em duas premissas indissociáveis:

a. partes vias perigosas não devem se acessíveis; e b. massas ou partes condutivas acessíveis não devem oferecer perigo, seja em condições

normais, seja, em particular, em caso de alguma falha que as tornem acidentalmente vivas. Com a finalidade de atender plenamente o princípio fundamental, a norma apresenta dois tipos de proteção de caráter geral:

a. proteção básica: “Meio destinado a impedir contato com partes vivas perigosas em condições normais”; e

b. proteção supletiva: “Meio destinado a suprir a proteção contra choques elétricos quando massas ou partes condutivas acessíveis tornam-se acidentalmente vivas”.

“Os conceitos de ‘proteção básica’ e de ‘proteção supletiva’ correspondem, aos conceitos de ‘proteção contra contatos diretos’ e de ‘proteção

contra contatos indiretos’” (NBR 5410:2004). De acordo com a norma, medida de proteção contra choques elétricos “é sinônimo de

provimento conjunto de proteção básica e proteção supletiva”.

Disjuntores termomagnéticos – UNIC-Bolton e DIN. Cortesia: Pial-Legrand.

Disjuntores termomagnéticos Tipo 5SX e 5SP. Cortesia: Siemens.

Figura: Vista interna do disjuntor. Cortesia: Merlin Gerin.


São quatro as medidas que a norma determina: 1. Eqüipotencialização e seccionamento automático de alimentação; 2. Isolação dupla ou reforçada; 3. Uso de separação elétrica individual; 4. Limitação de tensão: SELV e PELV.

SELV (do inglês “separated extra-low voltage”): “Sistema de extrabaixa tensão que é eletricamente separado da terra, de outros sistemas e de tal modo que a ocorrência de uma única falta não resulta em risco de choque elétrico” (ABNT NBR 5410:2004, 3.2.6).

PELV (do inglês “protected extra-low voltage”): “Sistema de extrabaixa tensão que não é eletricamente separado da terra, mas que preenche, de modo equivalente, todos os requisitos de um SELV” (ABNT NBR 5410:2004, 3.2.7).

Dispositivo de proteção a corrente diferencial-residual

“Dispositivo de seccionamento mecânico ou associação de dispositivos destinada a provocar a abertura de contatos quando a corrente diferecinal-residual atinge um valor dado em condições especificadas” (formas abreviadas: dispositivo a corrente diferencial-residual, dispositivo diferencial, dispositivo DR). (ABNT NBR 5410:2004, 3.2.5). Ou seja, o dispositivo DR tem por função a proteção das pessoas, contra acidentes elétricos causados por falhas na instalação elétrica e por equipamentos defeituosos, e proteger o patrimônio contra incêndios. Aenção: “O termo ‘dispositivo’ não deve ser entendido como significando um produto particular, mas sim qualquer forma possível de se implementar a proteção diferencial-residual. São exemplos de tais formas: o interruptor, disjuntor ou tomada com proteção diferencial incorporada, os blocos e módulos de proteção diferencial-residual acopláveis a disjuntores, os relés e transformadores de corrente que se podem associar a disjuntores, etc”.(Nota de 3.2.5). Disjuntor diferencial residual é um dispositivo que protege: - os condutores do circuito contra sobrecarga e contra curto-circuito; e - as pessoas contra choques elétricos.

Disjuntor diferencial termomagnético DX. Cortesia: Pial-Legrand. Interruptor diferencial residual é um dispositivo que: - Liga e desliga, manualmente, o circuito; e - protege as pessoas contra choques elétricos.

Interruptor diferencial IDR. Cortesia: Pial-Legrand.

Uso do dispositivo diferencial-residual de alta sensibilidade “O uso de dispositivos de proteção a corrente diferencial-residual com corrente diferencial-residual nominal IΔn igual ou inferior a 30mA é reconhecido como proteção adicional contra choques elétricos” (ABNT NBR 5410:2004, 5.1.3.2.1.1 e nota). “A proteção adicional provida pelo uso de dispositivo diferencial-residual de alta sensibilidade visa casos como os de falha de outros meios de proteção e de descuido ou imprudência do usuário”. A Norma ABNT NBR 5410:2004, parágrafo 5.1.3.2.2,determina a obrigatoriedade o uso de dispositivo diferencial-residual de alta sensibilidade nos seguintes locais:

a. Os circuitos que sirvam a pontos de utilização 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 que, em locais de habitação, sirvam a pontos de utilização situados em cozinhas,

copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e demais dependências internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens;


DPS UNIC. Cortesia

PIAL-Legrand. DPS MTM. Cortesia MTM.

Tipos e aplicações dos dispositivos DR de alta sensibilidade “Em circuitos de corrente contínua só devem ser usados dispositivos DR capazes de detectar correntes diferenciais-residuais contínuas. Eles devem ser capazes, também, de interromper as correntes do circuito tanto em condições normais quanto em situações de falta”. Neste caso utiliza-se os dispositivos DR do tipo B. (6.3.3.2.1). “Em circuitos de corrente alternada nos quais a corrente de falta pode conter componente contínua só devem ser utilizados dispositivos DR capazes de detectar também correntes diferenciais com essa s características”. Neste caso utiliza-se os dispositivos DR do tipo A. (6.3.3.2.2.). “Em circuitos de corrente alternada nos quais não se prevêem correntes de falta que não sejam senoidais, podem ser utilizados dispositivos DR capazes de detectar apenas correntes diferenciais-residuais senoidais. Tais dispositivos podem ser utilizados também na proteção de circuitos que possuam, a jusante, dispositivos DR capazes de detectar as correntes de falta não-senoidais que os circuitos por eles protegidos possam apresentar”. Neste caso utiliza-se os dispositivos DR do tipo AC. (6.3.3.2.3).

Diversos tipos de dispositivos DR. Cortesia: Revista EM – Eletricidade Moderna.

Dispositivo de Proteção contra Surtos – DPS

A ABNT NBR 5410:2004, item 6.3.5, estabelece as prescrições para o uso e localização dos DPS. É um dispositivo de proteção conta sobretensões transitórias (surtos de tensão) “anulando as descargas indiretas na rede elétrica causados por descargas atmosféricas”. A finalidade da utilização dos DPS visa, sobretudo a segurança e à saúde das pessoas.

Aterramento do Sistema Elétrico Aterramento significa colocar instalações de estruturas metálicas e equipamentos elétricos no mesmo potencial ou estabelecer um referencial de modo que a diferença de potencial entre a terra e o equipamento ou a estrutura seja zero. “Tem também a finalidade de equalizar os potenciais das descidas (descargas atmosféricas, correntes de fuga, etc) e os potenciais no solo, devendo haver preocupação com os locais de freqüência de pessoas, minimizando as tensões de passo” (Trmotécnica). Daí a importância de se fazer um bom aterramento do sistema elétrico, para evitar que pessoas ao entrarem em contato com máquinas, equipamentos e estruturas não recebam descargas elétricas sobre elas.

Vários tipos de DPS. Cortesia ABB.


Objetivos do aterramento

1. Escoar as cargas estáticas geradas nas carcaças de equipamentos, aeronaves e caminhões com tanque de combustíveis;

2. Sistemas de pára-raios (SPDA), para proporcionar um caminho de escoamento para a terra de descargas atmosféricas;

3. Manter as correntes de falta dentro de limites de segurança de 30mA, de modo a não causar fibrilações cardíacas, facilitar o funcionamento de dispositivos DR, disjuntores e relés por justamente estabelecer a referência ao potencial zero e, também, estabelecer uma blindagem eletromagnética.

4. Usar a terra como retorno de corrente do sistema; 5. Obter uma resistência de aterramento a mais baixa possível, para correntes de falta a terra. Atenção:

1. O Sistema de Aterramento deverá ser projetado e executado por profissionais qualificados (Engenheiros Eletricistas ou Técnicos eletrotécnicos).

Com o aterramento adequado das instalações e equipamentos elétricos, no caso de falha da isolação do equipamento a corrente de falta passa pelo condutor de proteção (condutor de aterramento), ao invés de percorrer o corpo da pessoa, proporcionando segurança aos usuários.

Para a segurança o sistema de aterramento deverá ser feito conforme normas, pois num

momento de falha o sistema deve oferecer um percurso de retorno para a terra da corrente de falta, permitindo que haja o desligamento automático das instalações elétricas, evitando assim conseqüências maiores para os usuários.

Para a Instalação de equipamentos eletrônicos em geral, de modo especial computadores, CPD, etc., “o aterramento deve fornecer um plano de referência zero, sem perturbações, de tal modo que eles possam operar satisfatoriamente tanto em altas quanto em baixas freqüências” (Procobre). No caso de alimentação elétrica de computadores, o aterramento tem a função de proteger o usuário, única e exclusivamente, contra cargas elétricas estáticas e não o computador.

GLOSSÁRIO A seguir são apresentados alguns conceitos importantes sobre aterramento:

1. Tensão de Contato: “É a tensão que pode aparecer acidentalmente, quando da falha de isolação,

entre duas partes simultaneamente acessíveis” (Procobre).


2. Tensão de toque: “Se uma pessoa toca um equipamento sujeito a uma tensão de contato, pode ser estabelecida uma tensão entre mãos e pés, chamada de tensão de toque”.

“Em conseqüência, poderemos ter a passagem de uma corrente elétrica pelo braço, tronco e pernas, cuja duração e intensidade poderão provocar fibrilação cardíaca, queimaduras ou outras lesões graves ao organismo” (Procobre).

3. Tensão de Passo: Quando da queda de um condutor no solo ou uma descarga atmosférica, ocorre uma elevação de potencial em torno do ponto de contato ou eletrodo de aterramento, formando anéis chamados de distribuição de queda de tensão, que são maiores junto ao ponto de contato e ficando menores quando se distanciam do ponto.

Se a pessoa estiver em pé dentro da região dos anéis de pés juntos, provavelmente estará segura. Caso saia correndo, com passos de aproximadamente 1 metro, estará sob a influência da diferença de potencial entre dois pontos e, consequentemente fará com que haja circulação de corrente através das duas pernas, provocando acidentes graves. O correto é permanecer parado ou deslocar-se aos saltos com os pés juntos.

4. Ligação equipotencial: Ligação entre SPDA e as instalações metálicas, destinada a reduzir as diferenças de potencial causadas pela corrente de descarga atmosférica.

5. Eletrodo de aterramento: Elemento ou conjunto de elementos do subsistema de

aterramento que assegura o contato elétrico com o solo e dispersa as correntes provenientes de cargas estáticas, falhas de isolação, descarga atmosférica, etc., para a terra.

6. Eletrodo de aterramento em anel: Eletrodo de aterramento formando um anel fechado em volta da estrutura.

7. Eqüipotencialização: “É o procedimento que consiste na interligação de elementos específicos (todos os barramentos e infra-estrutura), visando obter a eqüipotencialização para os fins desejados”. Tem a função de “proteção contra choque elétricos e contra sobretensões e perturbações eletromagnéticas. Uma determinada eqüipotencialização pode ser satisfatória para proteção contra choques elétricos, mas insuficiente para proteção contra perturbações eletromagnéticas” (ABNT NBR 5410:2004, item 3.3.1).

Atenção:

1. Para evitar choques do chuveiro elétrico é importante que o fio terra do equipamento seja conectado diretamente ao aterramento da residência.

2. A falta de aterramento ou aterramento mal dimensionado é causa de acidentes graves. O aterramento correto é feito com haste de cobre.

Vpasso


Fusíveis

Os fusíveis são dispositivos que protegem os circuitos contra danos causados por sobrecorrentes (correntes de sobrecargas e correntes de curto-circuito). De todos os dispositivos de proteção é o mais simples construtivamente. O fusível é um pedaço de fio geralmente de cobre ou estanho que queima ou "funde" quando a corrente ultrapassa um determinado valor.

Diversos tipos de fusíveis.

Classificação dos fusíveis

a. Segundo a tensão de alimentação: baixa tensão ou alta tensão; b. Segundo a característica de desligamento: efeito rápido e retardado;

Rápidos (fast blow): destinam-se circuitos onde não ocorre variação considerável de corrente entre a fase de partida e a de regime normal de funcionamento, cujo tempo de fusão é na ordem de centésimos de segundo .

Ex.: Cargas resistivas, cargas que funcionam com semicondutores. Retardados (slow blow): Destinam-se a circuitos onde a corrente de partida é várias vezes

superior a corrente nominal. Ex.: Motores, reatores, etc.

Alerta: Constitui um ato criminoso, o uso de artifícios para substituir os fusíveis, agindo-

se deste modo podemos provocar danos incalculáveis: se eles estão se queimando com freqüência, alguma coisa está errada. Procure a causa.

c. Categoria de utilização: gL/gG, aM e gR/aR.

gL/gG – Proteção de Instalações elétricas em geral. gM/aM – Proteção de motores.

gR/aR – Proteção de dispositivos eletrônicos. Alerta Na medida do possível substitua os fusíveis tipo rolha, cartucho ou faca, com invólucro de papelão, por fusíveis mais seguros com invólucro de porcelana. Constituição do fusível Diazed


Dispositivo de proteção: Relé sobrecarga O relé de sobrecarga é um dispositivo que tem a finalidade de proteger, controlar ou comandar um circuito elétrico, atuando sempre pelo efeito térmico provocada pela corrente elétrica e proteção contra falta de fase. São utilizados principalmente na proteção de motores elétricos constituindo uma proteção contra sobrecarga. Os relés bimetálicos de sobrecarga são acoplados em série a contatores eletromagnéticos.

Quanto ao princípio de funcionamento pode ser: Térmico ou bimetálico e eletrônico.

Tabela: Fusíveis Diazed e Silized. Siemens

Tamanho In (A)

Diazed Silized

D II 2 4 6

10 16 20 25

16 20 25 30

D III 35 50 63

35 50 63

D IVH 80* 100*

80 100

* Somente reposição.

Tensão Nominal Diazed=500 Vca/220 Vcc Silized=500 Vca/500Vcc

Capacidade de

interrupção nominal Diazed=70kA até 500Vca 100kA até 220Vcc Silized= 50kA até 500Vca 8kA até 500Vcc

Tabela: Fusíveis NH. Siemens.

Tamanho

In (A) Tamanho

In (A)

000 6 10 16 20 25 32 40 50 63 80 100

2 224 250 315 355 400

00 125 160

3 400 500 630

1 40 50 63 80 100 125 160 200 224 250

4 800 1000 1250

Vn = 500Vca/250Vcc Capacidade de interrupção nominal: 120 kA-500Vca; 100kA-250 Vcc.

Tabela: Fusíveis Neozed e Minized. Siemens.

Tamanho In (A)

Neozed Minized

D 01 2 4 6 10 16

2 4 6 10 16

AC-22 16A – 63A

AC-23

10A – 50A

D 02 20 25 35 50 63

20 25 35 50

AC-22=63A AC-23=50A

Tensão Nominal Neozed=400 Vca/250 Vcc Minized=400 Vca

Capacidade de

interrupção nominal Neozed=50kA até 400Vca 8kA até 250Vcc

Corrente presumida

de curto-circuito Minized = 50 kA.

Tabela: Fusíveis cilíndricos e cilíndricos ultra-rapídos. Siemens

Dimen. (mm)

Cilíndrico Cilíndrico Ultra rápido

In (A) In (A)

10 x 38 1 2 4 6 8

10

12 16 20

251)

321)

3 5 6 8

10 12

16 20 25 32

14 x 51 2 4 6 8

10 12

16 20 25 32 40

501)

1 2 3 4 5 6

10

15 20 25 30 32 40 50

22 x 58 8 10 12 16 20 25

32 40 50 63 80

1001)

20 25 32 40 50 63

80 100

Cat. utilização gG/aM aR

Tensão nominal(V)

500 Vca Para proteção de semicondutores

Capacidade de interrupção niminal

100 kA ~50kA


Funcionamento do relé de sobrecarga bimetálico “O funcionamento do relé de sobrecarga bimetálico baseia-se no princípio da dilatação linear de dois materiais diferentes quando acoplados rigidamente. O material de maior coeficiente de dilatação é denominado componente ativo enquanto o de menor coeficiente é denominado componente passivo. A curvatura de um bimetal numa dada temperatura depende da diferença entre os dois coeficientes e tende sempre para o lado do material de menor coeficiente.

Funcionamento do bimetal. Fonte: www.feiradaciencia.com.br

O relé de sobrecarga bimetálico pode ser dividido em dois circuitos fundamentais: - Circuito principal ou de potência; e - Circuito auxiliar ou de comando.

No circuito principal a corrente do motor circula através de lâminas bimetálicas e de resistências auxiliares que envolvem estes bimetais. Estas resistências variam de acordo com a faixa de operação do relé.

A corrente nominal aquece os bimetais provocando uma deformação não suficiente para desarmar o relé.

Quando ocorre uma sobrecarga, esta se reflete num aumento de corrente fazendo com que os bimetais se desloquem desarmando o relé.

A interligação dos dois circuitos é feita por uma alavanca mecânica acionada pelos bimetais. O Circuito auxiliar é composto de: - Contato do tipo reversor, por onde circula a corrente de comando (alimentação da bobina do

contator); - Botão de regulagem tipo “came” através do qual é feito o ajuste de corrente; - Botão de rearme que tanto pode ser acionado manualmente como pode ser fixado em

posição de rearme automático através de dispositivo de trava; e - Bimetal de compensação de temperatura que proporciona ao relé operar, de -20 a 60ºC,

sobre uma mesma curva de desarme. Este bimetal desloca-se conforme a temperatura ambiente de forma favorável ou desfavorável à regulagem do came. Representação esquemática do relé de sobrecarga


Disjuntor Motor

Disjuntor motor é um dispositivo de proteção para o circuito principal. Eles combinam controle e proteção do motor em um único dispositivo. São basicamente utilizados para ligar e desligar os motores manualmente e protege os motores e as instalações sem fusíveis contra curto circuito, sobrecarga e falta de fase. Proteção sem fusível com um disjuntor motor economiza custos, espaço e assegura uma reação rápida em condições de curto circuito, através do desligamento do motor em milisegundos.

Possuem alta capacidade de interrupção, permitindo sua utilização mesmo em instalações com elevado nível de corrente de curto-circuito. Asseguram total proteção ao circuito elétrico e ao motor através de seus disparadores térmico (ajustável para proteção contra sobrecargas e dotado de mecanismo diferencial com sensibilidade a falta de fase) e magnético (calibrado para proteção contra curtos-circuitos).

Disparadores Magnético - Através do disparador magnético, os MPW´s oferecem proteção contra curto-

circuito da instalação e do motor, com disparo fixo em 13 vezes a máxima corrente da faixa de ajuste do disjuntor-motor.

Térmico - O disparador térmico é ajustável e responsável pela proteção contra sobrecarga e sensibilidade contra a falta de fase da instalação e do motor conforme IEC60947-4-1, classe de disparo 10.


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