8. Protecção contra sobreintensidades Aspectos gerais

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1 8 Prtecçã cntra sbreintensidades 8 Aspects gerais As redes de distribuiçã de energia eléctrica em baixa tensã pderã ser sujeitas a cndições anrmais de funcinament que se traduzem, cm frequência, em elevações d valr da intensidade de crrente veiculada pela canalizaçã em relaçã a valr da intensidade de crrente de serviç que fi utilizad cm base para dimensinament da instalaçã Em terms regulamentares s regimes de funcinament em que a intensidade de crrente é mais elevada que a intensidade de crrente de serviç sã denads de sbreintensidades send, pr utr lad, subdividids em sbrecargas e curt-circuits As sbrecargas crrespndem a situações em que a sbreelevaçã da intensidade de crrente em relaçã a valr de serviç é pequena Em geral, as instalações eléctricas pdem suprtar estes regimes durante algum temp sem sfrerem qualquer deteriraçã mas, em td cas, eles deverã ser detectadse interrmpids se persistirem as situações de curt-circuit a intensidade de crrente assume valres bastante elevads pel que s aparelhs de prtecçã deverã actuar muit rapidamente A secçã, Artigs 7 a 3, d Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã é dedicada à prtecçã de instalações eléctricas cntra sbreintensidades este âmbit, Artig 7 indica que "s cndutres de fase das redes de distribuiçã serã prtegids cntra sbreintensidades pr mei de crtacircuits fusíveis u disjuntres cm características adequadas" e que " neutr nã deverá pssuir qualquer aparelh de prtecçã" Os Artigs 8 e 9 sã dedicads à prtecçã cntra sbrecargas, s Artigs 30 e 3 referem-se à prtecçã cntra curtcircuits e Artig 3 cntém um cnjunt de indicações relativas à crdenaçã entre a prtecçã cntra sbrecargas e a prtecçã cntra curt-circuits 8 ndiçã de prtecçã cntra sbrecargas O Artig 8 d Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã estabelece as cndições que deverã ser satisfeitas para que um aprelh de prtecçã prteja uma instalaçã cntra sbrecargas Assim, "as características de funcinament ds aparelhs de prtecçã cntra sbrecargas deverã satisfazer simultaneamente as seguintes cndições:" (8) n f,45 (8) estas expressões, n, f e pssuem significad que tem vind a ser utilizad a lng deste text Estas cndições traduzem-se graficamente n esquema representad na igura 8 36

2 crrente de serviç calibre, crrente nal u de regulaçã da prtecçã, n crrente máxima admissível crrente cnvencinal de funcinament da prtecçã, f,45 igura 8 - aracterísticas ds aparelhs de prtecçã cntra sbrecargas A impsiçã da primeira cndiçã (8) deve-se à necessidade de detectar e cnsiderar cm anómalas situações em que a intensidade de crrente veiculada pela canalizaçã é superir à intensidade de crrente de serviç, pr um lad, e à necessidade de garantir que aparelh de prtecçã nã actua para regime de funcinament crrespndente à crrente de serviç, pr utr Estes bjectivs pdem ser cnseguids se a crrente nal u calibre d aparelh de prtecçã, fr superir a embrem-ns, a prpósit, que n crrespnde a valr da crrente que aparelh de prtecçã pde suprtar em regime permanente sem actuar Pr utr lad, n deverá ser inferir à crrente máxima admissível na canalizaçã, m efeit, deverá assegurar-se que situações em que a crrente veiculada pela canalizaçã sejam superires a sejam cnsideradas anrmais levand, prtant, à actuaçã d aparelh de prtecçã A segunda cndiçã (8) crrespnde a cnsiderar que situações em a crrente veiculada pela canalizaçã é 45% superir a crrespndam a sbrecargas suficientemente imprtantes para se garantir que aparelh de prtecçã actue num temp nã superir a cnvencinal Repare-se, cm efeit, que f crrespnde exactamente à intensidade de crrente que deverá percrrer aparelh de prtecçã de md que este actue num temp nã superir a temp cnvencinal Estas duas cndições, a verificar em simultâne, deverã ser avaliadas utilizand a crrente de serviç na canalizaçã,, e a crrente máxima admissível,, assciada a valr da secçã ds cndutres que resultu da verificaçã das cndições de aqueciment e de queda de tensã e à cnsideraçã, eventual, ds aspects ecnómics referids n pnt 6 st significa que, chegads a este pnt d prblema de dimensinament encntram-se dispníveis valres para e e prtant, também, para,45 Resta, assim, cnsultar as tabelas cntend as características nrmalizadas ( n, nf, f ) de fusíveis u disjuntres e seleinar aparelh que pssua um par de valres n, f que satisfaça em simultâne as cndições (8) e (8) A este respeit, as Tabelas 8 e 8 cntêm s valres nrmalizads das características de fusíveis e disjuntres nrmalmente utilizads nas redes de distribuiçã de energia eléctrica Refira-se, pr utr lad, que pr vezes pde crrer que nã existam aparelhs pssuind valres de, que satisfaçam em simultâne as cndições (8) e (8) n f n 37

3 face as valres de e dispníveis na altura estas cndições, a secçã d cndutr deverá ser aumentada até que seja pssível verificar essas cndições n nf f Tabela 8 - n, nf e f de crta circuits fusíveis 38

4 n nf f ,3 8, 8 8,4 0,8 0 0,5 3,5,6 6, 6 6,8, ,3 33,8 3 33,6 43, Tabela 8 - n, nf e f de disjuntres Exempl 5 nsiderems uma canalizaçã enterrada cnstituída pr um cab triplar de cbre pssuind s cndutres de fase secçã de 35 mm estas cndições: = 65 A (83),45 = 39,5 A (84) e a prtecçã cntra sbrecargas fr assegurada pr fusíveis, calibre d element de substituiçã deverá ser de 5 A m efeit, calibre seguinte, 60 A, pssui f =56 A pel que a cndiçã (8) já nã é verificada 39

5 e a prtecçã cntra sbrecargas fr assegurada pr disjuntres, a crrente nal deverá ser de 60 A e se utilizasse disjuntr cm a crrente nal seguinte, 00 A, a crrente de funcinament respectiva f =70 A, já nã verificava a cndiçã (8) 83 ndiçã de prtecçã cntra curt-circuits A cndiçã a verificar para assegurar a prtecçã cntra curt-circuits encntra-se detalhada n Artig 30 d Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã O númer deste artig indica, de frma genérica, que esta cndiçã de prtecçã fica assegurada se a intensidade nal ds aparelhs de prtecçã cntra curt-circuits fr deterada de md que a crrente de curtcircuit seja crtada antes de a canalizaçã pder atingir a sua temperatura limite admissível Os cndutres pssuem, cm se sabe, uma crrente máxima admissível em regime permanente que cnduz à temperatura máxima Esta crrente pderá ser ultrapassada pr curts períds de temp pr frma que a temperatura limite admissível nã seja ultrapassada m esta cndiçã pretende-se, prtant, assegurar que, qualquer que seja valr da crrente de curt-circuit, esta é interrmpida antes de cndutr ver atingida a temperatura limite crrespndente m se cmpreenderá, temp que cndutr pde suprtar uma dada intensidade de crrente sem se degradar diui à medida que valr dessa intensidade de crrente aumenta O númer d artig referid indica que esta verificaçã se deverá realizar cmparand a característica de funcinament temp/crrente d aparelh de prtecçã cm a característica de fadiga térmica da canalizaçã Assim, para qualquer valr da crrente de curt-circuit que pssa sbrevir na instalaçã, deverá assegurar-se que temp de actuaçã d aparelh de prtecçã - lid na característica de funcinament temp/crrente referida - é inferir a temp a fim d qual cndutr se cmeça a degradar - lid na característica de fadiga térmica da canalizaçã - para mesm valr da crrente de curt-circuit O númer já referid cnsidera que esta cndiçã se encntra satisfeita se temp de actuaçã d aparelh de prtecçã, t ap, verificar as cndições (85) e (86) em que t ft representa temp de fadiga térmica dad pr (87) A títul de exempl, na igura 8 apresentam-se as características de funcinament temp/crrente de fusíveis de diverss calibres t ap t ft (85) t ap 5 s (86) t ft = k (87) 40

6 igura 8 - aracterísticas temp/crrente de fusíveis de diverss calibres a expressã (87): - k é uma cnstante cuj valr depende das características d material islante e d material cndutr O seu valr é: cndutres cm alma de cbre islada a pliclret de vinil; cndutres de alma de cbre islada a brracha natural, brracha butílica, plietilen reticulad u etilen-prpilen; cndutres nus de cbre; cndutres cm alma de alumíni islada a pliclret de vinil; cndutres de alma de cbre islada a brracha natural, brracha butílica, plietilen reticulad u etilen-prpilen; cndutres nus de alumíni; cndutres nus de ligas de alumíni; ligações ds cndutres de cbre sldadas a estanh; - é a secçã ds cndutres expressa em mm ; - é a crrente de curt-circuit mínima, ist é, a crrente que resulta de um curtcircuit franc verificad n pnt mais afastad d circuit, em A; A expressã (87) merece diverss cmentáris que se apresentam em seguida i) A intensidade de crrente de defeit a utilizar crrespnde a um defeit fase-neutr n pnt extrem da canalizaçã desde que cndutr neutr esteja distribuíd e neutr fr islad, defeit a simular n pnt extrem da canalizaçã é um curtcircuit fase-fase upnd que neutr se encntra distribuíd, verifica-se que, de entre s váris defeits que pdem crrer, sã s curt-circuits fase-neutr que riginam s menres valres de Esta intensidade de crrente rigina prtant, de entre as assciadas às várias situações pssíveis de defeit, mais elevad temp de actuaçã d aparelh de prtecçã Desta frma, a utilizaçã desta intensidade de crrente crrespnde à situaçã mais desfavrável d pnt de vista da verificaçã das cndiçã (85) e (86) 4

7 De entre s pssíveis pnts de lcalizaçã deste defeit, assume valr mínim se a impedância desde pnt de alimentaçã até a lcal de defeit fr máxima st significa que defeit fase-neutr deverá ser simulad n pnt extrem da canalizaçã O cmentári 7 a Artig 30 d Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã indica a expressã (88) para calcular valr desta crrente de defeit 0,95U = (88) esta expressã: - U representa a tensã entre cndutres (30 V se huver cndutr neutr na canalizaçã e 400 V n cas cntrári); - e sã as resistividades ds cndutres de fase e neutr da canalizaçã para a temperatura média durante curt-circuit; - e sã s cmpriments ds cndutres de fase e neutr; - e sã as secções ds cndutres de fase e neutr; Esta expressã pde ser reescrita cnsiderand que sã cnhecids s valres da resistência ds cndutres de fase e neutr pr unidade de cmpriment à temperatura 0 0 R de 0 - R e nsiderand que a temperatura média durante curtcircuit é de 45, verifica-se que a crrecçã de temperatura de 0 para 45 cnduz a factr multiplicativ (89) em que α é ceficiente de termrresistividade d cbre u d alumíni f = α(45 0) (89) Admitind que α assume valr 0,004/ quer para cbre quer para alumíni, entã f assume valr,5 pel que valr da crrente de curt-circuit fase-neutr é dad pr (80) = 0,95U (80) 0 0,5(R R ) Esta expressã é de fácil utilizaçã atendend a diversas aprximações de que fi alv a expressã de nde deriva, ist é, a expressã exacta da crrente de curt-circuit faseneutr A expressã exacta referida é dada pr (8) e crrespnde à intensidade de crrente de curt-circuit fase-neutr esta expressã E representa a tensã simples dispnibilizada pela rede,, d, i e representam a impedância de curtcircuit circuit, e as impedâncias directa, inversa e hmplar d geradr E = (8) (d i ) 3 4

8 Em relaçã à expressã (8): - admitams que defeit crre entre uma fase e neutr de um cndutr trifásic cm representad na igura 83 As impedâncias directa, inversa e hmplar que figuram em (8) crrespndem às impedâncias directa, inversa e hmplar desta linha de transmissã de energia Pr esta razã vams analisar, cm um puc mais de detalhe, funcinament deste sistema Em relaçã a esta igura, e representam s valres das impedâncias ds cndutres de fase e neutr send,, 3 e as intensidades de crrente ns cndutres de fase e neutr tensões V, V e V 3 3 tensões V, V e V 3 = 3 igura 83 - inha trifásica cm cndutr neutr A aplicaçã da lei das malhas permite bter as quedas de tensã ns cndutres de fase, de acrd cm (8) Repare-se, pr utr lad, que a sma das intensidades de crrente ns três cndutres de fase é igual à intensidade de crrente n cndutr neutr Assim, a expressã (8) dá rigem à equaçã matricial (83) V V V 3 V V V 3 = = = 3 ( ( ( ) ) ) (8) V V V 3 V V V 3 = 3 (83) Uma vez que curt-circuit fase-neutr representa um regime assimétric de funcinament, será cnveniente recrrer à Transfrmaçã em mpnentes imétricas pr frma a bter a matriz das impedâncias d sistema em terms das cmpnentes simétricas Esta matriz será calculada utilizand a matriz de impedâncias presente em (83) e a expressã (84) em que T representa a matriz de transfrmaçã assciada à Decmpsiçã em mpnentes imétricas Esta peraçã cnduz à matriz diagnal (85) A partir dela pdems verificar que as 43

9 impedâncias directa, inversa e hmplar d cab trifásic cm neutr sã dadas pr (86), (87) e (88) = T T (84) 0 0 = 0 0 (85) d = (86) = (87) i = 3 (88) h - cnsiderems que curt-circuit fase-neutr é franc estas cndições, é nul pel que cnsiderand as impedâncias directa, inversa e hmplar (86), (87) e (88) e a expressã (8), se pde bter (89) E = (89) - cnsiderems que em redes de distribuiçã em baixa tensã, a resistência é em geral superir à reactância ds cndutres pel que as impedâncias ds cndutres de fase e neutr sã aprximadas pelas resistências respectivas Em qualquer cas, a inclusã d factr multiplicativ 095 n numeradr da expressã (80) representa uma diuiçã de tensã e pde ser interpretad cm destinad a cmpensar fact de se desprezarem s terms assciads a reactâncias n denadr de (8); - finalmente, a crrecçã de temperatura de 0 para 45 permite bter a expressã indicada n Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã, ist é, (88) u (80); m se verifica, a expressã indicada n Regulament referid apresenta um suprte teóric evidente As aprximações e simplificações de que fi alv destinam-se a aumentar a sua peracinalidade sem cmprmeter a qualidade ds resultads; ii) O temp até à fadiga térmica dad pela expressã (87) depende da secçã ds cndutres nsiderems, entã, que estams a dimensinar um ramal ligad a quadr de baixa tensã de um Pst de Transfrmaçã O valr da intensidade de crrente de curt circuit mínima deverá ser calculada para um defeit fase-neutr n extrem desse ramal st significa que a crrente de curt-circuit percrre cndutr de fase da fase afectada e retrna, quand se atinge extrem desse ramal, pel cndutr neutr Pr esta razã, as resistências destes cndutres aparecem adicinadas - ligaçã série - n denadr de (88) u (80) Uma vez que há dis cndutres 44

10 pssuind secções diferentes envlvids existirã também dis temps de fadiga térmica diferentes ejam t ft e t ft esses temps crrespndentes a cndutr de fase e a cndutr neutr (80) e (8) t t ft ft k = (80) k = (8) Uma vez que a secçã é nã superir à secçã, temp de fadiga térmica t ft é nã superir a t ft Dad que este temp cnstitui um ds limites superires impsts a temp de actuaçã d aparelh de prtecçã cnclui-se que a cmparaçã de temp deverá envlver t ft De utr md, cndutr de menr secçã pssui menr capacidade calrífica pel que se degradará em primeir ligar se fr percrrid pr uma intensidade de crrente cm mesm valr n mesm interval de temp st significa, ainda, que se a adequaçã da prtecçã fr avaliada em relaçã a cndutr neutr, estará simultaneamente verificada a prtecçã d cndutr de fase nsiderems, ainda, uma segunda situaçã nsiderems que se está a dimensinar uma cluna mntante de um edifíci que é alimentada a partir de um quadr de clunas que, pr sua vez, tem rigem n quadr de baixa tensã de um Pst de Transfrmaçã este cas, defeit fase-neutr deverá ser simulad n extrem da cluna mntante Assim, a crrente de defeit percrre cndutr de uma fase d ramal R, cndutr da mesma fase da cluna mntante M e retrna pel cndutr neutr da cluna mntante e pel cndutr neutr d ramal referid Assim, a valr de é dad pr (8) 0,95U = (8) 0,5(R R R R R ) 0 0 R M M M M 0 R R esta expressã: 0 R - R e 0 R R representam as resistências pr unidade de cmpriment ds cndutres de fase e neutr d ramal de alimentaçã d Quadr de lunas Estes cndutres têm cmpriments e ; 0 M R R - R e 0 R M representam as resistências pr unidade de cmpriment ds cndutres de fase e neutr da cluna mntante referida Estes cndutres têm cmpriments e ; M Uma vez calculad valr de M deverems calcular temp de fadiga térmica utilizand (83) em que M representa a secçã d cndutr neutr da cluna mntante, vist ser a menr das secções envlvidas 45

11 t ft k = M (83) iii) O cmentári 3a) a Artig 30 d Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã frnece algumas indicações adicinais em relaçã à verificaçã das cndições de prtecçã pr fusíveis Assim, na igura 84 encntram-se representadas a característica de funcinament de um fusível,, e a curva de fadiga térmica admissível na canalizaçã prtegida, t a igura 84 - Prtecçã pr crta-circuits fusíveis A curva crrespnde à representaçã gráfica de (87) e indica, para um dad valr de intensidade de crrente, temp que cndutr pde suprtar essa crrente sem se degradar Admitind que estas duas curvas se intersectam num pnt a que crrespnde a intensidade de crrente a, pde cncluir-se que fusível prtege a canalizaçã de frma adequada se a crrente de curt-circuit mínima exceder a m efeit, para intensidades de crrente superires a a encntra-se, em primeir lugar, a curva e só depis a curva st significa que temp de fadiga térmica é superir a temp de actuaçã d aparelh de prtecçã pel que este actua antes de cndutr se degradar Desta frma, fica verificada a cndiçã (85) e, simultaneamente, se garantir que a crrente de curt-circuit mínima tem um valr superir à intensidade de crrente que rigina a actuaçã d aparelh de prtecçã em 5 s, fica assegurada a cndiçã (86) Assim, as cndições (85) e (86) sã, afinal, equivalentes a (84) e (85) em que (5 s) representa a intensidade de crrente que rigina a actuaçã d aparelh de prtecçã em 5 s (84) a (5 s) (85) 46

12 iv) O cmentári 3b) d mesm artig refere-se à prtecçã pr disjuntres a igura 85 encntram-se representadas a característica de funcinament d disjuntr - D - e a curva de fadiga térmica admissível na canalizaçã prtegida t a igura 85 - Prtecçã cntra curt-circuits pr disjuntres De frma análga a referid em iii) aparelh de prtecçã actua antes de a canalizaçã se degradar se valr da crrente de curt-circuit mínima fr superir a a Para além desta verificaçã, n cas da prtecçã pr disjuntres temprizads trnase, ainda, necessári verificar se, durante temp de funcinament d aparelh de prtecçã, a passagem da crrente de curt-circuit prevista n pnt de instalaçã d disjuntr (crrente de curt-circuit máxima) nã rigina que s cndutres na vizinhança d disjuntr fiquem sujeits a uma temperatura excessiva De acrd cm cmentári 3b) referid, esta verificaçã pde realizar-se utilizand as curvas ' e D representand a curva admissível t ds cndutres e a característica t d disjuntr, tal cm se mstra na igura 86 t ' D b t b igura 86 - Prtecçã cntra curt-circuits pr disjuntres temprizads O cmentári referid indica que a crrente de curt-circuit prevista n pnt de instalaçã d disjuntr deverá ser inferir a b, deduzida da intersecçã das curvas ' e D st significa que, a partir d pnt de intersecçã das duas curvas é pssível ler s valres de t b e bt b pel que, em seguida, se pde bter valr b assciad e a intensidade de defeit junt a disjuntr fr superir a b, a temprizaçã d disjuntr t b t 47

13 impõe um temp de actuaçã mínim estas cndições, valr de t pderá aumentar - aumentu e t nã diuiu - para além d limite admissível pdend riginar a degradaçã da instalaçã; v) O Artig 30 d Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã frnece ainda pistas para analisar de utra frma as cndições de prtecçã (85) e (86) e a expressã da crrente de curt-circuit mínima (80) nsiderems, entã, uma canalizaçã em que s cndutres de fase e neutr pssuem secçã e e que se admite prteger pr um aparelh de prtecçã de crrente nal n A partir da característica de funcinament da prtecçã é pssível bter a intensidade de crrente que rigina funcinament da prtecçã em 5 s pr frma a verificar a cndiçã (86) Esta intensidade de crrente crrespnderá à menr intensidade de crrente devida a um curt-circuit fase-neutr que, ainda assim, garante a actuaçã da prtecçã em 5 s nsiderand, agra, a expressã (80) pde verificar- 0 0 se que, R, e U têm valres cnhecids pel que é pssível bter valr dad pr (86) Admite-se que s cndutres de fase e neutr seguem s mesms trajects pel que e sã iguais R 0,95U = = (86),5(R R ) 0 0 u representam, assim, cmpriment máxim que cndutr de secçã u pde assumir pr frma que aparelh de prtecçã ainda prteja eficazmente a canalizaçã, u seja, de md que ainda seja verificada a cndiçã (86) Dit de utr md, se cmpriment ds cndutres de fase e neutr exceder u a resistência ds cndutres de fase e neutr aumentará pel que valr da intensidade de crrente de curt-circuit fase-neutr n extrem da canalizaçã diuirá estas cndições, temp de actuaçã d aparelh de prtecçã será superir a 5 s Este raicíni permite cncluir que, a cada par crrente nal d aparelh de prtecçã/ secções u se pde assciar cmpriment máxim u que essa canalizaçã pderá ter se fr estabelecida cm cndutres de fase e neutr pssuind as secções referidas Os quadrs 33 a 37 em anex a Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã indicam s cmpriments máxims que as canalizações pdem assumir cnsiderand que a prtecçã é assegurada pr fusíveis AP de tip g para diversas cndições de instalaçã e diverss tips de cndutres 84 calizaçã ds aparelhs de prtecçã cntra sbrecargas e cntra curt-circuits Os Artigs 9 e 3 d Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã frnecem indicações relativas à lcalizaçã ds aparelhs de prtecçã cntra sbrecargas e cntra curt-circuits Assim: - Artig 9 indica que "n pnt nde a intensidade de crrente máxima admissível de uma canalizaçã sfrer reduçã em resultad de uma mudança da sua secçã nal, da natureza, d tip u d md de estabeleciment deverã ser 48

14 clcads aparelhs de prtecçã cntra sbrecargas, a nã ser que a canalizaçã de menr crrente máxima admissível esteja prtegida cntra sbrecargas e curtcircuits pr aparelhs clcads a mntante"; - pnt d Artig 3 estipula que "n pnt nde a intensidade de crrente máxima admissível de uma canalizaçã sfrer reduçã em resultad de uma mudança da sua secçã nal, da natureza, d tip u d md de estabeleciment deverã ser clcads aparelhs de prtecçã cntra curtcircuits"; - pnt d Artig 3 indica "s aparelhs de prtecçã pderã ser clcads em qualquer pnt d percurs da canalizaçã desde que se verifiquem, simultaneamente, as cndições seguintes: - s aparelhs de prtecçã clcads a mntante pssuirem características de funcinament tais que prtejam cntra curt-circuits a canalizaçã situada a jusante da mudança de secçã nal, da natureza, d tip u d md de estabeleciment; - cmpriment da canalizaçã situada a jusante de secçã nal nã seja superir a que é deterad pela igura 87 AP M O, B V igura 87 - calizaçã de aparelhs de prtecçã cntra curt-circuits esta figura: - AP representa aparelh de prtecçã; - MB= é cmpriment máxim da canalizaçã de secçã nal prtegida cntra curt-circuits pel aparelh AP clcad em M; - M= é cmpriment máxim da canalizaçã de secçã nal prtegida cntra curt-circuits pel aparelh AP clcad em M;" estas cndições, " cmpriment máxim da canalizaçã derivada em O, de secçã nal, prtegida cntra curt-circuits pel aparelh clcad em M é dada pel cmpriment OV" Exempl 6 49

15 A títul de exempl, e antes de se justificar cnteúd deste artig cnsiderems a rede cuj esquema unifilar se apresenta na igura 88 Em relaçã a esta rede sabe-se que ramal é cnstituíd pr um cab em que s cndutres de fase pssuem 70 mm de secçã de nal 60 A 0 m O B M VAV 3x7035 mm VAV 3x56 mm V igura 88 - Esquena unifilar de uma rede de distribuiçã Uma cnsulta a quadr 36 em anex a Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã indica que esta canalizaçã pderá ter, n máxim, um cmpriment de 70 m st significa que, de acrd cm a igura 86, MB=70 m Entretant, a partir d pnt O situad a 0 m de M pretende-se derivar um ramal cnstituíd pr um cab trifásic em que s cndutres de fase pssuem 5 mm de secçã nal Pretende-se saber cmpriment máxim que este ramal pderá pssuir O quadr 36 já referid indica que fusível cm n =60 A prtege de frma adequada um cab cm secçã nal de 5 mm pssuind, n máxim, um cmpriment de 75 m estas cndições, e atendend à igura 87, verifica-se que: = 70 mm (87) MB = = 70 m (88) = 5 mm (89) M = = 75 m (830) OB = 50 m (83) Assim, cmpriment OV crrespndente é dad pr (833) pel que a canalizaçã derivada n pnt O pderá ter, n máxim, um cmpriment de,06 m OB OV MB M (83) OB M 5075 OV = = =,06 m MB 70 (833) s parágrafs seguintes apresenta-se a justificaçã para este raicíni nsiderems dis cndutres cm secções de fase e e de neutr e tal que < m já fi referid, para uma dada crrente nal d aparelh de prtecçã é pssível deterar valr da crrente que deverá percrrer pr frma que temp de actuaçã seja de 5 s eja esta crrente representada pr m fi referid n pnt v) de 83, a este valr de crrente estará assciad um cmpriment máxim, dependente da secçã ds cndutres, que nã pderá ser ultrapassad e tal 50

16 crresse, a resistência da malha de defeit aumentava pel que a crrente de curtcircuit para um defeit n pnt extrem da canalizaçã seria inferir a riginand que temp de actuaçã d aparelh de prtecçã fsse superir a 5 s Os cmpriments máxims e assciads a /, pr um lad, e a /, pr utr, sã dads pr (834) e (835) 0,5 95 U = = 0 0 ( ) = 0 0 0,5 0,95 U = (834) 0,5 0,95 U = (835) Pr utr lad, se num pnt da canalizaçã de secçã situad a uma distância d seu iníci fr realizada uma derivaçã cm um cndutr de secçã <, cmpriment que este ramal pderá pssuir será btid a partir de (836) Esta expressã crrespnde, aliás, à crrente de curt-circuit n pnt extrem d cndutr de secçã 0 0,5, = (836) A análise das expressões (834), (835) e (836) permite cncluir que valr de pderá ser atingid cnsiderand um únic cndutr de secçã, u um únic cndutr de secçã, u a série de dis cndutres de secçã e tal que s seus cmpriments e respeitem a cndiçã (836) De utr md, a um valr de está assciad um valr máxim d denadr da expressã da crrente de curtcircuit fase-neutr que nã pderá ser excedid apesar de pder ser atingid cnsiderand diversas cnfigurações da instalaçã Assim, s denadres de (834), (835) e (836) sã afinal iguais resultand (837) u, que é equivalente, (838) (837) = 0 0 (838) 5

17 Dividind membr a membr estas duas equações, btém-se a relaçã (839) que crrespnde à representaçã gráfica apresentada na igura 87 = (839) 85 rdenaçã das prtecções cntra sbrecargas e cntra curt-circuits Em algumas situações trna-se cnveniente instalar aparelhs diferentes para prtecçã cntra sbrecargas e cntra curt-circuits Em td cas, númer d Artig 3 d Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã estabelece que "se um aparelh de prtecçã cntra sbrecargas pssuir um pder de crte pel mens igual à crrente de curt-circuit previsível n pnt da rede nde fi estabelecid, pderá assegurar igualmente a prtecçã cntra curt-circuits da canalizaçã situada a jusante se bedecer a dispst ns Artigs 30 e 3" já referids neste text e tal nã se verificar e huver necessidade de instalar aparelhs distints para prtecçã cntra sbrecargas e cntra curt-circuits deverá verificar-se estipulad n númer d Artig 3 já referid Este númer indica que se deverá "verificar se as curvas de funcinament d aparelh de prtecçã cntra curt-circuits sã tais que, para qualquer sbreintensidade de valr superir a pder de crte d aparelh de prtecçã cntra sbrecargas, temp de funcinament d aparelh de prtecçã cntra curt-circuits é menr que da prtecçã cntra sbrecargas" A este respeit, cmentári númer 3 desse artig apresenta a igura 89 em que se representam as curvas de funcinament de um disjuntr - D - e de um fusível - - crdenadas de md que fusível actue primeir se a intensidade de crrente fr superir a um valr t D D D igura 89 - rdenaçã entre as prtecções cntra sbrecargas e curt-circuits Este valr deverá ser nã superir a que está assciad a pder de crte d aparelh de prtecçã cntra sbrecargas Desta frma, assegura-se que se a intensidade de crrente de defeit fr inferir a actua, em primeir lugar, disjuntr já que este tem pder de crte suficiente para crtar a intensidade de crrente de defeit em bas cndições Este fact decrre de ser nã superir à intensidade de crrente crrespndente a pder de crte d disjuntr e a intensidade de crrente de defeit 5

18 fr superir a actuará, em primeir lugar, fusível, ist, é aparelh de prtecçã cntra curt-circuits 86 electividade das prtecções O cmentári a Artig 3 d Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de energia Eléctrica em Baixa Tensã indica que "a selectividade das prtecções cnsiste em assegurar que, em cas de defeit, apenas actua aparelh de prtecçã situad imediatamente a mntante d defeit" Para esclarecer este cnceit e a sua imprtância cnsiderems a rede de distribuiçã de energia eléctrica esquematizada na igura 80 AP A AP4 MA A AP AP5 QBT AP7 igura 80 - Esquema unifilar de uma rede de distribuiçã de energia eléctrica AP3 B AP6 MB B nsiderems, agra, que crreu um defeit na cluna mntante MA riginand uma intensidade de crrente de defeit -MA estas cndições, fluirá uma crrente de curt-circuit pels cndutres QBT-, A e, finalmente, MA Assim, s aparelhs de prtecçã AP, AP e AP4 serã percrrids pr essa intensidade de crrente de defeit estas cndições, s aparelhs de prtecçã referids deverã ter sid seleinads pr frma que se veriquem as relações de temps de actuaçã dadas pr (840) t AP4 ( ) < t ( ) t ( ) (840) MA AP MA < AP MA e esta cndiçã fr verificada garante-se que actua aparelh AP4 em primeir lugar pel que apenas serã interrmpidas as cargas ligadas à cluna mntante MA Pr utras palavras, as cargas ligadas as dis quadrs de serviçs cmuns e à cluna mntante MB cntinuam a ser alimentadas cntribuind-se, assim, para diuir a energia crtada, s temps de interrupçã e, de frma mais geral, para melhrar a qualidade de serviç e, pr qualquer razã, aparelh AP4 nã actuar, a cndiçã (840) permite cncluir que aparelh AP será chamad a interrmper a crrente de defeit Repare-se que, neste cas, a crrente de defeit percrre a instalaçã durante um temp mais lng, t ( ) Pr utr lad, a actuaçã de AP rigina, ainda, a interrupçã da AP MA 53

19 alimentaçã a mais cargas - tdas as cargas ligadas a quadr A - quand cmparad cm que crria se AP4 tivesse actuad inalmente, se quer AP4 quer AP nã actuassem entã aparelh AP seria chamad a actuar vamente, temp a fim d qual a crrente de defeit era interrmpida sfria um nv aument, neste cas para t AP ( MA ) send agra interrmpidas tdas as cargas ligadas as quadrs A e B m cnclusã geral, pde verificar-se que a actuaçã de aparelhs instalads em lcais mais afastads d lcal nde crreu defeit rigina que mais cargas sejam retiradas de serviç e que temp de eliaçã d defeit aumente A lng ds parágrafs anterires cnsideru-se que s aparelhs de prtecçã tinham sid seleinads de frma adequada de md que seu funcinament seja selectiv st significa, pr exempl, que para a crrente de defeit n extrem de MA aparelh AP só actuará se, devid a uma situaçã de defeit em AP4, este nã actuar e AP só actuará se tiverem crrid situações de defeit simultaneamente em AP4 e em AP Em td cas, pderã actuar em primeir lugar aparelhs de prtecçã instalads em lcais mais afastads d lcal de defeit mesm estand em bas cndições aparelh de prtecçã situad imediatamente a mntante Esta situaçã crre desde que s aparelhs de prtecçã nã pssuam selectividade Em relaçã à situaçã que tem vind a ser analisada, ist significava que a cndiçã (840) nã se verificava Assim, a actuaçã de AP significava que t ( ) era inferir a t ( ) e a AP MA actuaçã de AP significava que t ( ) era inferir a t ( ) e a AP MA MA t AP4 ( MA ) Em qualquer destes cass, as actuações de AP u de AP crrespndiam a actuações intempestivas que imprta evitar AP4 AP MA Os cmentáris, e 3 a Artig 3 d Regulament de egurança de Redes de Distribuiçã de Energia Eléctrica em Baixa Tensã frnece algumas indicações relativas à btençã de selectividade das prtecções Assim: - "n cas de uma pequena sbreintensidade, prblema da selectividade é facilmente reslvid a partir d mment em que s aparelhs de prtecçã tenham intensidades de funcinament decrescentes de mntante para jusante" Garante-se, assim, que s aparelhs de prtecçã apresentam para a mesma intensidade de crrente que s percrra, temps de actuaçã crescentes de jusante para mntante; - "pr utr lad, em cas de curt-circuit, a crrente atravessa s aparelhs clcads em série e seu valr é certamente suficiente para assegurar seu funcinament Para que a selectividade seja assegurada é precis que temp de funcinament d aparelh clcad a mntante seja mair que d aparelh clcad a jusante" Para realizar esta verificaçã deverã ler-se nas curvas características ds aparelhs de prtecçã s temps de actuaçã ds aparelhs envlvids, para a mesma intensidade de crrente de defeit Estes temps deverã ser crescentes desde aparelh situad imediatamente a mntante d lcal de defeit até a aparelh situad a mntante n pnt mais afastad da instalaçã a 54

20 prática, as nrmas E relativas a este assunt indicam que esta cndiçã é verificada se a crrente nal, calibre u regulaçã de um aparelh a mntante fr pel mens dbr da crrente nal, calibre u regulaçã d aparelh situad a jusante A verificaçã desta regra garante que as curvas características ds dis aparelhs se encntram suficientemente afastadas de md que temp de actuaçã d aparelh situad a jusante seja inferir a d aparelh a mntante; - "se s dis aparelhs cnsecutivs sã crta-circuits fusíveis, temp de funcinament depende d temp de fusã d element de substituiçã e da temperatura à qual se encntra cada element de substituiçã n mment de crrência d defeit, temperatura essa que depende d valr da crrente que atravessa fusível antes d defeit e, pr exempl, aparelh situad a mntante alimenta várias derivações, a crrente que atravessa pde ser relativamente elevada, a pass que aparelh situad a jusante pderá nã ser percrid pr qualquer crrente Tais cndições pdem cmprmeter a selectividade e fazer funcinar, simultaneamente, s dis aparelhs"; - " prblema da selectividade trna-se mais difícil de reslver se se pretender assegurar a selectividade entre um disjuntr e um crta-circuits fusível, send entã precis cmparar as curvas de funcinament ds dis aparelhs" Esta cmparaçã destina-se a verificar se essas curvas características se encntram suficientemente afastadas, ist é, se para qualquer crrente de defeit aparelh situad a jusante pssui um temp de actuaçã inferir a assegurad pel aparelh a mntante A títul de exempl, na igura 80 encntra-se esquematizadas pssíveis curvas características ds aparelhs AP, AP e AP4 - incluíds na rede representada na igura 80 - de md que exista selectividade entre eles esta representaçã cnsideru-se que AP e AP sã fusíveis e AP4 é um disjuntr t AP AP AP4 igura 8 - Pssíveis curvas características de AP, AP e AP4 87 Aspects genérics sbre prtecçã de mtres Os mtres eléctrics apresentam características de funcinament que justificam uma atençã especial em terms da sua prtecçã Os mtres nrmalmente utilizads em instalações de baixa tensã sã máquinas de induçã que requerem uma atençã especial tend em cnta s aspects seguintes: 55

21 - aqueciment exagerad d mtr causand a fadiga térmica ds islaments e a sua cnsequente destruiçã Esta situaçã pde ser devida a sbrecargas mecânicas, a diuiçã da tensã de alimentaçã, à falta de uma fase d circuit de alimentaçã u a situações de curt-circuit; - pr utr lad, s mtres de induçã sã caracterizads pr pssuirem intensidades de crrente de arranque pr vezes bastante elevadas em relaçã a valr nal Assim, este aspect deverá ser cnsiderad pr a frma a nã crrerem dispars intempestivs n períd de arranque que, dessa frma, inviabilizem; - crdenaçã das prtecções cntra sbrecargas e cntra curt-circuits pr frma a bter temps de actuaçã adequads para estas situações; Para respnder de frma adequada a estes prblemas é usual instalar um cnjunt de aparelhs de prtecçã de entre s quais se cntam: - relés térmics ainand disjuntres que sejam sensíveis à temperatura a que mtr se encntre Para este efeit é necessári cnhecer a temperatura limite ds enrlaments d mtr bem cm a sua curva característica de aqueciment admitind um funcinament cntínu nhecend estes elements é pssível seleinar relé de md que a sua curva característica prteja mtr de frma adequada a igura 8 encntram-se representadas a curva de aqueciment de um mtr - M - e as curvas características de dis relés térmics - RT e RT m se pde verificar, relé RT nã prteje mtr de frma adequada já que se este atingir a temperatura θ assinalada, relé actua a fim de t RT e mtr pde suprtar esta temperatura durante temp t M Devid a psicinament destas curvas, pde verificar-se que t RT é superir a t M pel que mtr ficaria submetid à temperatura θ um temp excessiv Pel cntrári, relé RT cnfere uma prtecçã adequada a mtr; θ RT M RT t RT t M t RT t igura 8 - Prtecçã de um mtr cntra sbreelevações de temperatura - pr utr lad, repare-se que n parágraf anterir se admitiu que mtr funcina de frma cntínua e, pel cntrári, mtr funcinar de frma intermitente verifica-se que ficará sujeit a cndições de aqueciment mais desfavráveis este cas, é usual seleinar um relé térmic que, para uma mesma temperatura θ, pssua um temp de actuaçã um puc mais reduzid quand cmparad cm 56

22 indicad n parágraf anterir Pr utras palavras, mtr deverá ser ligeiramente sbreprtegid cntra sbreelevações de temperatura; - relés diferenciais que permitam detectar de frma rápida e segura situações em que falta uma fase a sistema de alimentaçã de mtres trifásics esta situaçã, pel mens um ds enrlaments d mtr pderá ficar em sbrecarga e deterar, pr iss, um aument da temperatura Os relés diferenciais baseam-se n fact de em serviç nrmal a sma das intensidades de crrente de alimentaçã ser nula Quand um cndutr de fase é interrmpid, a sma das intensidades de crrente nas restantes duas fases é nã nula send este fact interpretad cm estand assciad a uma situaçã anrmal de funcinament; - durante arranque, e cm já fi referid, s mtres de induçã, ficam sujeits a sbrelevações imprtantes da intensidade de crrente devidas à necessidade de absrver uma quantidade significativa de ptência reactiva para prceder à magnetizaçã ds circuits magnétics d mtr e nã frem tmadas quaisquer precauções, estas sbreelevações d valr da intensidade de crrente pderã ser suficientes para deterar a actuaçã d aparelh de prtecçã cntra sbrecargas Pr esta razã, em situações de arranque direct, tal cm se apresenta na igura 83 pr exempl, é usual utilizar cntacts temprizads de um cntactr que permitem curt-circuitar a prtecçã cntra sbrecargas durante períd inicial de arranque Esses cntacts deverã abrir, clcand a prtecçã cntra sbrecargas em serviç, alguns s antes de terad arranque R M RT T igura 83 - Mntagem d circuit de alimentaçã de um mtr cm arranque direct utras situações, pde ptar-se pr instalar dis relés de prtecçã cntra sbrecargas send um deles regulad para uma menr intensidade de crrente e utr mais elevada este cas, durante períd de arranque relé cm menr crrente de regulaçã está inactiv Esta mntagem tem a vantagem de estar sempre presente n circuit um aparelh de prtecçã, mesm durante períd de arranque utrs cass, pde ptar-se pr utilizar arranque estrela-triangul Este esquema de arranque permite diuir a intensidade de crrente de arranque cntribuind, assim, para trnar mais fácil a regulaçã das prtecções cntra sbrecargas; 57

23 - finalmente, deve assinalar-se que as prtecções cntra sbrecargas e curt-circuits deverã estar crdenadas as iguras 84 e 85 escntram-se esquematizadas duas situações típicas a igura 84 estã assinaladas as curvas características d relé térmic de prtecçã cntra sbrecargas - RT - e d fusível para prtecçã cntra curt-circuits - a igura 85 estã representadas as curvas características d relé térmic de prtecçã cntra sbrecargas - RT - e d disjuntr para prtecçã cntra curt-circuits - D Em ambas as iguras estã representads pder de crte - - d cntactr, de acrd cm esquema da igura 83, bem cm pnt P crrespndente à característica de arranque d mtr t t a P RT a igura 84 - rdenaçã entre a prtecçã pr relé térmic e pr fusíveis t t a P RT D a igura 85 - rdenaçã entre a prtecçã pr relé térmic e pr disjuntr m se pde verificar em ambs s cass, a curva característica da prtecçã cntra sbrecargas encntra-se psicinada de md a nã inviabilizar arranque d mtr m efeit, temp de actuaçã da prtecçã cntra sbrecargas para a crrente de arranque, a, é superir a temp de arranque respectiv Em qualquer cas, cntactr teria capacidade para estabelecer em bas cndições a crrente de arranque d mtr dad que a crrente é superir a a 58