Equipamentos Elétricos. Aula 2 - Fusíveis

Transcrição

1 Equipamentos Elétricos Aula 2 - Fusíveis Prof. Dr. Hugo Valadares Siqueira

2 O QUE SÃO FUSÍVEIS? Dispositivos que protegem os circuitos elétricos contra danos causados por sobrecargas de corrente; Estes podem provocar até incêndios, explosões e eletrocutamentos.

3 Fusível Sua operação é baseada na fusão do elemento fusível, contido no seu interior; O elemento fusível é um condutor de pequena seção transversal, que sofre, devido a sua alta resistência, um aquecimento maior que o dos outros condutores, à passagem da corrente; O elemento fusível é um fio ou uma lâmina colocado no interior de um corpo hermeticamente fechado; Podem possuir um indicador, que permite verificar se operou ou não: um fio ligado em paralelo com o elemento fusível e que libera uma mola que atua sobre uma plaqueta ou botão, ou ainda um parafuso, preso na tampa do corpo; Os fusíveis contém em seu interior, envolvendo por completo o elemento, material granulado extintor.

4 Fusível O fusível com o exterior de vidro é muito usado, pois, facilita a inspeção; Durante o desligamento (queima do fusível), ocorre um arco voltaico entre os pontos do circuito que se separam, ocasionado pela ionização do meio; Este arco representa um perigo por poder ocasionar fogo; Para evitar esse risco, o elo fusível deve ser envolto por um elemento isolante (vidro, cerâmica etc.), e deve haver também um material extintor (normalmente areia ou cristais de sílica) internamente ao fusível; Quanto maior a corrente que o percorre, menor deve ser o tempo de desligamento do fusível.

5 PARTES DE UM FUSÍVEIS

6 COMO FUNCIONAM? Baseia-se no princípio segundo o qual uma corrente que passa por um condutor gera calor (efeito Joule) proporcional ao quadrado de sua intensidade: P R.I Quando a corrente atinge a intensidade máxima tolerável, o calor gerado não se dissipa com rapidez suficiente, fundindo o elemento fusível e interrompendo o circuito. 2

7 COMO FUNCIONAM O elemento fusível é um condutor de pequena seção transversal, que sofre, devido a sua alta resistência, um aquecimento maior que o dos outros condutores; A corrente necessária para fundir o condutor é calculada pela fórmula de Preece: I a.d na qual a é o coeficiente de Preece, próprio de cada material e d o diâmetro do fio. 3 2

8 Coeficiente de Preece I a.d 3 2

9 Baixa Tensão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ TIPOS São os fusíveis mais simples já que há pouca preocupação com a formação de arco elétrico; Podem ser resetáveis (reutilizáveis) ou não.

10 Alta Tensão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ TIPOS São fusíveis mais complexos tendo em vista que há grande preocupação com a formação de arco elétrico; Podem ser resetáveis ou não.

11 Principais Características: - As seguintes características podem ser determinadas pelo projetor: Tempo de Atuação; Limite de ultrapassagem de corrente; Temperatura de atuação; Dimensões, etc.

12 Categoria de Utilização Segundo a norma DIN/VDE, os fusíveis podem ser classificados como: Categoria a : existem restrições na atuação destes fusíveis na faixa tempo corrente, podendo interromper correntes acima de um múltiplo especificado a até sua máxima corrente de interrupção; Categoria g : os fusíveis podem interromper correntes desde sua mínima corrente de fusão a até a sua máxima capacidade de interrupção.

13 Classe de Operação Juntamente com as categorias de utilização na norma DIN/VDE existe uma segunda letra que define a classe de operação dos fusíveis: R semicondutores B instalações de mineração L condutores TR transformadores

14 Fusíveis - Modelos

15 Fusíveis DIAZED Fusíveis ultra-rápidos SILIZED Fusíveis NH Fusíveis NEOZED Seccionadores-fusível MINIZED

16 Fusíveis cilíndricos Fusíveis ultra-rápidos SITOR Fusíveis cilíndricos ultra-rápidos

17 Fusível Diazed Usados em circuitos baixa potência e conectados através do porta-fusível que se monta por rosca; O próprio suporte do fusível protege o operador contra choque elétrico Muito utilizado em circuitos com motores (2 a 63 A (Vmax = 500V e Icc = 50 ka); O conjunto de proteção Diazed é formado por: a) Tampa; b) Anel de proteção; c) Fusível; d) Parafuso de ajuste; e) Base unipolar ou tripolar (com fixação rápida ou por parafusos).

18 Fusível Diazed Os fusíveis DIAZED são utilizados na proteção de curto-circuito em instalações elétricas residenciais, comerciais e industriais; Quando corretamente instalados, permitem o seu manuseio sem riscos de toque acidental;

19 Fusível Diazed

20 Fusível NH São muito semelhantes aos Diazed, mas diferem na capacidade de corrente e encapsulamento; Sua capacidade de corrente é de 1000A; Os fusíveis NH são aplicados na proteção de subcorrentes de curto-circuito e sobrecarga em instalações elétricas industriais; Possuem elevada capacidade de interrupção de 120kA em até 500VCA; O fusível NH (N-baixa tensão; H-alta capacidade) é usado nos mesmos casos do Diazed, porém é fabricado para correntes de 4 a 630 A (Vmax = 500V e Icc = 120 ka); O conjunto é formado por fusível e base.

21 Fusível NH Possui um sinalizador de estado (bom/queimado); No fusível aparecem as letras gl - gg que significam: proteção total de cabos e linhas; Protegem os circuitos contra curto circuito e sobrecargas de curta duração, como na partida de motores de indução com rotor em gaiola.

22 Fusível NH

23 FUSÍVEL TIPO FACA Os fusíveis tipo faca possuem o seu elemento fundível com uma redução na área transversal em alguns trechos, de forma a localizar a área onde ocorrerá a fusão; Possuem capacidades de corrente na faixa de 80 A a 100 A e tensão máxima de trabalho em torno de 500V.

24 FUSÍVEIS DE ROLHA São fusíveis de baixa tensão em que um dos contatos é uma peça roscada; Esta se fixa no contato roscado correspondente da base; Este fusível se tornou obsoleto há alguns anos e raramente é encontrado no mercado.

25 FUSÍVEIS TIPO NEOZED Tamanho reduzido e são aplicados na proteção de curto circuito em instalações típicas residenciais, comerciais e industriais; Possui categoria de utilização gl/gg, em dois tamanhos (D01 e D02) atendendo as correntes nominais de 2 A a 63 A; São aplicados para até 50 ka em 400 VCA; A sua forma construtiva garante total proteção de toque acidental quando da montagem ou substituição dos fusíveis; Possui anéis de ajuste que evitam a alteração dos fusíveis para valores superiores de corrente; A fixação pode ser rápida por engate sobre trilho ou por parafusos.

26 FUSÍVEIS TIPO SILIZED Os fusíveis ultra-rápidos SILIZED são utilizados na proteção de curto-circuito de semicondutores; Estão adaptados às curvas de carga dos tiristores e diodos de potência; Possui categoria de utilização gr, em três tamanhos e atendem as correntes nominais de 16 A a 100 A; Possuem capacidade de interrupção: 50 ka em até 500 VCA; Através de parafusos de ajuste, evitam alterações equivocadas dos fusíveis; Permitem a fixação por engate rápido sobre trilho ou parafusos.

27 FUSÍVEIS SITOR Fusíveis ultra-rápidos apropriados para instalações industriais onde a proteção de semicondutores, tiristores, GTOs e diodos são necessárias; Possuem categoria de utilização gr / ar, atendendo as correntes nominais de 16 A a 900 A; Encontrado em cinco tamanhos diferentes, podendo ser utilizados em tensão alternada de 690 V a 2500 V ou em tensão contínua de 440 V a 600 V; O uso de punhos garantem manuseio seguro na montagem ou substituição dos fusíveis.

28 FUSÍVEIS HH Os fusíveis do tipo HH são utilizados para a proteção de motores e transformadores em média tensão; Semelhante aos fusíveis do tipo NH sua nomenclatura vem de H alta tensão (High voltage) e o segundo H significa alta capacidade.

29 FUSÍVEIS DH São utilizados em média tensão na proteção de equipamentos e ramais de distribuição de energia; Montados em uma base, possuem um mecanismo que tenciona o seu elemento fusível fazendo com que ao atuar, este sinalize o seu rompimento tornando possível a identificação a distância, agilizando o processo de correção de falhas em uma rede; Podem ser utilizados para seccionamento.

30 Chave Fusível

31 Fusíveis curvas características

32 Fusíveis Curvas Características

33 Fusível x Disjuntor

34 MATERIAIS UTILIZADOS EM FUSÍVEIS

35 MATERIAIS DOS CONDUTORES Para construção de fusíveis, é necessário um elemento fusível que se funda entre 60 e 200 o C; O elemento fusível é um fio ou uma lâmina 1- cádmio; 2- chumbo; 3- estanho; 4- prata; 5- ligas.

36 PROPRIEDADES DOS CONDUTORES Cádmio: Está sempre presente nos minérios de zinco, sendo porém mais mole, brilhante e comumente utilizado como material de recobrimento, para proteção contra oxidação. Temp. de Fusão: 321 o C Temp. de Evaporação: 767 o C Resistividade: 0,062 Ωmm²/m Peso Específico: 8,6g/cm 3

37 Chumbo: Material de coloração cinzenta, apresentando alto brilho quando não oxidado, sendo muito mole; Apresenta grande resistência contra a ação da água e outras substâncias, porém é atacado por vinagres, materiais orgânicos e cal; É tóxico; Usado comumente nas blindagens de cabos, etc., porém seu principal uso nas soldas e elos-fusíveis; Apresenta alta resistividade, apresentando um alto aquecimento devido à passagem de corrente; É encontrado em ligas junto com antimônio, telúrio, cádmio, cobre e estanho. Temp. de Fusão: 327 o C Temp. de Evaporação: 1560 o C Resistividade: 0,2 Ωmm 2 /m Peso Específico: 11,4g/cm 3

38 Estanho: É um material de coloração branca prateada, sendo um pouco mais duro que o chumbo; Assim como o chumbo, também, apresenta alta resistividade, apresentando aquecimento devido à passagem de corrente; É muito usado em revestimentos, pelo fato de não ser atacado pela água e outras substâncias (ou muito lentamente atacados); É encontrado comumente em ligas junto com bronze. Temp. de Fusão: 232 o C Temp. de Evaporação: 2360 o C Resistividade: 0,144 Ωmm 2 /m Peso Específico: 7,3g/cm 3

39 Prata: UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ É o material de maior uso comercial, principalmente nas peças de contato; Sua obtenção é feita a partir de minérios combinado de prata, chumbo e cobre; Se oxida facilmente, porém nos fusíveis, estão protegidos do oxigênio e umidade; Temp. de Fusão: 960 o C Temp. de Evaporação: 1918 o C Resistividade: 0,0162 Ωmm 2 /m Peso Específico: 10,5g/cm 3

40 Obs.: As temperaturas de fusão de todos os condutores apresentados está acima dos 200 o C, porém, na maioria dos casos, o uso em fusíveis é feito através de ligas, o que reduz essa temperatura.

41 MATERIAIS DOS ISOLANTES Como não se deve deixar os condutores expostos, a maioria dos fusíveis possui encapsulamentos isolantes; Os principais materiais utilizados nos encapsulamentos dos fusíveis são: porcelana e o vidro; Porém existem outros menos comuns, como plásticos (PVC), etc.

42 Porcelana: UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ PROPRIEDADES DOS ISOLANTES é um dielétrico inorgânico, sólido com polarização eletrônica, iônica dipolar, possuindo fase vítrea e pouco flexibilidade; Muito utilizado em isoladores de linhas aéreas, isolantes capacitivos, em encapsulamentos de vários equipamentos, como os fusíveis, resistores, etc.; Dependendo da aplicação podem ou não apresentar alta resistência mecânica; Elevado ponto de fusão (>2000 o C); Seus componentes principais são: quartzo, feldspato, caolim e a argila.

43 Vidro: UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ PROPRIEDADES DOS ISOLANTES Material amorfo utilizado em duas formas: normal e a temperada; É composto de óxido de silício e de boro; Alto valor de temperatura de fusão, boa resistência química e elevada estabilidade térmica; Baixo Peso Específico: 2,5g/cm 3 apresenta elevadas perdas dielétricas, aumentando com a temperatura e frequência.

44 ISOLANTES Redução de Arco Os fusíveis possuem ainda no seu interior, envolvendo o elemento fusível um material isolante responsável pela redução do arco elétrico criado no momento da atuação; Esse material fica na forma granular, sendo geralmente constituído por quartzo, areia, amianto, etc.

45 PROPRIEDADES DOS ISOLANTES Quartzo: É um dos principais constituintes dos materiais cerâmicos; Como suporte altas temperaturas, é o componente responsável pela temperatura de operação das ligas; Possui baixo coeficiente de dilatação térmica; Grandemente utilizado nos extintores de arco dos fusíveis.

46 PROPRIEDADES DOS ISOLANTES Areia: É um dos mais importantes componentes ligados à resistência mecânica; Suporta altas temperaturas e possui baixo coeficiente de dilatação térmica, assim como o quartzo; Utilizado nos extintores de arco dos fusíveis, sendo atualmente substituído pelo amianto.

47 PROPRIEDADES DOS ISOLANTES Amianto: Material mineral fibroso que suporta altas temperaturas, possui alta estabilidade térmica mantendo sua resistência mecânica e flexibilidade praticamente inalteradas; É usado comumente sob a forma de pó; Substitui atualmente a areia nos extintores de arco dos fusíveis.

48 FABRICANTES WEG SIEMENS Metaltex Cromatek Entre outros.

49 A IMPORTÂNCIA DO FUSÍVEL EM SEP Na coordenação do sistema elétrico; Na proteção a cabos e equipamentos; Na segurança dos clientes internos e externos.

50 SOLUÇÕES COM O USO DOS FUSÍVEIS TERMO VÁCUO Eliminar a queima de transformadores; Eliminar a perda de cabos novos por CC; Assegurar uma perfeita coordenação; Eliminar interrupções instantâneas; Eliminar acidentes com clientes externos e internos.

51 T.V.- CUSTOS x BENEFICIO Estima-se custo igual com produção em escala industrial; Libera equipamentos especiais do Sistema Elétrico minimizando custos da coordenação; Minimiza a perda técnica por não permitir continuidade pelo efeito de tempo de arco; Elimina variantes de custo operacional.

52 OUTRAS APLICAÇÕES Proteção a: - Bancos de capacitores; - Circuitos eletroeletrônicos; - Motores; - Circuitos automotivos.

53 Dispositivos de Proteção (Fusíveis) Consiste em filamento ou lâmina de um metal ou liga metálica de baixo ponto de fusão, intercalado em um ponto determinado do circuito; Este se funde-se por efeito Joule quando a intensidade de corrente elétrica aumenta em razão de um curto-circuito ou sobrecarga; Nas formas mais aperfeiçoadas, apresentam externamente revestidos com material resistente a impactos e internamente está o elemento de fusão, o qual em estado de sobrecorrente rompe.

54 Dispositivos de Proteção (Fusíveis - Seletividade) Tipos de fusíveis: Segundo a característica de desligamento - Efeito rápido - Efeito retardado Segundo a tensão de alimentação - Baixa tensão - Alta tensão

55 Fusíveis Característica de Desligamento Efeito rápido São destinados a proteção de circuitos em que não ocorre variação considerável de corrente quando do acionamento do circuito. Ex. circuitos puramente resistivos. Efeito retardado São fusíveis que suportam por alguns segundo a elevação do valor da corrente. Caso típico que ocorre na partida de motores em que a corrente de partida pode atingir de 5 a 7 vezes a corrente nominal.

56 Fusíveis (Característica de Desligamento Rápido/Retartado)

57 Curva característica de fusíveis rápido Diazed 500 V da Siemens

58 Principais Características de Fusíveis Corrente Nominal - corrente que o fusível suporta continuamente sem interromper. Esse valor é marcado no corpo 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. - fusíveis de baixa tensão - até 500V em CA e 600V em CC. Resistência de contato valor de resistência entre o contato da base e o fusível. Normalmente, eventuais aquecimentos que podem provocar a queima do fusível.

59 Fusíveis (Especificações de uso - IEC) Código de 2 Letras Primera letra (Faixa de Interrupção); - "g" - Atuação para sobrecarga e curto - "a" - Atuação apenas para curto-circuito. Segunda letra, denomina ("Categoria de Utilização ): Exemplos: - "L/G" - Proteção de cabos e uso geral - "M" - Proteção de Motores - "R"- Proteção de circuitos com semicondutotes - "gl/gg"- proteção de cabos e uso geral - "am" - Fusível para proteção de motores - "ar" -Fusível para proteção de semicondutores

60 Fusíveis (Tipos de Fusíveis Baixa Tensão) Modelos em Baixa tensão - Tipo rolha - Tipo cartucho - Tipo encaixe calibrado (específico) - Diazed D - NH(Niederspannungs Hochleitungs - Baixa Tensão e Alta Capacidade de Interrupção) - Neozed - Sitor - Silized - Minized

61 Fusíveis (Tipo rolha) Características: Pequena capacidade de ruptura Alta resistência de contato Correntes de 6 a 30 A 250 V

62 Características: Fusíveis (Tipo cartucho) Partes de ligação virola ou faca; Contatos normalmente oxidam com facilidade, consequentemente elevada resistência de contato; Invólucro papelão impregnado de verniz; Internamente podem conter cristais de sílica como elemento extintor.

63 Fusíveis (Tipo Diazed) Características: Categoria de utilização - Ação retardada e ultrarrápida; Tensão nominal - 500V em corrente alternada; Elemento fusível - Liga cobre ou prata; Área de contato - Liga latão com tratamento de superfície em níquel; Corpo - Material cerâmico; Faixa de atuação 2A a 63A em 500V.

64 Fusíveis (Tipo NH GL e GG) Uso: gl/gg, em cinco tamanhos atendem as correntes nominais de 6 a 1250ª Capacidade de interrupção de 120kA em até 500VCA

65 Fusíveis (Neozed) Uso: gl/gg, em dois tamanhos (D01 e D02) atendendo as correntes nominais de 2 a 63ª; Capacidade de interrupção: 50kA em 400VCA.

66 Fusíveis (Silized) Uso: gr, em três tamanhos atendem as correntes nominais de 16 a 100ª; são utilizados na proteção de curtocircuito de semi-condutor; Capacidade de interrupção: 50kA em até 500VCA; Podem apresentar no formato cartucho também.

67 Fusíveis (Sitor) Uso: gr / ar; Ultra-rápido; Ideal para proteção de circuitos eletrônicos; Encontrado em dois tamanhos (1e 2), podendo ser usado em AC (de V) ou DC (de 440 a 600V).

68 Fusíveis (Minized) Uso: gg; Tensão nominal: 400 VCA / 250VCC; Capacidade de ruptura 50 ka a 400 VCA; Pode ser montados em bases com chave seccionadora.