5 Proteção e Coordenação de Instalações Industriais Para que o sistema de proteção atinja a finalidade a que se propõe ele deve obedecer aos seguintes requisitos básicos: 1 Seletividade É a capacidade que possui o sistema de proteção de selecionar a parte danificada do circuito it eretirá la de serviço sem alterar os circuitos it em condições normais. Coordenação Ato ou efeito de dispor dois ou mais dispositivos de proteção em série, de forma a atuarem em uma sequência de operação preestabelecida garantindo a seletividade da proteção. Rapidez Sensibilidade Capacidade de resposta dentro do menor tempo possível de modo a assegurar a continuidade do suprimento e a manutenção de condições normais de operação das partes normais. Capacidade de identificar uma condição anormal que excede um valor limite ou de pickup para a qual inicia se uma ação de proteção. É a capacidade de resposta dentro de uma faixa esperada de ajuste, ou seja, é a capacidade da proteção responder às sobrecargas e aoscurto circuitos para os quais foi projetada. Confiabilidade d Probabilidade de um componente, equipamento ou sistema funcionar corretamente quando sua atuação for requerida. A confiabilidade tem dois aspectos: 1. Confiança: É a certeza de uma operação correta mediante a ocorrência de uma falta. 2. Segurança: É a certeza de não haver operação indesejada.
5 Proteção e Coordenação Baixa Tensão 2 Curto circuito Sobrecarga Sobretensões (descargas atmosféricas) Limitação através de dispositivos de proteção Fusíveis (Diazed e NH), disjuntores, relés térmicos e Pára Raios.
5 Proteção e Coordenação Baixa Tensão 3 Prescrições básicas das proteções contra sobrecorrentes em instalações industriais Sobrecarga Interroper as correntes de sobrecarga nos condutores dos circuitos e motores de modo a evitar o aquecimento da isolação dos fios e enrolamento dos motores; Dispositivos para proteção de motores não devem ser sensíveis a corrente de carga absorvida pelo mesmo. A proteção de motores deve ter características compatíveis com o regime de corrente de partida, tempo admissível com rotor bloqueado e tempo de aceleração do motor. Curto Circuito Os dispositivos de proteção devem ter sua capacidade de interrupção ou de ruptura igual ou superior ao valor da corrente de curto circuito presumida (calculada) no ponto de sua instalação. A energia que o dispositivo de proteção deve deixar passar não pode ser superior à energia máxima suportada pelos dispositivos e condutores situados a jusante. Os circuitos terminais que alimentam um só motor podem ser protegidos contra curtos circuitos utilizando se fusíveis do tipo NH ou diazed com retardo de tempo ou disjuntores magnéticos. Indicação de aplicação dos dispositivos de proteção para cada tipo de carga Sobrecorrentes Motores Força, iluminaçãoe i cargas gerais Sobrecarga Curto circuito Relé bimetálico com contator, disjuntor térmico Fusível do tipo Diazed e NH com retardo de tempo ou disjuntor magnético Disjuntor térmico Fusível do tipo Diazed e NH com retardo de tempo ou disjuntor magnético
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 4 Integral de Joule: t 0 [()] it dt I T 2 2 cs 2 J / A s Energia por unidade de resistência I cs : corrente de falta que atravessa o dispositivo de proteção (A) T: Tempo de duração da corrente de falta (s) I c : Capacidadedecorrentedocaboquenessas condições atinge a temperatura máxima para serviço contínuo. I l : Valor limite da corrente para a qual o aquecimento do condutor é adiabático, ou seja, sem troca de calor entre o condutor e a isolação. Aintegraldejouleédefinidacomo aenergia necessária ái para elevar a temperaturat de operação em serviço contínuo até a temperatura de curto circuito. Característica da integral de joule típica de cabos de baixa tensão.
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 5 A NBR 5410:2004 estabelece que a integral de joule a qual o dispositivo de proteção deve deixar passar não deve ser superior à integral de Joule necessária para aquecer o condutor desde a temperatura máxima de serviço contínuo até a temperatura limite de curto circuito, ou seja: 2 K S 2 : integral de joule para aquecimento do condutor desde a t temperatura máxima para serviço contínuo até a temperatura 2 2 2 [()] it dt K S de curto-circuito, admitindo-se aquecimento adiabático, sendo: 0 K 115 para condutores de cobre com isolação de PVC. K 143 para condutores de cobre com isolação de EPR ou XLPE. 2 S : seção do condutor (mm ). Para curto circuitos de qualquer duração, onde a assimetria da corrente não seja significativa, e para curtos circuitos simétricos de duração igual ou superior a 0,1s e igual ou inferiora5s, pode se escrever: I T K S 2 2 2 cs T K S 2 2 2 I cs I cs : corrente de falta presumida simétrica (A) T: Tempo de duração da corrente de falta sendo 0,1 T 5 (s)
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 6 Exemplo 5.1 5 1 (10.1): (10 1): Determinar o tempo máximo que a proteção deve atuar quando um determinado circuito em condutor isolado de cobre de seção de 70mm2 tipo de isolação PVC, é atravessado por uma corrente de curto curto circuito circuito de valor igual a 6,5 ka. Exemplo 5.2 (10.2): ( ) Um CCM é alimentado por um circuito trifásico em condutor de cobre isolado em PVC de PVC, d seção ã de d 95 mm2. A corrente t de falta é de 18300 A e a proteção atua para essa corrente em 0,3 s. Verificar se a isolação do condutor suporta esta condição.
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 7 Proteção por dispositivo de proteção à corrente diferencial residual: Fornece segurança à vida dos usuários de energia elétrica quando a instalação está protegida por um dispositivo dimensionado para uma corrente de fuga no valor não superior a 30 ma. Curva tempo x corrente das reações fisiológicas dos seres humanos. zona 1: Não provoca distúrbios perceptíveis. zona 2: não provoca distúrbios fisiológicos prejudiciais. zona 3: provoca distúrbios fisiológicos sérios, porém reversíveis, tais como parada cardíaca, parada respiratória e contrações musculares. zona 4: provoca distúrbios úbi fisiológicosi i graves e geralmente irreversíveis, tais como fibrilação cardíaca e parada respiratória. i zona 5: representa a faixa de atuação do dispositivo de proteção DR para a corrente de fuga de 30mA.
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 8 Proteção por dispositivo de proteção à corrente diferencial residual: O princípio básico de funcionamento do dispositivo DR leva em conta que a soma das correntes que circulam nos condutores de fase e de neutro é nula, gerando desta forma, um campo magnético nulo. O DR não deve envolver, em nenhuma hipótese, o condutor de proteção PE. Dispositivo DR instalado em um circuito trifásico Nota: De acordo com a NBR 5410:2004, qualquer que seja o esquema de aterramento deve ser objeto de proteção complementar contra contatos diretos por dispositivos à corrente diferencial residual de alta sensibilidade, isto é, com corrente diferencial residual nominal igual ou inferior a 30 ma.
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 9 RelésTérmicosdeSobrecarga: Tempo de Atuação da unidade térmica: M I I c a Ia: Corrente de ajuste da unidade térmica (A) Ic: Corrente "sentida" pelo relé (A). M: : Múltiplo da corrente ajustada. Ajuste do relé de sobrecarga: Serviço Contínuo do motor (S1): 1. I I a c 2. I a I nc 3. Trb Tar Tpm Condição de partida do motor M Característica de atuação do relé 3UA da Siemens. I T nc pm T rb : Corrente nominal do condutor (A). : Tempo de partida do motor (s). : Tempo de rotor bloqueado (s).
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 10 RelésTérmicosdeSobrecarga: Serviço de curta duração ou intermitente (S2 S6): I eq T corrigido ar 2 2 I T I T I eq : Corrente equivalente do ciclo de carga (A). pm pm nm n 1 Tn: Tempo de regime normal de funcionamento (s). Tt Tr 3 Tt Tpm Tn: Tempo de um ciclo de funcionamento (s). T r : Tempo de repouso (s). 0, 25 T ar Curva de operação de um motor em regime S4 Nota: Em determinados casos pode se omitir a proteção de sobrecarga dependendo do regime de serviço do motor. No entanto é sempre aconselhável seguir a orientação do fabricante da máquina a ser acionada.
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 11
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 12 A NBR 5410:2004 considera corrente de sobrecarga de pequena intensidade quando o condutor atinge uma temperatura de regime não superior à temperatura máxima de sobrecarga relativa à natureza da sua isolação, dada na Tabela 3.5; Correntes de sobrecarga de até 1,45 vezes a capacidade nominal do condutor são consideradas de pequena intensidade. Podem ser toleradas por um longo período de tempo, porém devem ser limitadas na duração para não prejudicar a isolação do condutor.
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 13 Exemplo de aplicação 5.3 (10.3): Determinar o ajuste do relé bimetálico de um motor de 50 cv, 380 V, IV polos, em regime de funcionamento S1, alimentado por um circuito em condutor unipolar de cobre, isolação PVC, de seção igual a 25 mm 2, instalado em canaleta fechada embutida no piso. O tempo de partida do motor é de 2s. Exemplo de aplicação 5.4 (10.4): Determinaroajustedorelébimetálicodeproteçãode um motor de 75 cv, IV polos, 380 V, acionado em regime intermitente tipo S4 dado na Figura abaixo. O tempo de partida do motor é de 3s. O motor opera em condição de sobrecarga de 10%. O condutor é do tipo unipolar, isolado em PVC, e está instalado no interior de eletroduto, enterrado no piso.
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 14 Disjuntores de baixa tensão: Podem acumular várias funções: Proteção contra sobrecarga (disjuntor térmico); Proteção contra curto circuitos (disjuntor magnético); Comando funcional (manobra do circuito); Seccionamento (abertura em carga); Proteção contra contatos diretos. Parâmetros elétricos: Corrente nominal: circula permanentemente no disjuntor sem causar sua atuação; Tensão nominal: é aquela à qual estão referidas a capacidade de interrupção e as demais características nominais do disjuntor. Capacidade nominal de interrupção de curto circuito: é a máxima corrente presumida de interrupção, de valor eficaz, que o disjuntor pode interromper, operando dentro de suas características nominais de tensão e frequência.
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 15 Disjuntores de baixa tensão: Característica de atuação de um disjuntor termomagnético.
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 16 Região A: I I a não existe limitação de corrente. Região B: I a < I I m tempo de disparo longo devido à temporização da unidade térmica. Região C: I m < I I rd tempo de disparo curto devido à atuação sem temporização da unidade magnética. Região D: I > I rd caracterizada pela impropriedade do uso do disjuntor. Integral de joule disjuntores x condutor Regiões características quanto a integral de joule. I: Corrente sentida pelo disjuntor; I a ou I n : Corrente nominal ou de ajuste; I m : Corrente de sensibilidade da unidade magnética; I rd : Corrente de interrupção do disjuntor;
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 17 Disjuntores de baixa tensão: Especificação e ajuste para proteção contra sobrecarga 1) 2) I I a a I I c nc 3) a) b) I I adc adc 1, 45 I I nc nc Por questões práticas utiliza se: I adc K I a T T T 4) rb ad pm Condição de partida do motor I adc : Corrente convencional de atuação do disjuntor (A). adc T ad : Tempo convencional de atuação do disjuntor (s). K: Fator de multiplicação dado pela Tabela 10.3. Nota 1: Entende se por corrente convencional de atuação aquela que assegura efetivamente a atuação do disjuntor dentro de um intervalo de tempo T ad (vide figuras anteriores). Nota 2: Acondição3 a) é aplicável quando for possível assumir que a temperatura limite de sobrecorrente dos condutores (Tabela 3.5) não venha a ser mantida por um período de tempo superior a 100 horas durante 12 meses consecutivos ou 500 horas ao longo da vida útildo condutor. Quando issonão ocorre usa se a condição 3 b).
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 18 Disjuntores tipo L: Adequados à proteção de circuitos de distribuição, circuitos de iluminação, d tomadas de d e de d comando; d Disjuntores tipo G: Adequados à proteção de equipamentos sujeitos a sobrecargas (motores).
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 19 Disjuntores em geral Disjuntores em Caixa Moldada
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 20 Disjuntores de baixa tensão: Especificação e ajuste para proteção contra curto circuito 1) 2) I T cs ad I T rd sc Capacidade de interrupção do disjuntor Proteção da isolação do condutor Ics: Corrente de curto-circuito trifásica simétrica (A). Trd: Capacidade de interrupção do disjuntor (A). T sc : Tempo máximo em (s) que a isolação do condutor suporta para uma corrente de curto-circuito trifásica simétrica - (A). I sc Integral de Joule Condição 2): Curva de Coordenação Disjuntor x Condutor T ad T sc K S 2 I 2 2 cs
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 21
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 22
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 23
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 24 Disjuntores 3VU13 Siemens Disjuntores 3VF3/5/6 Siemens
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 25 Disjuntores 3VF12 Siemens Disjuntores 3VU16 Siemens
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 26 Disjuntores 3WN6 Siemens
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 27 Disjuntores da série H Siemens
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 28 Exemplo de aplicação 5.5 (10.5): Determinar os ajustes do disjuntor destinado à proteção de um motor de 50 cv, 380 V, IV polos, em regime de funcionamento S1, alimentado por um circuito em condutor unipolar de cobre, tipo de isolação PVC, de seção igual a 25 mm 2, instalado em eletroduto enterrado. O tempo de partida do motor é de 3s. Acorrentedecurto circuito trifásica no terminal do motor é de 5 ka. Admite se que a corrente de sobrecarga do condutor ao longo de sua vida útil seja controlada e não superará 100 horas durante 12 meses consecutivos ou 500 horas ao longo da vida útil do condutor. Exemplo de aplicação 5.6: Considere que no problema anterior, a corrente de curtop p ç q p, circuito trifásica no terminal do motor seja de 40 ka. Determinar se os ajustes do disjuntor destinado à proteção do mesmo motor e do condutor de 25 mm 2 são adequados neste caso.
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 29 Fusíveis: São dispositivos destinados a proteção de circuitos elétricos e que se fundem quando percorridos por uma corrente de valor superior àquela para a qual foram projetados. Classificação IEC 60269 2 12 (NBR 11841) utiliza duas lt letras: 1ª letra g atuaçãoparasobrecargaecurto circuito; faixa de interrupção a atuação apenasparacurto para curto circuito; circuito; 2ª letra categoria de utilização L/G proteção de cabos e uso geral; M proteção de motores; R proteção de circuitos com semicondutores. gg e gm: utilizados para proteção contra correntes de sobrecarga e curto circuito; am: utilizados apenas para proteção contra correntes de curto circuito. Assim são indicados para proteção de circuitos de motores supondo se que já se tenha um dispositivo de proteção contra sobrecarga (relé térmico/bimetálico ou disjuntor térmico);
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 30 Tipos construtivos: NH ou Diazed do tipo com retardo; Os fusíveis NH e Diazed apresentam a classificação am e portanto são largamente utilizados na proteção de circuitos de motores contra correntes de curto circuito considerando que já se tenha uma proteção contra sobrecarga. Os fusíveisam são dotados d das seguintes características: ti Não devem fundir para correntes menores ou iguais a K 1 xi n ; Podem fundir para correntes entre K 1 xi n e K 2 xi n ; Devem fundir para correntes maiores que K 2 xi n ;
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 31 Característica tempo x corrente dos fusíveis tipo am
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 32 Fusível NH Fusível NH Zonas de Atuação
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção Fusível Diazed Zonas de Atuação 33
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção 34 Fusível Diazed Fusível Diazed Zonas de Atuação
5 Proteção e Coordenação Dimensionamento da Proteção Fusível NH NH Zonas de Atuação 35