Curso Técnico em Eletroeletrônica Instalações Elétricas Aula 04 Dispositivos de proteção Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino 2016
Dispositivos de proteção Protegem a instalação contra possíveis acidentes decorrentes de falhas nos circuitos, desligando-os assim que a falha é detectada. Principais tipos: Disjuntor termomagnético Dispositivo Diferencial Residual (DR) Disjuntor e Interruptor Diferencial Residual Dispositivo de proteção contra surtos (DPS).
NBR 5410 Aspectos relevantes Proteção contra choques elétricos e proteção contra sobretensões e perturbações eletromagnéticas. Equipotencialização (interligação de elementos) Uso obrigatório do dispositivo de proteção contra choques elétricos DR Exige o uso de DR de alta sensibilidade (30mA) na proteção de determinados locais e/ou circuitos: Circuitos que alimentam tomadas de corrente situadas em áreas externas à edificação e circuitos de tomadas de corrente situadas em áreas internas que podem vir a alimentar equipamentos no exterior. Pode-se acrescentar os circuitos de iluminação externa, como a de jardins; Todos os pontos de utilização situados em banheiros; Todos os pontos de utilização de cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e, no geral, áreas internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens; Pontos de utilização situados no volume 2 e, dependendo do caso, no volume 1 de piscinas, em alternativa a outras medidas de proteção igualmente aplicáveis.
NBR 5410 Aspectos relevantes Uso obrigatório do dispositivo de proteção contra surtos DPS Deve ser provida proteção contra sobretensões transitórias, com o uso dos meios: a) por dispositivos de proteção contra surtos (DPSs), ou b) por outro meios que garantam uma atenuação das sobretensões no mínimo equivalente àquela obtida conforme alínea a). Nos seguintes casos: a) quando a instalação for alimentada por linha total ou parcialmente aérea, ou incluir ela própria linha aérea, e se situar em região sob condições de influências externas AQ2 (mais de 25 dias de trovoadas por ano); b) quando a instalação se situar em região sob condições de influências externas AQ3 (ver tabela 15 da norma Deverão ser instalados próximos à origem da instalação ou no quadro principal de distribuição, porém poderia ser necessário um DPS adicional para proteger equipamentos sensíveis e quando a distância do DPS instalado no quadro principal é grande (>30 m). Estes DPS secundários deverão ser coordenados com o DPS a montante. A seção dos cabos não deverão ser menor que 4mm 2. Quando existe um sistema de proteção contra descargas atmosféricas, para produtos tipo 1 a seção não deverá ser menor que 16mm 2.
DISJUNTORES TERMOMAGNÉTICOS
Disjuntores termomagnéticos São dispositivos que oferecem proteção aos condutores do circuito desligando-o automaticamente quando da ocorrência de uma sobrecorrente provocada por um curtocircuito ou sobrecarga. Protegem os fios e os cabos do circuito Permitem manobra manual: interruptor Operando-o como um interruptor, secciona somente o circuito necessário numa eventual manutenção. Têm a mesma função que as chaves fusíveis. Entretanto: O fusível se queima necessitando ser trocado O disjuntor desliga-se necessitando religá-lo.
Disjuntores termomagnéticos Os disjuntores termomagnéticos somente devem ser ligados aos condutores fase dos circuitos. Os tipos mais utilizados no mercado são: monopolares, bipolares e tripolares
Disjuntores termomagnéticos
Disjuntores termomagnéticos Possuem o elemento térmico contra sobrecarga e o elemento magnético contra curto-circuito. Contra sobrecarga: Quando há um excesso de corrente fluindo num circuito, dizemos que está havendo uma sobrecarga corrente além da prevista. Surgindo essa condição num circuito, o elemento térmico que protege o circuito contra sobrecargas entra em ação e desliga o circuito. Considerando-se aqui sobrecarga de até 20 In (corrente nominal) O elemento térmico é chamado de bimetal e é composto por dois metais soldados paralelamente, com coeficientes de dilatação térmica diferentes. Caso haja no circuito uma pequena sobrecarga de longa duração, o relé bimetálico atua sobre o mecanismo de disparo, abrindo o circuito. Contra curto-circuito: No caso de haver um curto-circuito, o magnético é quem atua sobre o mecanismo de disparo, abrindo o circuito instantaneamente. Um curto-circuito pode ser definido como uma elevação brusca da carga de um circuito, acima de 10 In (corrente nominal)
Disjuntores termomagnéticos: Norma ABNT NBR NM 60898 Os disjuntores para instalações domésticas devem atender a norma ABNT NBR NM 60898. A norma define a corrente nominal (In) como a corrente que o disjuntor pode suportar ininterruptamente, a uma temperatura ambiente de referência normalmente 30 o C. Os valores preferenciais de In indicados pela norma são: 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 e 125A. A corrente nominal (In) deve ser maior ou igual à corrente de projeto do circuito e menor ou igual à corrente que o condutor suporta.
Disjuntores termomagnéticos: Norma ABNT NBR NM 60898 A norma define que para a atuação instantânea do disjuntor, as curvas B, C e D ilustradas na figura seguem o seguinte: Curva de disparo magnético B: atua entre 3 e 5 In, para circuitos resistivos (chuveiros, lâmpadas incandescentes, etc.) Curva de disparo magnético C: atua entre 5 e 10 In, para circuitos de iluminação fluorescente, tomadas e aplicações em geral. Curva de disparo magnético D: atua entre 10 e 20 In, para circuitos com elevada corrente de energização.
Disjuntores termomagnéticos O disjuntor deve trazer as informações de corrente nominal e capacidade de interrupção gravadas no produto. A indicação da corrente nominal é feita com a letra definidora da curva de atuação, seguida do valor da corrente nominal. Por exemplo: a marcação C16 significa que o disjunto é tipo C (ou curva C) e sua corrente nominal é 16ª. A capacidade de interrupção é a habilidade do disjuntor em garantir um funcionamento normal após ter interrompido correntes de curto-circuito e é dada em milhares de ampères (ka). Por exemplo: uma marcação 3000 significa que a capacidade de interrupção do disjuntor é 3000A ou 3kA.
Disjuntores termomagnéticos:desclassificação por temperatura Quando o disjuntor é instalado em temperatura acima da temperatura ambiente de referência (30 º ), a corrente de disparo do mesmo é reduzida. Esta redução é chamada de desclassificação por temperatura do disjuntor. Exemplo: o disjuntor C60N calibrado a 10A com temperatura referencial de 30 o, instalado no fundo de quadro, onde a temperatura ambiente sema 60 o C: a corrente máxima de utilização será 7,8A.
DISPOSITIVO DIFERENCIAL RESIDUAL (DR)
Dispositivo Diferencial Residual (DR) Sua função é proteger as pessoas contra choques elétricos provocados por contato direto e indireto e contra incêndios.. Contato direto: é o contato acidental, seja por falha de isolamento, por ruptura ou remoção indevida de partes isolantes; ou, então, por atitude imprudente de uma pessoa com uma parte elétrica normalmente energizada (parte viva). Contato indireto: É o contato entre uma pessoa e uma parte metálica de uma instalação ou componente, normalmente sem tensão, mas que pode ficar energizada por falha de isolamento ou por uma falha interna. É um interruptor automático que desliga correntes elétricas de pequena intensidade (da ordem de centésimos de ampère), que um disjuntor comum não consegue detectar, mas que podem ser fatais se percorrerem o corpo humano. Um sistema completo de aterramento, que proteja as pessoas de um modo eficaz, deve conter, além do condutor terra, o dispositivo DR.
DR: NORMA ABNT NBR 5410:2004 A norma exige a utilização de proteção diferencial residual (disjuntor ou interruptor) de alta sensibilidade em circuitos terminais que sirvam a: Pontos de tomadas de corrente de uso geral e específico e pontos de iluminação em cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e, no geral, a todo local interno molhado em uso normal ou sujeito a lavagens; Pontos de tomadas de corrente em áreas externas; Pontos de tomadas de corrente que, embora instaladas em áreas internas, possam alimentar equipamentos de uso em áreas externas; Pontos situados em locais contendo banheira ou chuveiro. Nota: embora os circuitos não relacionados acima possam ser protegidos apenas por disjuntores termomagnéticos, dependendo da realização de alguns cálculos, é mais seguro e recomendável realizar a proteção contra choques elétricos de todos os circuitos através do emprego de dispositivos DR.
Dispositivo Diferencial Residual (DR): FUNCIONAMENTO Em condições normais, a corrente que entra no circuito é igual à que sai. Quando acontece uma falha no circuito, gerando fuga de corrente, a corrente de saída é menor que a corrente de entrada, pois uma parte desta se perdeu na falha de isolação. O dispositivo DR é capaz de detectar qualquer fuga de corrente. Quando isso ocorre, o circuito é automaticamente desligado. Como o desligamento é instantâneo, a pessoa não sofre nenhum problema físico grave decorrente do choque elétrico, como parada respiratória, parada cardíaca ou queimadura. O DR não protege de sobrecargas nem de curto circuito, por este motivo não dispensa o uso do disjuntor, os dois devem ser ligados em série e o De após o disjuntor.
Dispositivo Diferencial Residual (DR): FUNCIONAMENTO As bobinas principais são enroladas sobre o núcleo magnético de modo a determinar, quando atravessadas pela corrente, dois fluxos magnéticos iguais e opostos, de modo que, em condições normais de funcionamento, o fluxo resultante seja nulo. A bobina secundária é ligada ao relé polarizado. Se a corrente diferencial-residual (isto é, a corrente que flui para o terra) for superior ao limiar de atuação IDN, a bobina secundária enviará um sinal suficiente para provocar a abertura do relé polarizado e, portanto, dos contados principais. Para verificar as condições de funcionamento do dispositivo deve-se acionar o botão de prova (T); assim cria-se um desequilíbrio de corrente tal que provoca a atuação do dispositivo diferencial e a consequente abertura dos contatos principais.
Choque elétrico O corpo humano pode conduzir a corrente elétrica. No entanto, como nosso sistema nervoso também opera com correntes elétricas, qualquer corrente que "venha de fora" consiste numa forte interferência passível de causar sérios problemas ao nosso organismo. Dependendo da intensidade da corrente que circular pelo nosso organismo, diversos efeitos podem ocorrer. Se a corrente for muito fraca, provavelmente nada ocorrerá, pois o sistema nervoso não será estimulado o suficiente para nos comunicar alguma coisa, e as próprias células de nosso corpo não sofrerão influência alguma. Entretanto, se a corrente for um pouco mais forte, o sistema nervoso já poderá ser estimulado e termos com isso algum tipo de sensação como, por exemplo, um "formigamento". Se a corrente for mais forte ainda, o estímulo já proporciona a sensação desagradável do choque e até de dor. Finalmente, uma corrente muito forte, além de poder paralisar órgãos importantes como o coração, pode ainda danificar as células "queimando-as", pois correntes intensas quando encontram certa resistência à sua passagem, geram calor.
Choque elétrico EFEITOS DA CORRENTE NO ORGANISMO HUMANO 100 µa a 1 ma - Limiar da sensação 1 ma a 5 ma - formigamento 5 ma a 10 ma - sensação desagradável 10 ma a 20 ma - pânico, sensação muito desagradável (contração muscular) 20 ma a 30 ma - paralisia muscular 30 ma a 50 ma - a respiração é afetada (Se houver interrupção em no mínimo 5 segundos não há perigo) 50 ma a 100 ma - dificuldade extrema em respirar, ocorre a fibrilação ventricular 100 ma a 200 ma - morte 200 ma - além da morte temos sinais de queimaduras severas Obs: 1 µa (um microampère = 1 milionésimo de ampère) 1 ma (um miliampère = 1 milésimo de ampère)
Incêndio Cerca de 30% dos incêndios produzidos nas edificações são devidos a um defeito elétrico. O defeito elétrico mais comum é causado por deterioração dos isolantes dos condutores, devido entre outras causas a: Ruptura brusca e acidental do isolante do condutor Envelhecimento e ruptura final do isolando do condutor Cabos mal dimensionados Ensaios demonstram que uma pequena corrente de fuga (alguns mili-amperes) pode produzir um incêndio a partir de somente 300mA O isolamento das máquinas ou equipamentos se deteriora ao longo do tempo. Esta deterioração do isolamento dá lugar às correntes de fuga que irão aumentando até produzir um incêndio no interior do equipamento.
DISJUNTOR DIFERENCIAL RESIDUAL
Disjuntor diferencial residual É um dispositivo constituído de um disjuntor termomagnético acoplado a um dispositivo chamado diferencial residual. Um Disjuntor Diferencial Residual é um dispositivo que: Protege os condutores do circuito contra sobrecarga e curto-circuito (disjuntor termomagnético); e Protege as pessoas contra choques elétricos provocados por contatos diretos e indiretos.
Tipos de disjuntores termomagnéticos; Os tipos de disjuntores termomagnéticos existentes no mercado são: Monopolares Bipolares Tripolares Os disjuntores termomagnéticos somente devem ser ligados aos condutores fase dos circuitos.
Tipos de Disjuntores Diferenciais Residuais Os tipos mais usuais de disjuntores residuais de alta sensibilidade (no máximo 30 ma) existentes no mercado são: Bipolar Tetrapolar Os disjuntores DR devem ser ligados aos condutores fase e neutro dos circuitos, sendo que o neutro não pode ser aterrado após o DR.
INTERRUPTOR DIFERENCIAL RESIDUAL
Interruptor diferencial residual É um dispositivo constituído de um interruptor acoplado a um dispositivo chamado diferencial residual. Um Interruptor Diferencial Residual é um dispositivo que: Liga e desliga, manualmente, o circuito; e Protege as pessoas contra choques elétricos provocados por contatos diretos e indiretos.
Tipos de Interruptores Diferenciais Residuais Um tipo de interruptor residual de alta sensibilidade (no máximo 30 ma) existente no mercado é o tetrapolar, existindo ainda o bipolar. Os interruptores DR devem ser utilizados nos circuitos em conjunto com dispositivos a sobrecorrente (disjuntor ou fusível), colocados antes do interruptor DR.
DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO CONTRA SURTO (DPS)
Dispositivo de proteção contra surto (DPS) ou "supressor de surto" é um dispositivo destinado a proteger a instalação elétrica e seus equipamentos contra picos de tensão (sobretensão) geralmente causados por: descargas atmosféricas de raios que caem sobre a edificação, ou nas proximidades do local ou sobre a rede da concessionária de energia elétrica. Em alguns casos podem também ser provocados por ligamentos ou desligamentos que acontecem nas redes de distribuição da concessionária de energia elétrica. Um DPS regula a tensão, fornecida a um dispositivo elétrico, em geral, absorvendo e também curto-circuitando para o terra as tensões que ultrapassam um limite de segurança. Muitas réguas de energia possuem proteção contra surtos embutidos (chamados de filtros de linha), que normalmente fica identificado de forma clara no produto. No entanto, por vezes, réguas de energia que não fornecem proteção contra surtos são erroneamente confundidos como filtros de linha.
Dispositivo de proteção contra surto (DPS): RAIOS A proteção contra as descargas atmosféricas podem ser realizadas com ajuda de dispositivos que podem ser instalados na parte interna ou externa das edificações. Proteções externas: Utilizadas para evitar os incêndios e as degradações que poderão ocasionar um impacto direto da descarga na edificação. Estas proteções são realizadas, segundo as situações, com ajuda de um para-raios, por exemplo. Estes dispositivos são instalados nas partes mais altas das edificações de maneira a oferecer um caminho para o raio, sem que ele atinja a edificação. A sobretensão transitória é eliminada para terra graças a um ou vários condutores previstos para este efeito. Proteções internas: Utilizadas para proteger as cargas ligadas aos circuitos elétricos. Principalmente constituídos de para-raios, estes equipamentos são conhecidos por limitar as sobretensões e eliminar a corrente da descarga.
Dispositivo de proteção contra surto (DPS): NORMA A ABNT NBR 5410:2004 impõe o uso do DPS em dois casos: Em edificações alimentadas por redes aéreas, (proteção contra surtos devidos a descargas indiretas) Em edificações com para-raios. (proteção contra efeitos das descargas diretas). A norma estipula: Para as instalações elétricas de edificações dotadas de para-raios predial, deve ser instalado o DPS classe I O DPS classe II deve ser instalado no quadro de distribuição principal e este quadro deve se situar o mais próximo possível do ponto de entrada.
Dispositivo de proteção contra surto (DPS): INSTALAÇÃO Os DPS deverão ser instalados próximos à origem da instalação ou no quadro principal de distribuição, Porém pode ser necessário um DPS adicional para proteger equipamentos sensíveis, e quando a distância do DPS instalado no quadro principal é grande (>30m). Estes DPS secundários deverão ser coordenados com o DPS a montante. A capacidade do DPS pode ser definida considerando dois fatores: Onde o local é mais propenso a descargas atmosféricas, escolher um DPS com maior intensidade. Quando o local é propenso a poucas descargas atmosféricas, escolher um DPS com menor intensidade. No mercado, as intensidades mais utilizadas são: 20kA, 40kA e 65kA. Nas instalações residenciais, onde o condutor neutro é aterrado no padrão de entrada da edificação, os DPS são ligados entre os condutores de fase e a barra de aterramento do quadro de distribuição
Dispositivo de proteção contra surto (DPS): INSTALAÇÃO
Dispositivo de proteção contra surto (DPS): INSTALAÇÃO A instalação do DPS precisa ser realizada com a menor impedância (resistência) comum possível entre o sistema de aterramento e o circuito a ser protegido. O comprimento do condutor em série com o limitador de tensão precisa ser o mais curto possível. O comprimento de cada condutor de conexão do DPS ao condutor de fase somado ao comprimento de cada condutor de conexão do DPS à barra de aterramento dever ser o mais curto possível, não excedendo a 50 cm. A seção dos cabos não deverá ser menor que 4 mm 2. Quando existe um sistema de proteção contra descargas atmosféricas para produtos classe 1 (explosivos) a seção não deverá ser menor que 16 mm 2.
Dispositivo de proteção contra surto (DPS): INSTALAÇÃO Após a escolha do DPS é necessário escolher o disjuntor de desconexão apropriado para proteção da instalação A capacidade de interrupção do disjuntor deve ser compatível com a capacidade de interrupção da instalação. Cada condutor ativo deve ser protegido: Por exemplo, um DPS 1P+N deve ser protegido por um disjuntor de desconexão bipolar (2P)
DPS: excessões A proteção contra sobretensão, proveniente de raios, pode ser dispensada se a consequência dessa omissão for um risco calculado, assumido e estritamente material. A proteção não poderá ser dispensada em hipótese alguma, se estas consequências oferecem risco direto ou indireto à segurança e à saúde das pessoas.
ACESSÓRIOS
Pentes de conexão Permitem uma alimentação mais rápida de vários aparelhos. Podem ser cortados no comprimento desejado, graças às guias nas barras de cobre. Podem ser alimentados através de cabos semi-rigídos até 16 mm 2 diretamente nos bornes ou até 25mm 2 utilizando as pontas de entrada de alimentação
Dispositivo de travamento Permite o travamento do dispositivo na posição aberto ou fechado por cadeado, evitando a manobra do mesmo por pessoa não autorizada, garantindo mais segurança a usuários e instalações.
Bibliografia ABNT NBR 5410:2004 Apostila prysmian Apostila: Projeto Bipbop: Introdução à Eletricidade. Senai: Brasília, 2009. http://www.schneider-electric.com.br/bipbop https://docente.ifrn.edu.br/jeangaldino/disciplinas/2015.1/instalacoes-eletricas/apostilasenai-2012