Os guardiões da instalação ATITUDE EDITORIAL Edição 39, Abril de 2009 Por Lívia Cunha Protetor dos condutores e presente na maior parte dos circuitos elétricos residenciais, o disjuntor é um equipamento fundamental para a segurança das instalações. Conheça um pouco mais dessa simples solução, que pode impedir problemas graves tanto para os condutores quanto para a integridade e a segurança de uma instalação e das pessoas. Proteção é a palavra-chave do produto radiografado desta edição. Trata-se de um dispositivo fundamental para uma instalação elétrica e cuja utilização não está restrita a profissionais técnicos. O disjuntor é um importante equipamento, que garante a segurança da edificação e, consequentemente, das pessoas que dela usufruem. Tecnicamente, ele é definido pela NBR 5459, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), como um dispositivo de manobra (mecânico) e de proteção capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito. Essas correntes anormais, ou sobrecorrentes, podem ser de curtocircuito ou de sobrecarga, para as quais nem sempre os condutores estão preparados para suportar. E é exatamente nesse momento que os disjuntores atuam, protegendo as instalações elétricas. Quando essas correntes elétricas se estabelecem muito acima do que os fios e cabos podem suportar, o disjuntor deve desarmar e interromper a condução de eletricidade, abrindo o circuito automaticamente. Esta ação ajuda a impedir, por exemplo, o início de incêndios, provocados pelo superaquecimento dos condutores. Após o seu desarme, o disjuntor pode ser reutilizado, basta ser rearmado depois de solucionado o problema.
Essa possibilidade de rearmar foi um dos principais aspectos que levou à popularização doméstica desses dispositivos. Anteriormente, os fusíveis eram usados como os principais dispositivos de proteção nos circuitos elétricos. Apesar de os dois atuarem a partir do mesmo princípio, que é a interrupção da condução de energia elétrica, os modos de atuação são bem distintos. O fusível, depois de disparado, funde e não pode ser reutilizado. O disjuntor, entretanto, pode ser rearmado e utilizado, em média, quatro mil vezes. No entanto, se por um lado o disjuntor traz a comodidade da reutilização do mesmo equipamento por um maior período de tempo, por outro, ele pode não ser tão preciso quanto o fusível, que pode atuar em correntes nominais mais baixas que nem sempre o disjuntor consegue distinguir. Se o fusível cumpre bem o seu trabalho na proteção de condutores em ambientes domésticos, por que então surgiu o disjuntor? Acontece que, nas primeiras décadas do século XX, quando o disjuntor foi inventado, o número de incêndios provocados pelos superaquecimentos dos condutores em curto e pela utilização imprudente desses equipamentos por pessoas leigas crescia. Comumente, nessa época, quando os fusíveis desarmavam, devido a uma sobrecorrente, usuários comuns os substituíam por outros e acrescentavam um perigoso elemento extra: uma moeda, que serviriam para impedir que o fusível derretesse os contatos e continuasse a conduzir a corrente pelo metal da moeda, que possui alta temperatura de fusão. Dessa forma, com o trato de usuários leigos que desconheciam (ou ignoravam) os perigos da eletricidade, era necessário outro dispositivo que atuasse da mesma forma, fazendo a proteção e impedindo a circulação da corrente, mas que agregasse outras funcionalidades ao simples fusível. Assim, foi inventado o disjuntor como o conhecemos hoje. Não se sabe ao certo quem foi o inventor e em que data, especificamente, isso se deu. Mas sabe-se, contudo, que a fabricação, em série, dos até então novos dispositivos de proteção, era feita pelas mesmas empresas que produziam os fusíveis. O engenheiro eletricista Luiz Eustáquio da Silva conta que a primeira patente que foi requerida para disjuntores foi da Westinghouse na década de 1920. Ela foi a primeira empresa a registrar a propriedade industrial de um equipamento com essas características. E foi pela mesma Westinghouse, e
também pela General Electric, que os disjuntores residenciais começaram a ser fabricados no Brasil na década de 1960. Até esse período, os dispositivos que eram usados no País eram importados. Com o boom desenvolvimentista brasileiro dos anos 1970, este produto encontrou maior mercado e seu uso foi popularizado até se consolidar nas décadas seguintes. Hoje, pensando em proteção de instalação elétrica doméstica e de edificações análogas, como comercial e de serviços, praticamente só se utiliza o disjuntor como dispositivo. Destinados para ambientes de baixa tensão com corrente de até 125 ampères, esses equipamentos são conhecidos popularmente como minidisjuntores, dado o seu tamanho compacto (que cabe na palma da mão) e a sua simplicidade tecnológica, comparado aos disjuntores industriais de média e alta tensão que podem ser bem mais complexos e de grandes dimensões. Os mini-disjuntores são, na verdade, disjuntores termomagnéticos. Esse termo tem origem na tecnologia utilizada nos seus mecanismos de detecção de sobrecorrentes. São, ao todo, dois mecanismos com duas tecnologias distintas: um mecanismo é responsável por perceber a corrente de sobrecarga, por meio de lâminas bimetálicas, e o outro mecanismo faz a detecção da corrente de curto-circuito, por meio da tecnologia de campo eletromagnético. Funcionamento Pela ação da disjunção, ou da separação, de dois contatos de transmissão da corrente elétrica, o disjuntor deixa de funcionar até ser rearmado. Em situação normal, ou seja, quando não há uma sobrecorrente no circuito, a corrente entra pelo terminal superior, passa pela bobina magnética, pelo contato fixo, pelo contato móvel, pelo bimetal até sair, por final, no contato inferior. (Figura 1) Figura 1 Visão interna de um disjuntor termomagnético
Quando correntes anormais são percebidas pelo disjuntor, os mecanismos de proteção para os dois tipos de sobrecorrentes devem ser acionados automaticamente. No caso de sobrecarga, que nada mais é do que exigir do circuito mais do que ele foi projetado para suportar, o disparador bimetálico (também conhecido como disparador de sobrecarga) entra em ação. Como o bimetal é composto por dois ou mais metais trefilados com coeficientes de dilatação diferentes, quando a alta corrente elétrica aquece os condutores e, por consequencia, os disjuntores, os metais sofrem uma deformação. Essa deformação, que encurva o bimetal, dispara (ou desliga) os contatos fixo e móvel do disjuntor e interrompe a condução elétrica. (Figura 2) Figura 2 Lâminas bimetálicas do disparador de sobrecarga Como o desarme do disjuntor em situação de sobrecarga é realizado pelo aquecimento dos metais do disparador bimetálico, essa proteção também pode ser chamada de proteção térmica. Uma situação de sobrecarga pode surgir pelo aumento da demanda momentânea de energia, que pode acontecer, por exemplo, com a ligação de diversos materiais elétricos em um só circuito, isso, claro, se exigir mais do que ele foi planejado para suportar. Mas nem sempre o disjuntor precisa desarmar em situação de sobrecarga. Existem alguns tipos de sobrecargas temporárias que são consideradas como corriqueiras, para as quais os disjuntores devem resistir sem disparar. É o caso, por exemplo, da partida do motor de algum aparelho elétrico. Essa sobrecarga temporária provocada pelo pico de corrente de um equipamento é chamada de corrente de partida. Esse tipo de situação deve ser previsto no projeto elétrico e levado em consideração na hora de escolher o
disjuntor. Apesar de ser uma sobrecarga, por ser transitória, ela deve ser tolerável. Diferente desta, o que não pode ser tolerado é o curto-circuito, que é explicitamente um problema, considerado por muitos engenheiros o mais grave de todos os problemas que acomete a instalação. O curto-circuito é o aumento abrupto da corrente em um período muito curto. Se não for interrompido a tempo, pode provocar o superaquecimento dos condutores e confluir em um incêndio. Por isso, precisa ser desarmado imediatamente. Para que esse desarme imediato aconteça, o disjuntor residencial tem um mecanismo de curto-circuito que utiliza como tecnologia de disparo o campo magnético. Esse disparador é chamado de disparador magnético ou de disparador instantâneo de curto-circuito. Neste mecanismo, responsável pela detecção e pela abertura do disjuntor, é utilizada uma bobina ou algum outro elemento magnético. O aumento brusco da corrente causa um efeito eletromagnético no disjuntor. Isso acontece porque em torno do disparador magnético, ou armadura, há um condutor elétrico envolto em um eletroímã com uma parte móvel (Figura 3). No instante em que a corrente passa, dada a sua intensidade, é criado um campo magnético que faz o eletroímã (armadura) atrair a parte móvel, o que acaba abrindo os contatos do disjuntor e interrompendo a transmissão da corrente. Figura 3 Disparador magnético de curto-circuito Entretanto, essa rápida abertura dos contatos fixo e móvel provoca uma faísca conhecida como arco elétrico ou arco voltaico que continua, por um tempo, a transmitir a corrente pelo ar. Para que o curto-circuito seja completamente interrompido, esse arco elétrico também precisa ser extinto. Nos disjuntores há, então, um componente chamado câmara de extinção de arco, cuja função é dissipar esse arco voltaico. Segundo a norma brasileira de
disjuntores de uso residencial, a extinção completa do curto-circuito, incluindo o fim do arco, deve acontecer em, no máximo, 0,01 segundo. Classificações O desempenho do disjuntor pode ser observado a partir de gráficos da atuação, a partir do disparo magnético, em situações de curto-circuito. Essa atuação é mostrada em um gráfico chamado de curva de disparo. Nele, leva-se em consideração o tempo que o disjuntor demora para disparar sob qual corrente. Assim, a curva de disparo mostra, em forma de gráfico, o tempo em segundos (eixo x ) que o disjuntor leva para interromper o circuito, em situações de curto, sob o valor da corrente que passa por ele (eixo y ). Essa curva é definida a partir da corrente nominal do disjuntor, que é a corrente para a qual ele foi projetado. Dessa forma, o gráfico fica estabelecido da seguinte forma: o eixo horizontal representa quantas vezes a corrente que passa pelo disjuntor ultrapassa a corrente nominal e o eixo vertical representa o tempo que o disjuntor leva para desarmar. Esse tempo é chamado de tempo de abertura, tempo de disparo ou, ainda, tempo de interrupção. Os disjuntores, segundo a norma NBR IEC 60898, são classificados de acordo com a corrente nominal para a qual foram projetados e com o comportamento deles perante a sobrecorrente até disparar. São, então, divididos em curva de disparo B, C e D. (Figura 4) Essas curvas têm relação com a sensibilidade e ação do disjuntor diante de uma situação de curtocircuito.
Figura 4 Gráfico de curvas de disparo (tempo versus corrente) A norma de proteção estabelece que os disjuntores de curva B devem atuar para correntes de curto-circuito entre três e cinco vezes a corrente nominal. Enquanto isso, os de curva C atuam entre cinco e dez vezes a corrente nominal e, por fim, os disjuntores de curva D devem responder para correntes entre dez e vinte vezes a corrente nominal. Os disjuntores de curva B são indicados para cargas resistivas com pequena corrente de partida, como é o caso de aquecedores elétricos, fornos elétricos e lâmpadas incandescentes. Já os de curva C são indicados para cargas de média corrente de partida, como motores elétricos, lâmpadas fluorescentes e máquinas de lavar roupas. Por fim, os disjuntores de curva D são indicados para cargas com grande corrente de partida, a exemplo de transformadores BT/BT (baixa tensão). O engenheiro eletricista e consultor Hilton Moreno dá um exemplo: um disjuntor curva C de 20 A irá interromper uma corrente de curto-circuito sempre que ela estiver entre 100 A (5 x 20 A) e 200 A (10 x 20 A). Usar curva B, C ou D depende das características das correntes elétricas de cada circuito e a decisão cabe ao projetista. Além da classificação por curva de disparo, os disjuntores podem ser divididos em três outras categorias definidos pelo nível de proteção que oferecem ao circuito. Essas categorias são chamadas de classe de proteção e
podem ser seccionadas em classe 1, 2 e 3. A classe 1 refere-se aos disjuntores de maior proteção e a 3, às de menor. Essas classes foram definidas pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Inmetro) e se referem a disjuntores residenciais de até 63 A. Definidas pela portaria n.348, a classificação quanto ao nível de proteção será dada com base na corrente de disparo (Ic) em relação à corrente nominal (In) do disjuntor em um tempo inferior a 0,1 segundos (Tabela 1). Tabela 1 Classificação de disjuntores quanto à proteção A norma de instalações elétricas de baixa tensão NBR 5410 estabelece que, em circuitos fase-neutro, devem ser utilizados disjuntores unipolares, enquanto que, em circuitos fase-fase, se utilizam disjuntores bipolares e, por fim, em circuitos trifásicos o disjuntor utilizado será um tripolar. Para escolher Todas essas classificações devem ser levadas em consideração na hora de escolher um disjuntor, porque cada uma define uma determinada especificidade de disjuntor que deve ser respeitada para a segurança da instalação. Os parâmetros de escolha de um desses dispositivos devem estar ligados às características de cada circuito que será protegido. Assim, antes de decidir por um disjuntor específico, deve-se levar em consideração: a corrente nominal do circuito; a capacidade de condução de
corrente dos condutores a serem protegidos; a corrente de curto-circuito presumida no ponto de instalação do disjuntor; o tipo de carga presente no circuito, se indutiva, capacitiva ou resistiva; o tipo de local, se residencial e análogo ou industrial; a presença de influências externas importantes, como poeira ou água etc.