Fabio_Tiago_Disjuntor de baixa tensao

Prévia do material em texto

Universidade Federal de Santa Catarina 
Departamento de Engenharia Elétrica 
Laboratório de Materiais Elétricos – EEL 7051 
Professor Clóvis Antônio Petry 
 
__________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Experiência 02 
Ensaio do Disjuntor de Baixa Tensão 
 
 
 
 
Fábio P. Bauer 
Tiago Natan A Veiga 
 
 
 
 
 
Florianópolis, julho de 2006. 
 2
 
 
Sumário 
 
 
1. Objetivos ........................................................................................................ 3 
2. Introdução ...................................................................................................... 4 
3. Disjuntores ..................................................................................................... 5 
4. Ensaios de Laboratório................................................................................... 6 
4.1 Materiais Utilizados................................................................................... 8 
4.2 Apresentação dos Resultados .................................................................. 8 
5. Conclusões................................................................................................... 15 
6. Bibliografia.................................................................................................... 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 3
1. Objetivos 
 
 
► Analisar o tempo de resposta de uma série de disjuntores quando 
submetidos a sinais com diferentes amplitudes de corrente. 
 
► Explorar os conceitos relativos à estrutura de um sistema de proteção dos 
disjuntores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4
2. Introdução 
 
 Disjuntores são elementos de proteção conectados a um circuito e têm 
como finalidade estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições 
normais de operação, bem como intervir em condições anormais. Possuem 
níveis de proteção contra sobrecorrentes pequenas e moderadas e contra 
sobrecorrentes elevadas. 
 A corrente que circula pelos disjuntores pode ser interrompida por meio 
de dois sistemas de proteção: o térmico e o magnético. O tempo de atuação e 
a magnitude da corrente a qual o circuito é submetido determina qual dos dois 
sistemas será utilizado. Essa decisão será tomada com base na curva de 
tempo versus corrente presente em cada disjuntor. 
 Neste ensaio serão testadas as curvas de tempo x corrente para os 
disjuntores Pial Legrand®. Os testes deverão verificar se as curvas 
correspondem às exigências nas quais os dispositivos de proteção são 
envolvidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 5
3. Disjuntores 
 
Disjuntor é um equipamento destinado a interromper a corrente em um 
circuito elétrico. A interrupção pode ser voluntária ou involuntária. Dessa forma, 
o disjuntor serve tanto como dispositivo de manobra como de proteção de 
circuitos elétricos. 
Atualmente é muito utilizado em instalações elétricas o disjuntor 
termomagnético. Esse tipo de disjuntor possui três funções: 
• Manobra (abertura ou fechamento voluntário do circuito) 
• Proteção contra curto-circuito - Essa função é desempenhada por um 
atuador magnético (solenóide), que efetua a abertura do disjuntor com o 
aumento instantâneo da corrente elétrica no circuito protegido 
• Proteção contra sobrecarga - É realizada através de um atuador 
bimetálico, que é sensível ao calor e provoca a abertura quando a 
corrente elétrica permanece, por um determinado período, acima da 
corrente nominal do disjuntor 
As características de disparo do disjuntor são fornecidas pelos 
fabricantes através de duas informações principais: corrente nominal e curva 
de disparo. Outras características são importantes para o dimensionamento, 
tais como: tensão nominal e corrente máxima de interrupção do disjuntor. 
 A temperatura ambiente tem um efeito, ainda mais importante sobre as 
características do conjunto disjuntores/cabos. 
As temperaturas ambientes elevadas não somente afetam a calibração 
do disjuntor como, também,podem produzir temperaturas internas acima dos 
limites especificados para os materiais isolantes. 
Os cabos podem adaptar-se a essas temperaturas elevadas, mediante o 
uso de materiais de maior capacidade térmica, como o vidro e certos minerais. 
Isso não é possível em dispositivos de manobra, devido aos requisitos técnicos 
e mecânicos de fabricação. 
Por outro lado, baixas temperaturas aumentam consideravelmente a 
capacidade de condução decorrente. Em geral, o efeito da temperatura 
ambiente em disjuntores com calibração compensada procede como na curva 
abaixo, da figura 3.1. 
 6
 
Figura 3.1-Capacidade de Condução em Regime Contínuo (%) 
Fonte: GE SISTEMAS INDUSTRIAIS:” Como especificar um disjuntor” 
 
A Freqüência de funcionamento do sistema também exerce um papel 
muito importante na especificação e comportamento dos disjuntores. 
A maioria dos disjuntores podem ser aplicados diretamente em sistemas 
de 50/60 Hz para as capacidades nominais indicadas. 
 
4. Ensaios de Laboratório 
 
 Os experimentos realizados no Laboratório utilizaram o circuito da figura 
4.1 para obter as curvas de tensão e corrente que explicam a atuação do 
disjuntor. 
Varivolt
iv
+
−
1S
100 :1
1T
1Dj testeDj
curtoi
 
Figura 4.1- Circuito a ser montado para traçar a curva tempo versus corrente de um disjuntor 
termomagnético. 
Fonte : PETRY, C.A. “Ensaio do Disjuntor de Baixa Tensão” 
 
O varivolt do circuito da figura 4.1 permite ajustar a tensão no primário 
do transformador, com uma relação de tensão de aproximadamente 100:1 
entre primário e secundário. Na realidade a relação exata é mostrada na figura 
4.2. A tensão no secundário será a tensão utilizada para obter as curvas no 
circuito sob teste. (Dj teste). 
 7
 
 
Figura 4.2- Relação entre tensão de entrada e de saída no transformador da figura 4.1. 
Fonte : PETRY, C.A. “Ensaio do Disjuntor de Baixa Tensão” 
 
Conforme observamos na figura 4.2, a relação tensão de saída: tensão 
de entrada é de aproximadamente 73:1. É possível entender o porquê dessa 
relação: como o ensaio explora disjuntores em baixa tensão, é preciso que se 
tenha uma atenuação considerável na saída para que as exigências do 
experimento sejam atendidas. 
A relação entrada : saída em termos de corrente para o circuito é 
mostrada na figura 4.3: 
 
 
Figura 4.3- Relação de entrada:saída para corrente do circuito da figura 4.1 
Fonte : PETRY, C.A. “Ensaio do Disjuntor de Baixa Tensão” 
 
 8
Adicionalmente, a gráfico apresentado na figura 4.4 é muito útil para 
relacionar tensão de entrada no primário com a corrente de saída no 
secundário. 
 
Figura 4.4- Relação de tensão na entrada do primário com a corrente na saída do secundário 
no transformador da figura 4.1 
Fonte : PETRY, C.A. “Ensaio do Disjuntor de Baixa Tensão” 
 
 A próxima seção do relatório mostra os resultados das medições obtidos 
com os disjuntores. Serão apresentados, ainda alguns comentários sobre as 
medidas. 
 Em síntese, o ensaio consiste em submeter o circuito a diferentes 
amplitudes de corrente e verificar o tempo de atuação do seu sistema de 
proteção. 
4.1 Materiais Utilizados 
 
► Uma bancada com um transformador de relação de tensão 73:1 entre 
primário e secundário; 
► 1 Osciloscópio Digital TEKTRONIX, modelo TDS 3012B, 10MHz, 1.25GS/s; 
► Disjuntores Pial Legrande®. 
 
4.2 Apresentação dos Resultados 
 
 Abaixo segue a tabela 4.2.1 que mostra os dados relativos ao 
experimento realizado.9
Disjuntor PIAL LEGRAND 
Constante de 
 Multiplicação 
Corrente 
 Desejada [A]
Pico de Corrente
 Medida[A] 
Tempo 
(s) 
Ponto 
No Gráfico 4.2.1
15 150 44,4 6,56 A 
10 100 62,0 2,44 B 
7 70 95,0 44.10-3 C 
5 50 98,0 49.10-3 D 
4 40 115,0 9,2.10-3 E 
Tabela 4.2.1 – Resultados das Medições do Experimento 
a. Marcar os pontos tempo versus corrente no gráfico do disjuntor Pial 
Legrand 
 Abaixo são mostrados o gráfico com os pontos obtidos: 
 
 
Gráfico 4.2.1 – Pontos obtidos experimentalmente 
 
 10
b. Apresentar algumas formas de onda adquiridas com o osciloscópio e 
comentar a respeito das mesmas. 
As formas de onda adquiridas com o osciloscópio são apresentadas 
abaixo: 
 
Figura 4.2.1- Primeira aquisição 
 
 
 
 
Figura 4.2.2- Segunda aquisição 
 
 11
 
 
 
 
 
 
Figura 4.2.3- Terceira aquisição 
 
 
 
 
Figura 4.2.4- Quarta aquisição 
 
 12
 
 
 
 
 
 
Figura 4.2.5- Quinta aquisição 
 
 
Figura 4.2.6- Sexta aquisição 
 
 
 
 
 13
c. Comentar os resultados obtidos com o ensaio dos disjuntores. 
 Os gráficos das aquisições mostrados nas figuras 4.2.1 a 4.2.6 estão de 
acordo com o gráfico da Figura 4.2.1. Ou seja, à medida que a magnitude da 
corrente aumenta, o tempo de atuação decai. 
 
d. Explique, sob o ponto de vista de materiais elétricos, o funcionamento 
do dispositivo térmico do disjuntor. 
 O princípio de funcionamento do mecanismo térmico do disjuntor baseia-
se no aquecimento de pares bimetálicos termoelétricos. Em outras palavras, 
uma lâmina composta por materiais de diferentes coeficientes de dilatação 
linear tem a sua forma alterada pela atuação de uma sobrecorrente, conforme 
visto na figura 4.2.7: 
 
Figura 4.2.7- Dispositivo de Atuação Térmica de um Disjuntor 
Fonte : PETRY, C.A. “Ensaio do Disjuntor de Baixa Tensão” 
 
 
 A alteração (curvatura) na forma da lâmina desliga o circuito evitando 
que sobrecorrentes elevadas se propagem pela rede elétrica. 
 
e. Qual a finalidade da câmera de extinção do arco elétrica e como 
funciona a mesma? 
 A câmara de extinção de arco elétrico funciona como um atenuador do 
arco resultante do afastamento entre o contato móvel e o fixo de um disjuntor. 
Ao chegar na câmara, o arco é consumido gradativamente. Esse procedimento 
 14
evita danos à lâmina bimetálica do disjuntor, no caso de elevados valores de 
correntes (curto-circuitos). 
 
f. Explique por que um disjuntor normalmente emprega dois dispositivos 
de proteção, o térmico e o magnético. 
 O sistema de proteção térmico de um disjuntor deve atuar contra 
sobrecorrentes pequenas e moderadas, enquanto que os disparadores 
eletromagnéticos atuam tanto naquelas sobrecorrentes quanto contra 
sobrecorrentes elevadas, como correntes de curto-circuito. O uso desse dois 
sistemas simplesmente melhora a proteção da rede elétrica, reduzindo os 
riscos de falta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 15
5. Conclusões 
 
Os testes desenvolvidos em laboratório esclareceram muitos aspectos 
da natureza da proteção de um disjuntor. O dispositivos térmico e magnético 
devem atuar em conformidade com as especificações de projeto de 
engenharia. 
 Uma característica relevante de disjuntores modernos diz respeito ao 
papel da câmara de extinção de arco. Sem ela, o tempo de vida da estrutura do 
disjuntor poderá ser drasticamente reduzido, pois a lâmina bimetálica se 
desgasta com o arco elétrico. 
 A dificuldade da realização do ensaio consiste na obtenção de correntes 
de valores nominais elevados, o que nem sempre é simples. Entretanto, as 
respostas obtidas ainda são satisfatórias considerando-se as tolerâncias devido 
aos erros de medição. 
 Ressalta-se com isso como um instrumento aparentemente simples 
como um disjuntor pode ser ao mesmo tempo sofisticado quando analisada sua 
estrutura interna. Um bom projeto de engenharia deve levar em conta todas as 
possíveis fontes de falha na rede protegida pelo disjuntor, pois em diversas 
aplicações essas falhas podem comprometer vidas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 16
6. Bibliografia 
 
[1] PETRY, C.A. : “Ensaio do Disjuntor de Baixa Tensão”. Disponível em< 
www.inep.ufsc.br/~petry>. Acesso em 08 jul.2006 
 
[2] WIKIPÉDIA: “Disjuntor”. Dispnível em .< 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Disjuntor>. Acesso em 09 jul. 2006. 
 
[3] GE SISTEMAS INDUSTRIAIS:” Como especificar um disjuntor”. Disponível 
em .< http://www.geindustrial.com.br/produtos/disjuntores/especificacao.asp>. 
Acesso em 09 jul. 2006.