Introdução aos Circuitos com Cargas Estaticas - Aula 3

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AULA 3 
INTRODUÇÃO AOS CIRCUITOS 
COM CARGAS ESTÁTICAS 
Prof. Fábio José Ricardo 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Esta aula tem como objetivo demonstrar os critérios para dimensionamento 
das proteções para os circuitos elétricos para cargas estáticas. 
O conteúdo abrange as questões básicas e os critérios mais específicos 
para consideração em relação a dimensionamentos das proteções, incluindo 
seletividade, proteção contra sobrecorrentes, sobrecarga, curto-circuito, entre 
outros parâmetros. 
CONTEXTUALIZANDO 
O dimensionamento dos ramais alimentadores também envolve outras 
etapas para completar o esquema de proteções para a instalação, desde o início 
da instalação até a calibração ou os ajustes dos dispositivos. 
Sabe-se da importância de considerar não só fatores como sobrecorrente 
ou sobrecarga nos circuitos, mas todos os parâmetros que podem influenciar o 
bom funcionamento das cargas estáticas, através da corrente e tensão fornecidas 
pelos condutores de alimentação. 
Quais são, então, os diversos parâmetros envolvidos no dimensionamento 
das proteções? Qual relação cada um deles possui com o circuito ou qual 
influência exercem sobre seu funcionamento? Em quais situações considerar 
cada parâmetro? É o que veremos na aula de hoje. 
TEMA 1 – ITENS BÁSICOS PARA PROTEÇÃO CONTRA SOBRECORRENTES 
Os itens a seguir descrevem prescrições básicas para proteções 
considerando sobrecarga e curto circuito. 
1.1 Dimensionamento básico das proteções contra correntes de 
sobrecargas 
Conforme Mamede Filho (2010), as proteções destinadas aos circuitos 
elétricos, sejam disjuntores ou outros dispositivos, precisam necessariamente que 
a atuação sirva para interromper as correntes de sobrecargas nos diversos 
condutores do ramal alimentador para evitar o aquecimento desses condutores, o 
rompimento da isolação e o aquecimento da isolação e das conexões além dos 
limites previstos em normas e limites do dimensionamento. 
 
 
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Para tanto, destacam-se os seguintes critérios: 
 As proteções devem, obrigatoriamente, estar localizadas nos diversos 
pontos dos circuitos em que haja alterações nos valores da corrente que 
está circulando (decréscimo em relação à fonte), como, por exemplo, em 
quadros elétricos, ou até mesmo nos casos em que as alterações nos 
valores da corrente se deem pela troca de seção de condutor, em que a 
seção seguinte é composta de condutores de menor bitola. 
 O dispositivo pode ser instalado ao longo do trajeto, desde que não esteja 
a uma distância maior do que 3 metros da fonte. 
 O dispositivo pode ser excluído nos circuitos situados a jusante de uma 
mudança qualquer que altere a capacidade de condução de corrente dos 
condutores, desde que exista uma proteção de sobrecarga localizada a 
montante; nos circuitos de cargas resistivas ligadas no seu valor máximo; 
nos circuitos de comando e sinalização; nos circuitos de alimentação de 
eletroímãs para elevação de carga; nos circuitos secundários de 
transformadores de corrente; nos circuitos secundários de transformadores 
de potencial destinados para os equipamentos de medição (em 
subestações, por exemplo) e nos circuitos de carga motriz em regime de 
funcionamento. 
1.2 Dimensionamento básico das proteções contra correntes de curtos-
circuitos 
Quanto às correntes de curto-circuito, devem ser consideradas as 
seguintes premissas: 
 Os dispositivos instalados para proteção devem ter, obrigatoriamente, 
capacidade de ruptura ou interrupção igual ou superior à corrente de curto-
circuito que é calculada no ponto da instalação desse dispositivo. 
 A energia suportada pelos dispositivos e condutores a jusante do 
dispositivo de proteção não pode ser maior do que a energia que o 
dispositivo de proteção deve deixar passar. 
 O dispositivo deve estar localizado no ponto em que há alteração ou 
mudança no circuito em relação à corrente elétrica que circula nos 
condutores. 
 Pode-se excluir o dispositivo, considerando-se a corrente de curto-circuito, 
nos seguintes casos: a) no ponto em que há alteração de corrente elétrica 
 
 
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ou modificação dos parâmetros (até 3 metros deste), desde que o 
dispositivo não fique localizado próximo a materiais combustíveis; b) num 
ponto localizado a montante de uma mudança de seção ou modificação, 
desde que o dispositivo de proteção esteja protegendo a jusante; c) nos 
circuitos que ligam geradores, transformadores, retificadores, baterias e 
acumuladores aos quadros de comando correspondentes, desde que 
nestes haja dispositivos de proteção; d) nos circuitos que ligam secundários 
de transformadores de corrente ou de potencial aos de proteção ou até 
mesmo aos medidores de energia; e) nos circuitos que, quando 
desenergizados, possam trazer algum perigo para a instalação, 
parcialmente ou totalmente. 
TEMA 2 – DIMENSIONAMENTO DOS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO 
Um ramal alimentador ou um dispositivo só está protegido contra 
sobrecargas quando todos os elementos instalados (cabos, chaves etc.) 
estiverem dimensionados com suas capacidades térmicas e dinâmicas abaixo dos 
valores limitados pelos dispositivos de proteção correspondentes aos circuitos. 
Um dos parâmetros necessários a se considerar trata-se dos tempos de atuação 
da proteção aos valores de sobrecorrentes. 
Quando o ponto a ser tratado é corrente de sobrecarga, os valores são 
efetivamente abaixo dos referentes às correntes de curto-circuito 
correspondentes. Sendo assim, costuma-se efetuar a análise da integral de Joule 
(Mamede Filho, 2010, p. 339) para o cálculo, conforme a equação abaixo: 
∫ [𝑖(𝑡)2 
1
0
𝑥 𝑑𝑡 ≤ 𝐼𝑐𝑠
2 𝑥 𝑇 
em que: 
𝐼𝑐𝑠
 – corrente de curto-circuito que atravessa o dispositivo de proteção. 
𝑇 – tempo de duração da corrente de curto-circuito. 
A Tabela 1 fornece os valores da integral de Joule para o aquecimento 
adiabático dos condutores de cobre desde a temperatura máxima de serviço até 
a temperatura limite suportável para correntes de curto-circuito, para os cabos 
com isolação do tipo PVC, XLPE ou EPR. 
 
 
 
 
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Tabela 1: Integral de Joule para aquecimento adiabático dos condutores de cobre. 
 
Fonte: Mamede Filho, 2010, p. 340. 
 
Um circuito estará totalmente protegido quando os seguintes pontos forem 
atendidos: 
 Não fornecer condições de operação quando a corrente for inferior à 
capacidade de condução de corrente do condutor do circuito, considerando 
o modo de instalação deste. 
 Pode operar normalmente com um tempo de retardo elevado, considerando 
uma corrente de curto-circuito de até 1,45 vezes a capacidade de corrente 
do condutor correspondente. 
 Opera em tempos inversamente proporcionais para correntes de 
sobrecarga compreendidas entre 1,45 e 8 vezes a corrente nominal do 
circuito. 
 Opera em um tempo extremamente reduzido para as correntes de curto-
circuito. 
TEMA 3 – PROTEÇÃO DA CORRENTE DIFERENCIAL-RESIDUAL 
Um dos temas considerados muito importantes em proteção está 
relacionado à corrente residual dos circuitos ou corrente diferencial-residual. Não 
são incomuns situações de choques elétricos em pessoas, especialmente em 
crianças que entram em contato com partes metálicas que apresentam um certo 
 
 
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nível de corrente residual do ramal alimentador ou outro circuito que deveria estar 
protegido. 
O dispositivo de proteção normal (muitas vezes disjuntor de proteção) 
acaba não sendo a forma mais correta ou adequada de proteção contra esses 
níveis de corrente, uma vez que é um equipamento mais robusto destinado a 
realizar proteção contra sobrecarga e curto-circuito. Para isso são utilizados os 
famosos dispositivos residuais (DR) nos pontos de proteção, que interrompem o 
circuito na presença de correntes diferenciais residuais. Um exemplo desse 
dispositivo está na Figura: 
Figura 1: Exemplo de dispositivo residual diferencial 
 
Para a proteção de pessoas contra choques elétricos os ramais 
alimentadorese circuitos devem estar protegidos também por DR para 30 mA. 
Quando se trata apenas de proteção para a propriedade ou itens materiais, o DR 
pode ser utilizado com configuração de 300 mA. 
O princípio básico de funcionamento dos DR está no fato de que o valor de 
corrente que circula no condutor neutro deve ser nulo (ou zero). Por esse motivo 
o dispositivo é composto de 4 polos, sendo três fases e um polo neutro, para que 
se possa, por meio de minitransformadores internos, medir as correntes que 
circulam nos condutores. Para um circuito trifásico, sem a presença de polo 
neutro, o sistema também funciona adequadamente, já que a soma das correntes 
também deve ser nula para cargas trifásicas. Em qualquer alteração o DR 
entenderá que pode haver uma fuga de correntes residuais para partes metálicas 
ou que o equipamento está com problemas. 
 
 
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De acordo com a NBR 5410 (ABNT, 2004), qualquer que seja o esquema 
de aterramento, este deve ser objeto de proteção complementar contra contatos 
diretos por meio de dispositivos com corrente diferencial-residual de alta 
sensibilidade, isto é, com corrente residual inferior a 30mA. 
A aplicação dos DR segue algumas premissas, a saber: 
 O uso do DR não dispensa, em qualquer hipótese, o uso do condutor de 
proteção no circuito. 
 O DR deve garantir o seccionamento de todos os condutores fase 
(protegidos) e também o condutor neutro (caso este também esteja no 
circuito). 
 O DR deve conter todos os condutores fase e neutro (caso este seja 
presente). 
 No DR nunca deve passar o condutor de proteção ou aterramento. 
 Os DR devem ser instalados de forma que não interrompam 
intempestivamente os circuitos, ou seja, vários DR devem ser instalados 
nos circuitos para que, em caso de presença de correntes residuais, não 
haja interrupção total dos demais circuitos no mesmo quadro ou fonte de 
energia. 
O uso dos DR é obrigatório nas seguintes situações: 
 nos circuitos que alimentam pontos de utilização situados em locais 
contendo banheira ou chuveiro elétrico; 
 nos circuitos que alimentam pontos de tomadas localizados em ambientes 
externos em edificações; 
 nos circuitos que, em áreas de habitação, alimentam pontos de tomada 
localizadas em cozinhas, copas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e 
demais dependências com altura inferior a 2,5 m; 
 nos circuitos em que as tomadas estejam instaladas em áreas sujeitas a 
lavagens; 
 a proteção poderá ser usada individualmente nesses circuitos ou por grupo 
deles. 
TEMA 4 – DISJUNTORES DE BAIXA TENSÃO 
Disjuntores são dispositivos destinados à proteção dos circuitos e também 
às operações de manobras. Esses dispositivos atuam interrompendo o circuito 
 
 
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quando a corrente circulante é superior ao valor estabelecido para o 
funcionamento normal. 
Normalmente, os disjuntores atuam em: 
 proteção de sobrecargas; 
 proteção contra curtos-circuitos; 
 comando funcional; 
 seccionamento; 
 seccionamento de emergência; 
 proteção contra contatos indiretos; 
 proteção contra quedas e ausência de tensão. 
A imagem a seguir traz um exemplo de um disjuntor tripolar ou trifásico: 
Figura 2 – Imagem de disjuntor tripolar 
 
Os disjuntores podem ser de quatro tipos, a saber: 
 Disjuntores térmicos 
Equipamentos que possuem somente capacidade de proteção pela 
corrente térmica de sobrecarga. 
 Disjuntores magnéticos 
Equipamentos que possuem somente capacidade de proteção pela 
corrente de curto-circuito. 
 Disjuntores termomagnéticos 
Equipamentos que possuem capacidade de proteção pela corrente térmica 
de sobrecarga e de curto-circuito. Na prática, este é o tipo mais utilizado. 
 Disjuntores termomagnéticos limitadores 
 
 
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Equipamentos que possuem capacidade de proteção pela corrente térmica 
de sobrecarga e de curtos-circuitos, bem como de um sistema especial 
capaz de interromper as elevadas correntes de curto-circuito antes que elas 
atinjam seu valor de pico. Esse sistema tem como princípio as forças 
dinâmicas provocadas pela corrente de defeito. 
Todos os tipos de disjuntores descritos podem ainda ser fabricados com as 
seguintes características: 
1. Unidade sem ajuste ou regulação: neste tipo de dispositivo as correntes 
térmicas e magnéticas são ajustadas pelo fabricante e o disjuntor 
normalmente é selado, impossibilitando alterações. 
2. Unidade com ajuste ou regulação: neste tipo de dispositivo as correntes 
térmicas e magnéticas podem ser ajustadas no local pelo usuário. 
O dimensionamento dos disjuntores de baixa tensão em circuitos industriais 
para cargas estáticas deve ser feito observando-se o tipo que será utilizado em 
relação ao comportamento de atuação em função da temperatura em que estará 
submetido em operação. Essa seleção deve estar de acordo com a NBR 5410 
(ABNT, 2004), considerando: 
a. características de proteção contra sobrecarga; 
b. características de proteção contra curtos-circuitos. 
TEMA 5 – FUSÍVEIS 
São dispositivos destinados também à proteção de circuitos para cargas 
estáticas, utilizados quando as características da carga não suportam o uso dos 
disjuntores citados. Estes dispositivos se fundem quando percorridos por corrente 
superior à qual foram projetados para suportar. 
Os fusíveis podem ser do tipo diazed, conforme Erro! Fonte de referência 
não encontrada., ou NH para correntes com valor elevado. 
 
 
 
 
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Figura 3 – Exemplo de fusível do tipo diazed 
 
 
Os fusíveis NH e diazed são dotados de características de limitação de 
corrente. Para correntes de curtos-circuitos elevadas, estes dispositivos atuam em 
um tempo extremamente rápido, que não permite que a corrente de impulso atinja 
seu valor máximo. 
Todos os fusíveis precisam ainda oferecer segurança a todos os elementos 
e equipamentos instalados a jusante do ponto de instalação. 
NA PRÁTICA 
Como exemplo prático de cálculo e dimensionamento de disjuntores de 
baixa tensão, aplica-se o exercício 10.5, constante no livro Instalações Elétricas, 
de João Mamede Filho, página 353, em que o autor explora o dimensionamento 
de um disjuntor para comando e proteção de um motor elétrico. Embora a carga 
do exemplo seja não estática, a metodologia aplica-se também a cargas estáticas. 
No exercício mencionado, são exploradas três condições de dimensionamento e 
regulagem de disparo do disjuntor. 
Como exemplo para dimensionamento de fusíveis de proteção, verifique o 
exercício de aplicação prática 10.6, disponível no mesmo livro, na página 358. 
Nessa atividade o autor dimensiona a corrente necessária do fusível de proteção 
para um circuito. Esse tema é abordado também no exercício 10.7, página 360 do 
mesmo livro. 
No capítulo 10 (p. 338-393) do livro mencionado, ao longo de todas as 
seções podem ser observados vários exercícios práticos sobre o 
dimensionamento, abrangendo as seções exploradas nesta aula. 
 
 
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FINALIZANDO 
Nesta aula verificou-se a importância do dimensionamento dos dispositivos 
de proteção, sejam eles disjuntores, relés ou fusíveis. Estes dispositivos são 
responsáveis por garantir a correta operação dos equipamentos de cargas 
elétricas estáticas, bem como proporcionar uma forma de operação e 
seccionamento quando necessário. 
Também abordamos alguns parâmetros a respeito de sistemas de 
proteção, porém outros ainda devem ser levados em consideração, de acordo 
com a carga a ser protegida. Assim, torna-se necessária a consulta à NBR 5410 
(ABNT, 2004) e demais normas vigentes para um correto dimensionamento. 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5410: 
instalações técnicas de baixas tensões. Rio de Janeiro, 2004. 
CREDER, H. Instalações Elétricas. 16. ed. São Paulo: LTC, 2016. 
MAMEDE FILHO, J. Instalações Elétricas Industriais. 8. ed. São Paulo: LTC, 
2010.