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Por A. Manjate, Eng. Electrotécnico Beira Outubro 2021 1 4. ELEMENTOS DE PROTECÇÃO Os principiais elementos de Protecção Automática sãos os seguintes: •Relés de Protecção •Disjuntores •Corta-circuitos fusíveis •Descarregadores de sobretensões •Pára-raios 2 4.1.CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL O fusível representa o ponto + frágil do circuito. 1,5mm2 ,35mm0 3 corta circuito-fusível • 2.1. Princípio de funcionamento de um • O funcionamento de um fusível baseia-se no efeito de Joule. Um fio condutor é calibrado por forma a deixar passar uma corrente até uma determinada intensidade sem aquecer excessivamente devendo romper, por fusão, quando a corrente de serviço desse circuito ultrapassar o valor da corrente nominal do fusível. IC: Corrente limitada pelo fusível tS: Tempo de pré-arco tL: Tempo de arco IP: Corrente de curto-circuito presumida 4 MATERIAL DE CONSTRUCAO DE FUSIVEL O fio fusível é geralmente feito de: • Prata • Chumbo • Estanho • Cobre 5 4.1.CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL 4.1.1.CARACTERITICAS DOS CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL As características dos corta-circuitos fusíveis são as seguintes: 1. Intensidade nominal 2. Tempo de fusão 3. Curva de fusão 4. Poder de corte 5. Tensão nominal 6. Intensidade convencional de não-fusão 7. Intensidade convencional de fusão 8. Sensibilidade de actuação 6 4.1.CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL INTENSIDADE NOMINAL DO FUSÍVEL – CALIBRE DO FUSÍVEL Corresponde ao valor máximo de corrente em regime permanente que o fusível pode suportar sem que a sua temperatura dos seus diversos elementos exceda determinados limites. TEMPO DE FUSÃO É o tempo necessário para que o fusível alcance a sua temperatura de fusão Para além deste tempo é importante o tempo de duração do arco: neste intervalo a corrente circula através do arco produzido pela ruptura do fio fusível. Este arco extingue-se quando a corrente passa pelo zero. O tempo convencional de fusão varia com a IN e está compreendido entre 1 e 4 horas. 7 4.1.CARACTERISTICAS DOS CORTA- CIRCUITO FUSÍVEL CURVA INTENSIDADE DE FUSÃO-TEMPO DE FUSÃO É a curva que relaciona os valores de intensidade à qual o fusível funde com o respectivo tempo que o fusível demora a fundir. Sao fornecidas pelos fabricantes de fusíveis para permitir ao utilizador uma escolha do fusível mais adequado para cada aplicação, 8 4.1.CARACTERISTICAS DOS CORTA- CIRCUITO FUSÍVEL CURVA INTENSIDADE DE FUSÃO-TEMPO DE FUSÃO ção A interpretação de qualquer grafico passa sempre por traçar linhas auxiliares No caso de fusíveis e disjuntores as linhas auxiliares devem simular as situaçoes de funcionamento: -normal, - c/sobrecargas ligeiras -c/sobrecarga acentuada -Curto-circuitos 9 4.1.CARACTERISTICAS DOS CORTA- CIRCUITO FUSÍVEL CURVA INTENSIDADE DE FUSÃO-TEMPO DE FUSÃO Curvas de fusão típicas A IEC utiliza a montagem com 2 letras, sendo que a primeira letra, denomina a "Faixa de Interrupção" , ou seja, c/que tipo de sobreintensidade o fusível irá actuar, que são elas: "g" ̶ Actuação para sobrecarga e curto-circuito "a" ̶ Actuação apenas para curto-circuito; A segunda letra, denomina a "Categoria de Utilização", ou seja, que tipo de equipamento o fusível irá proteger, que são elas: "L/G" ̶ Protecção de cabos e uso geral; "M" ̶ Protecção de Motores; "R" ̶ Protecção de circuitos com semicondutores 10 4.1.CARACTERISTICAS DOS CORTA- CIRCUITO FUSÍVEL CURVA INTENSIDADE DE FUSÃO-TEMPO DE FUSÃO aMgG IccIsobrecargaIN I t 11 4.1.CARACTERISTICAS DOS CORTA- CIRCUITO FUSÍVEL INTENSIDADE CONVENCIONAL DE NÃO-FUSÃO (Inf) • Intensidade de corrente que pode ser suportado pelo elo fusível sem este fundir, durante o tempo convencional tc. • INTENSIDADE CONVENCIONAL DE FUSÃO (If) • É a Intensidade de corrente que deve provocar a fusão do elo fusível num tempo não superior ao tempo convencional tc. • A relação matemática existente entre as três correntes de um fusível são as seguintes: • 12 4.1.CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL Relação entre Intensidade Nominal, IN, Intensidades convencionais de não- Fusão , Inf e de fusão If de um corte circuito fusível A relação matemática existente entre as três correntes de um fusível são as seguintes Intensidade nominal do fusível IN IN < 63 A Até 4 A 1.5 IN 2.1 IN De 4 a 10 A 1.5 IN 1.9IN De 10 a 25 A 1.4 IN 1.7IN Acima de 25 A 1.3 IN 1.6IN Não-Fusão Fusão Intensidade limite de 13 4.1.CARACTERISTICAS DOS CORTA- CIRCUITO FUSÍVEL Relacao entre IN, INF e IF de um corta circuito fusivel partindo da tabela anterior • 14 4.1.CARACTERISTICAS DOS CORTA- CIRCUITO FUSÍVEL • TEMPO CONVENCIONAL • Em caso de ocorrência de sobreintensidades os corta-circuitos fusíveis devem fundir ao fim de um determinado intervalo de tempo em conformidade com o respectivo calibre, e fixado por norma para todos fabricantes de fusíveis. Esse tempo chama-se tempo convencional tc e variam de 1 a 4 horas conforme se pode ver no quadro a seguir. Intensidade nominal do fusível IN Tempo convencional (Tc) IN < 63 A 1 h 63A < IN < 160 A 2 h 160A< IN < 400 A 3 h IN < 400 A 4 h 15 4.1.CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL Seja um fusível de IN= 10 A tc(fusão) = 1 h – (por consulta na tabela 1.1) Inf= 1,3IN=1.5x10=15 A (conforme a tabela 2, para fusíveis com IN igual ou abaixo de 25 A) If=1,6 IN=1,9x10=19 A (conforme a tabela 1.2, para fusíveis com IN igual ou abaixo de 25 A) 16 Situação Análise IB<10 A O Fusível vai fundir? Não, não vai fundir Justificação: IB<80 A corresponde a IB< IN. Correntes abaixo de IN do fusível não são vistas por este como sendo correntes de defeito; IB=IN=10 A O Fusível vai fundir? Não, não vai fundir. Justificação: IB=IN não corresponde a uma corrente de defeito; 10A<IB<15A O Fusível vai fundir? Sim, vai fundir, Mas num tempo superior a tc (1h) Justificação: O fusível está perante uma corrente de defeito (IB>IN) e quando é assim deve fundir nalgum momento; Tempo de fusão: t f>1h Justificação: tf>2 horas, pois a corrente de defeito tem valor abaixo de IF Caracteristicas de fusiveis (cont) 17 IB=15 A O Fusível vai fundir? Sim vai fundir. Justificação: 15 A por ser acima de IN representa uma corrente de defeito e sendo assim o fusível deve fundir Tempo de fusão: num tempo superior a tc (1h) Quanto ao instante de fusão: 15A=Inf, por definição de Inf é o valor limite de corrente acima de In para o qual o fusível funde num tempo acima de tc Por se tratar de uma corrente igual a Inf o fusível irá fundir sim, mas num tempo superior a tc (1h), ou seja, acima do tempo convencional. 19A>IB>15A O Fusível vai fundir? Sim, vai fundir de certeza! Justificação: As correntes situadas neste intervalo são todas correntes de defeito; Tempo de fusão: é incerto, ou seja, a fusão tanto pode ocorrer dentro de tempo convencional que é de 1 hora ou como também acima de tc; Justificação: Fusível funde garantidamente com tf>1h se a corrente defeituosa não ultrapassar Inf e funde dentro do tempo convencional (1h) se a corrente de defeito for maior ou igual a IF (19A), ora esta corrente não cumpre nenhuma das condições e sendo assim tanto pode fundir acima de 1h como dentro; IB=19 A O Fusível vai fundir? Sim, vai fundir! Tempo de fusão: dentro do intervalo de 1 h (tc=1h) IB>19 A O fusível irá fundir sim e num tempo não superiora Tc(1 h). 18 CARATERISTICAS DE FUSIVEIS • Sempre que numa canalização circular uma corrente de defeito, ID, com um valor compreendido entre Inf e IF do fusível que protege a canalização, o momento de fusão do fusível é incerto, tanto pode ser dentro do tempo convencional como fora dele, e supondo que ocorra acima do tempo tc, pode ser que até essa altura a canalização já se tenha queimado. 19 4.1.CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL PODER DE CORTE Corresponde à corrente máxima que um fusível pode interromper sem se auto destruir é expressa em kA. Os fabricantes hoje em dia preferem o termo capacidade de interrupção em lugar de poderde corte Comentário: 1 − •Será que um Fusível com elevado PDC É: •Mais sensível que aquele com menor PDC? •Mais rápido a fundir do que aquele com menor PDC •“Vê” primeiro um C.C do que aquele com menor PDC, ou seja, maior PDC maior rapidez? 20 4.1.CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL PODER DE CORTE/capacidade de interrupção (continuação) 2. O p.d.c de um corta-circuito fusível em termos práticos corresponde à sua capacidade de suportar os efeitos electrodinâmicos das correntes de C.C que ele deve interromper; 3. Tudo o que se pretende com um fusível é que durante a interrupção de corrente de C.C se desfaça apenas o fio fusível e não que se desfaça ou expluda o invólucro, pois isso poderia ser perigoso. Significado pratico de PDC de 5 kA: é que seu fabricante garante que o mesmo pode interromper Icc ate o valor de 5kA sem que o seu invólucro se auto destrua. 21 4.1.CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL CLASSIFICA CAO DE FUSIVEIS A) SEGUNDO A ZONA DE FUNCIONAMENTO Segundo a tensão: fusíveis de Meio de fusão: fusíveis fusão aberta ou livre fusão cerrada CLASSES Intensidade Nominal PROTECCAO ASSEGURADA gF Fusveis retardados Contra sobrecargas e curto-circuitos gT Fusiveis lentos Contra sobrecargas e curto-circuitos aM Fusiveis de acompanhamento Contra curto-circuitos BT AT 22 23 PRINCIPAIS TIPOS DE CORTA CIRCUITOS FUSÍVEIS DE B. T Item Tipo Imagem 1 Fusível de ficha (fusível Gardy) 2 Fusível de rolha (Não usuais em Moçambique) 3 Fusível Diadzed 4 Fusível de Cartucho 24 PRINCIPAIS TIPOS DE CORTA CIRCUITOS FUSÍVEIS DE B. T Item Tipo Imagem 5 Fusível Sitor 6 Fusível cilíndrico 7 Fusível de de vidro 25 4.1.CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL CONSTITUIÇÃO BÁSICA DOS CORTA-CIRCUITOS FUSÍVEIS Fusível propriamente dito Base. A base é de material isolante e incombustível e possui dois terminais para ligação ao condutor a proteger, entre os quais fica intercalado o fusível. 26 27 4.1.2. CLASSIFICAÇÃO DE FUSÍVEIS Baixa Tensão Quanto a tensão: Alta tensão Fusão aberta ou livre Meio de fusão De fusão cerrado 4.1.CORTA-CIRCUITO FUSÍVEL 27 28 Os principais tipos de fusíveis de baixa tensão são: - Fusível de ficha (fusível Gardy) - Fusível de rolha - Fusível de Cartucho - Fusível de vidro - Fusível cilíndrico - Fusível Diadzed 4.1. CORTA CIRCUITOS FIUSÍVEIS DE B. T 28 CORTA-CIRCUITOS FUSÍVEIS DE FICHA também conhecidos por corta-circuitos gardy CONSTI- TUICAO Base Cabeca ou ficha Alveolos Terminais •Enchimento •Pernos (terminais) •Indicador de fusao •Fio fusivel 29 CORTA-CIRCUITOS FUSÍVEIS DE FICHA . BASE A base é provida de 2 alvéolos e 2 terminais A base é de porcelana esmaltada, com dois terminais de bronze ou latão; pode ser, também, provida de espigas roscadas, com porcas e anilhas, que servem não só para a fixação ( se o quadro for de material isolador) como também de terminais de ligação. As dimensões das bases são padronizadas: base 1400, 1420, etc. ALVÉOLOS São pequenos cilindros metálicos ocos, cujo diâmetro interior varia com o calibre do fusível 30 CORTA-CIRCUITOS FUSÍVEIS DE FICHA FICHA-FUSÍVEL Sao de porcelana esmaltada, com os dois pernos de contacto de diâmetro variável com o calibre do fusível e que se introduzem nos orifícios dos alvéolos. O elemento fusível é fixado aos pernos de contacto no interior da ficha, que possui um orifício tapado com mica (“janela” ou postigo) na face superior para a verificação do estado do fusível, fundido ou intacto. 31 CORTA-CIRCUITOS FUSÍVEIS DE FICHA FIndicador de fusão Nos corta-circuitos fusíveis de elevada intensidade é ligado em paralelo com o fio fusível um fio indicador de fusão de grande resistência, visível da janela ou postigo, que é percorrido por uma pequena parte da corrente do cto em funcionamento normal. Quando o fio fusível principal funde aí a totalidade da corrente passa pelo fio indicador de fusão e ele funde 32 CORTA-CIRCUITOS FUSÍVEIS DE FICHA Aplicação de fusíveis de ficha Pelo facto de terem um baixíssimo poder de corte são aplicados em instalações de pequena importância. Comentário: Estes fusíveis para além da desvantagem de possuírem um baixíssimo p.d.c. têm ainda a desvantagem de facilitar a sua adulteração, permitindo em certos casos a substituição de um fusível fundido por outro de maior calibre, como também permite a colocação por fora de um elo fusível não calibrado, amarrado aos pernos. 33 CORTA-CIRCUITOS FUSÍVEIS DE FICHA Tipos de fusíveis de ficha Fabricam-se quatro tipos principais deste fusível para os calibres indicados no quadro 34 CORTA-CIRCUITOS FUSÍVEIS DE FICHA Tipos de fusíveis de ficha Fabricam-se quatro tipos principais deste fusível para os calibres indicados no quadro PODER DE CORTE São de muito baixo poder de corte. 35 CORTA-CIRCUITOS DE ROLO 36 • Rolo fusível Tampa inferior liga ao parafuso de ajuste quando montado na base. Diâmetro inferior deve com o diâmetro do orifício do parafusode ELO FUSIVEL CORTA-CIRCUITOS DE ROLO Involucro oco m material ceramico com tampas metalicas nas extremidades – contactos e contendo •Elo fusivel perfurado (dai o Alto PDC) •Areia silica O elemento fusível é perfurado em vários pontos; ao produzir-se um curto-circuito, estabelece-se bruscamente a temperatura de fusão em todas as zonas estreitas do condutor perfurado, conseguindo-se assim um poder de corte muito elevado. 37 CORTA-CIRCUITOS DE ROLO • Indicador de fusão (cores) • Na tampa superior dos rolos fusíveis existe um indicador de estado cuja cor depende da intensidade nominal do fusível e a mesma cor é adoptada para o parafuso de ajuste do mesmo calibre. A base É de porcelana e os mais recentes de esteatite e contém: 2 contactos, (Barrinha de latao + rosca) 1 Mola (por baixo da barrinha) 1 Parafuso de ajuste. 1 Anel de protecção 38 CORTA-CIRCUITOS DE ROLO • Base de corta-circuito fusível de rolo • Tamanhos das bases de fusíveis de rolo Imagem Tamanho Rosca IN DII E27 ` 2 a 25 A DIII E33 35 a 63 A 39 CORTA-CIRCUITOS DE ROLO Parafuso de ajuste Indicador de fusão IN [ A] Cor Para bases 2 Rosa 4 Castanho 6 Verde 10 Vermelho Rosca 16 Cinzento 27 20 Azul 25 Amarelo 35 Preto 50 Branco Rosca 63 Cobre 33 Os calibres dos fusíveis são codificados por meio de cores 40 CORTA-CIRCUITOS DE ROLO • Características do dos fusíveis de rolo • Com os corta-circuitos fusíveis do tipo rolo consegue-se uma ruptura absolutamente segura, ficando excluída a possibilidade de inflamação no exterior. • • Além disso, os rolos fusíveis são gradualmente selectivos até às correntes de curto-circuito mais elevadas. • São fabricados para: • Correntes nominais de: 2 A e 200 A • Curvas de fusão ou características de intensidade- tempo: rápida, lenta ou adaptada à aplicações especiais (para o emprego em minas ou para a protecção de rectificadores de silício, por exemplo). 41 CORTA-CIRCUITOS DE ROLO Modelos de fusíveis de rolo Os principais modelos de rolos fusíveis são: 1) Diadzed (DIA = Diâmetro; Z = Duas partes (bipartido); ED = Rosca do tipo Edison) 2) Silized/sitor: (para o emprego em minas ou para a protecção de rectificadores de silício, por exemplo). 3) Tipo neozed 42 CORTA-CIRCUITOS DE ROLO Modelo de Rolo Imagem Aplicação DIAZED Tamanho: DII, DIII Motores Ultra rápidos Calibres:2 a 63A Curva de resposta:gR Rectificadores e Inversores. carga dos tirístores e díodos de potência Neozed Tamanho reduzido: (D01 e D02) Calibres: 2 a 63A Curva de resposta: gl/gG Protecção de redes de energia eléctrica e circuitos de comando. Modelos de fusíveis de rolo 43 44
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