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ELETROTÉCNICA BÁSICA AULA 4 Prof. Fábio José Ricardo 2 CONVERSA INICIAL Olá, aluno. Nesta aula, você vai estudar os principais cálculos de corrente elétrica e potência para circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos, conforme recomendações das normas ABNT. Também vai descobrir como efetuar o cálculo e o dimensionamento dos condutores (fase, neutro, de proteção, ou aterramento) necessários nos diversos circuitos elétricos. Por fim, verá algumas exigências das normas ABNT e NBR5410 para a questão das proteções utilizadas nos circuitos elétricos, bem como os tipos mais comuns de proteção existentes – disjuntores e fusíveis de proteção. TEMA 1 – CÁLCULOS DE VARIÁVEIS 1.1 Cargas monofásicas Em uma instalação, são encontrados vários tipos de cargas elétricas. As mais simples, presentes no interior das residências, são as cargas monofásicas, que necessitam de um condutor fase e um condutor neutro para funcionar. Praticamente todas as cargas elétricas de uma residência (tomadas, iluminação, eletrodomésticos etc.) têm essa característica. São cargas que não têm alta potência e podem ser alimentadas apenas por um condutor fase (R, S ou T) e um condutor neutro. Figura 1 – Esquema de ligação de uma carga monofásica A carga é ligada às extremidades de um circuito e recebe, nesse caso, condutor fase (R) e condutor neutro (N) para sua alimentação elétrica. Pelo condutor, tem-se a circulação de corrente elétrica (iL), que dependerá da potência da carga. VL C1 iLR N 3 Supondo que a tensão de entrada (VL) tem valor de 127 V e que a corrente que circula nos condutores tem valor de 5 A, pode-se calcular a potência da carga pela expressão: 𝑃 = 𝑉 𝑥 𝐼 𝑥 cos (𝛷) (1) O valor do cos (𝛷) dependerá do fator de potência da carga, supondo que essa seja puramente resistiva, o valor do cos(𝛷) = 1. Então, o cálculo ficará: 𝑃 = 127 𝑥 5 𝑥 1 = 635 W Exercício proposto 1 Calcule a corrente elétrica que circula em um circuito que alimenta uma carga monofásica de potência 500 W e que é alimentada por uma tensão de linha de 220 V. A carga tem fator de potência igual a 0,95. Resposta: 𝑖 = 2,39 𝐴 Exercício proposto 2 Calcule a corrente elétrica que circula em um circuito, que alimenta uma carga monofásica, puramente resistiva, de potência 1.000 W e que é alimentada por uma tensão de linha de 380 V. Resposta: 𝑖 = 2,63 𝐴 1.2 Cargas bifásicas Um segundo tipo de carga são as bifásicas, cargas de potência um pouco mais elevada e que já necessitam ser alimentadas através de dois condutores fase (RS, ST, ou TS). São características de aparelhos de ar-condicionado, máquinas industriais ou até mesmo chuveiros elétricos de maior potência. Algumas cargas monofásicas podem ser ligadas em sistema bifásico, são os casos, por exemplo, de aparelhos produzidos especificamente para redes de 220 V, comum no estado de Santa Catarina e que, nesse caso, recebem da fonte de alimentação os condutores fase e neutro apenas. Já em estados cuja tensão é menor, como no Paraná, em que a tensão de 220 V é alcançada apenas com o uso de duas fases, esses mesmos equipamentos podem ser energizados utilizando duas fases, sem problemas. 4 Figura 2 – Esquema de ligação de uma carga bifásica A carga é ligada às extremidades de um circuito e recebe, nesse caso, dois condutores fase (R e S) para sua alimentação elétrica. Pelo condutor, tem- se a circulação de corrente elétrica (iL), que dependerá da potência da carga. Supondo que a tensão de entrada (VL) tem valor de 220 V e que a corrente que circula nos condutores tem valor de 3 A, pode-se calcular a potência da carga pela mesma expressão: 𝑃 = 𝑉 𝑥 𝐼 𝑥 cos (𝛷) (1) O valor do cos (𝛷) também dependerá do fator de potência da carga, supondo que esta seja puramente resistiva, o valor do cos(𝛷) = 1, então o cálculo ficará: 𝑃 = 220 𝑥 3 𝑥 1 = 660 W Exercício proposto 1 Calcule a corrente elétrica que circula em um circuito, que alimenta uma carga bifásica de potência 800 W e que é alimentada por uma tensão de linha de 220 V. A carga tem fator de potência igual a 0,92. Resposta: 𝑖 = 3,95 𝐴 Exercício proposto 2 Calcule a corrente elétrica que circula em um circuito, que alimenta uma carga bifásica, puramente resistiva, de potência 1 200 W e que é alimentada por uma tensão de linha de 440 V. Resposta: 𝑖 = 2,72 𝐴 VL C2 iLR S 5 1.3 Cargas trifásicas Alimentadas através de três condutores fase (RST), são comuns nas grandes instalações e indústrias, sendo utilizadas em equipamentos de maior potência. Esse tipo de carga é utilizado em aparelhos de ar-condicionado mais potentes, máquinas industriais e linhas de produção de indústrias. Em residências, torna-se um pouco mais difícil encontrar cargas trifásicas. Figura 3 – Esquema de ligação de uma carga trifásica A carga é ligada às extremidades de um circuito e recebe, nesse caso, três condutores fase (R, S e t) para sua alimentação elétrica. Pelos condutores, tem-se a circulação de corrente elétrica (iL), que dependerá da potência da carga. Nesse caso, o comportamento das correntes e tensões passa a ser equivalente a um circuito trifásico, com as mesmas em defasagem de 120º. Supondo que a tensão de entrada (VL) tem valor de 220 V entre as fases e que a corrente que circula nos condutores tem valor de 30 A, pode-se calcular a potência da carga pela mesma expressão: 𝑃 = √3 𝑥 𝑉 𝑥 𝐼 𝑥 cos (𝛷) (1) O valor do cos (𝛷) também dependerá do fator de potência da carga, supondo que esta carga tenha o valor de fator de potência de 95%. Então, o cálculo ficará: 𝑃 = √3 𝑥 220 𝑥 30 𝑥 0,95 = 10.860 W Exercício proposto 1 Calcule a corrente elétrica que circula em um circuito, que alimenta uma carga trifásica, de potência 1300 W e que é alimentada por uma tensão de linha de 220 V. A carga tem fator de potência igual a 0,92. C3 iL VL R T S 6 Resposta: 𝑖 = 3,71 𝐴 Exercício proposto 2 Calcule a corrente elétrica que circula em um circuito, que alimenta uma carga trifásica, de fator de potência 88%, de potência 5 700 W e que é alimentada por uma tensão de linha de 440 V. Resposta: 𝑖 = 8,50 𝐴 TEMA 2 – DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES FASE 2.1 Critérios gerais No dimensionamento de um circuito elétrico para uma carga, os condutores fase necessários (R, S e/ou T) devem ser dimensionados levando- se em conta os seguintes critérios: • primeiro – Capacidade de condução de corrente dos condutores; • segundo – Limites de queda de tensão (definidos nas normas ABNT); • terceiro – Capacidade de condução de corrente de curto-circuito por tempo limitado. O início do dimensionamento passa pela consideração dos dois primeiros critérios, ou seja, a capacidade de condução de corrente do cabo elétrico utilizado e os limites de queda de tensão, conforme normas ABNT, não ultrapassando os 7% da fonte principal até a carga. Após o dimensionamento de toda instalação elétrica, são conhecidos os parâmetros de curto-circuito dos pontos da instalação, bem como as proteções necessárias que deverão ser inseridas nos quadros elétricos de distribuição. Dessa forma, é necessário retornar ao dimensionamento dos condutores para comparar os parâmetros de isolamento dos cabos com os tempos de duração do curto-circuito em cada respectivo ponto. Caso o condutor não seja compatível, ele deve ser substituído por um de maior ampacidade (ou capacidade), a fim de que não seja danificado em caso de anomalias na instalação. São considerados dois parâmetros de curto-circuito: 1. limitação da seção do condutor para uma demanda de curto-circuito; 2. limitação do comprimento do circuito em função da corrente de curto- circuito fase e terra. 7 Para regime de uso contínuo, os condutores tambémdevem respeitar um limite máximo de temperatura. Por isso, a corrente que será transportada pelos condutores pode ser limitada dependendo do método de instalação e da temperatura do condutor. Tabela 1 – Temperaturas características dos condutores Tipo de isolação Temperatura máxima para serviço contínuo do condutor (ºC) Temperatura limite de sobrecarga do condutor (ºC) Temperatura limite de curto-circuito do condutor (ºC) Cloreto de polivinila (PVC) 70 100 160 Borracha etileno- propileno 90 130 250 Polietileno reticulado (XLPE) 90 130 250 Fonte: Mamede (2010). 2.2 Capacidade de condução de corrente elétrica Por meio da potência, ou corrente exigida pela carga, e conhecendo-se o método de instalação (infraestrutura em que serão instalados os cabos), bem como o sistema elétrico utilizado (mono, bi ou trifásico), é realizada a primeira escolha da seção do cabo elétrico que alimentará o circuito, lembrando que as correntes de carga podem ser calculadas pelos métodos demonstrados no tema 1 desta aula. Essa primeira etapa de dimensionamento dos condutores fase considera, normalmente, as tabelas de capacidade de condução de corrente elétrica de cabos elétricos, fornecidas pelos diversos fabricantes e/ou tabelas disponíveis nas diversas bibliografias. Para exemplificar, considere um circuito trifásico, composto de três fases (R, S e T), que alimenta um painel de distribuição de carga trifásica, cuja tensão de alimentação da carga seja de 380 V e de corrente nominal de 120 A. Esse painel necessita receber os três cabos fase, bem como o condutor de neutro e de proteção, ou aterramento. Conhecidos os parâmetros da carga (tensões, correntes, fator de potência etc.), o próximo passo é descobrir o método de instalação utilizado, ou infraestrutura onde serão transportados os condutores elétricos. Para essa verificação, podem ser consultados os dados constantes da tabela 5.28, do livro Instalações elétricas, de Cotrim, cap. 5, e demais tabelas do mesmo capítulo. 8 Para a escolha do cabo, utilizou-se a tabela 9.6, constante do livro supracitado, cap. 9, p. 290, atribuindo-se de que esse circuito será instalado em uma eletrocalha aérea, cuja temperatura ambiente não ultrapasse os 30ºC e a temperatura do condutor não ultrapasse a 70ºC internamente (Tabela 2). Foi atribuído o método de instalação “F” com cabos instalados em sistema de trifólio (coluna 5 da tabela), sendo cobre o material dos condutores utilizados. De acordo com a tabela, o condutor a ser utilizado é o de 35 mm2, que tem uma capacidade de condução de corrente dentro das especificações citadas, de 137 A, portanto, suporta a corrente de 120 A da carga. Tabela 2 – Tabela de condução de corrente elétrica Fonte: Cotrim (2010). 2.3 Correção da corrente elétrica do condutor pela temperatura do serviço permanente Após realizar a escolha da seção dos cabos “fase”, pelo método da corrente de carga e pelo método de instalação, é necessário efetuar algumas análises quanto ao ambiente, a fim de verificar a necessidade ou não de ajuste 9 do valor de corrente suportado pelo cabo. Isso significa que o cabo de 35 mm2, escolhido no exemplo anterior, pode sofrer a necessidade de ajustes no valor nominal de sua corrente (137 A) por conta de alguns fatores, sendo o primeiro deles a temperatura de serviço permanente do condutor. O cálculo é efetuado da seguinte maneira: Temperatura dos cabos circuito QF1 𝜃𝑅 = 𝑇𝑎𝑚𝑏. +(𝑇𝑐𝑎𝑏𝑜 − 𝑇𝑎𝑚𝑏. ) 𝑥 ( 𝐼𝑛 𝐼𝑐𝑎𝑏𝑜 ) 𝜃𝑅 = 30 + (70 − 30) 𝑥 ( 120 137 ) 𝜃𝑅 = 65,04º𝐶 Isso significa que o condutor do exemplo citado não ultrapassará a temperatura de regime permanente máximo do cabo, que é de 70ºC, podendo ser utilizado sem problemas. Caso o valor resulte acima de 70ºC, uma seção acima deverá ser escolhia e os cálculos refeitos. 2.4 Correção da corrente elétrica do condutor pela queda de tensão Outra verificação quanto à necessidade de correção da corrente elétrica do condutor está na questão da máxima queda de tensão que o circuito apresentará em virtude da distância da fonte até a carga. De acordo com o Quadro 1, a queda de tensão não poderá ultrapassar 7%, sendo este valor dividido, por norma, em 3% da fonte principal (transformadores) até o quadro de distribuição, e 4 do quadro de distribuição até cada ponto final de entrega de energia. Quadro 1 – Queda de tensão Item Tipo de instalação Início da instalação Queda de tensão (%) da tensão nominal a Instalações alimentadas através de subestação própria Terminais secundários de transformador de MT/BT 7% b Instalações alimentadas através de transformadores da companhia de energia elétrica Terminais secundários de transformador de MT/BT, quando o ponto de entrega for aí localizado 7% c Instalações alimentadas através da rede secundária de distribuição da companhia de energia elétrica Ponto de entrega 7% d Instalações alimentadas através de geração própria (grupo gerador) Terminais do grupo gerador 7% Fonte: Mamede (2010). 10 Para circuitos com comprimento acima de 100 m, há uma possibilidade de acréscimo de 0,005% por metro de linha, desde que essa suplementação não ultrapasse 0,5% do total. Portanto, determina-se o valor da queda de tensão unitário, seguindo a tabela 9.17 do livro Instalações elétricas (Cotrim, 2010, p. 308). Nesse caso considerou-se a coluna de FP = 0,80, instalação em eletrocalha, material não magnético (em que a dimensão dos cabos não ultrapasse 40% da capacidade da eletrocalha), circuito trifásico. Tabela 3 – Queda de tensão em V / A x km Fonte: Cotrim (2010). Tem-se, então, para o mesmo exemplo: ➔ cabo 35 mm2 → S = 0,98 V/A x km Atribuindo-se que esse circuito tem uma distância de 30 metros da fonte, calcula-se o respectivo valor de queda pela fórmula: ∆𝑈 = 𝑆 𝑥 𝐼 𝑥 𝑙 Sendo ∆𝑈 = queda de tensão em V; 𝑆 = queda de tensão unitária em V / A x km; 𝑙 = distância em km. FP = 0,8 FP = 0,95 FP = 0,8 FP = 0,95 FP = 0,8 FP = 0,95 1,5 23 27,4 23,3 27,6 20,2 23,9 2,5 14 16,8 14,3 16,9 12,4 14,7 4 9 10,5 8,96 10,6 7,79 9,15 6 5,87 7 6,03 7,07 5,25 6,14 10 3,54 1,2 3,63 4,23 3,17 3,67 16 2,27 2,7 2,32 2,68 2,03 2,33 25 1,5 1,72 1,51 1,71 1,33 1,49 35 1,12 1,25 1,12 1,25 0,98 1,09 50 0,86 0,95 0,85 0,94 0,76 0,82 70 0,64 0,67 0,62 0,67 0,55 0,59 95 0,5 0,51 0,48 0,5 0,43 0,44 120 0,42 0,42 0,4 0,41 0,36 0,36 150 0,37 0,35 0,35 0,34 0,31 0,3 185 0,32 0,3 0,3 0,29 0,27 0,25 240 0,29 0,25 0,26 0,24 0,23 0,21 300 0,27 0,22 0,23 0,2 0,21 0,18 400 0,24 0,2 0,21 0,17 0,19 0,15 500 0,23 0,19 0,19 0,16 0,17 0,14 Notas: 1. As dimensões do eletroduto e da eletrocalha adotadas são tais que a área dos cabos não ultrapassa 40% da área interna destes 2. Temperatura do condutor = 70ºC Eletroduto e Eletrocalha (material magnético) Cabo Superastic, Cabo Superastic Super e Afumex 750V Circuito monofásico e trifásico Seção Nominal (mm2) Eletroduto e Eletrocalha (material não magnético) Cabo Superastic, Cabo Superastic Super e Afumex 750V Circuito monofásico Circuito trifásico 11 Assim, o valor de queda de tensão para esse circuito fica: → ∆𝑈 = 0,98 𝑥 120,00 𝑥 30 𝑥 10−3 = 3,53 𝑉 Em porcentagem, → ∆𝑈 = 3,53 380 𝑥 100 = 0,93% Ou seja, considerando as exigências constantes nas normas ABNT e NBR 5410, o exemplo citado não ultrapassa ao valor máximo de queda de tensão que é de 4% do quadro de distribuição até o equipamento, ficando abaixo ainda de 1% de queda. 2.5 Exercícios de fixação Resolvido Dimensione a seção dos cabos de energia que compõem um circuito trifásico, com tensão nominal de 220 V, sabendo que a carga que ele alimenta consome uma corrente elétrica de 95 A da fonte. Considere que os cabos estão instalados no método “F”, em trifólio, que o fator de potência da carga é de 80% e que a distância entre oponto de energia (quadro elétrico) e a carga é de 80 m. Também considere que a temperatura ambiente é de 30ºC e que o condutor pode trabalhar a, no máximo, 70ºC de temperatura interna. Resolução • Escolha do cabo pela capacidade de condução de corrente: In = 95 A. Cabo 25 mm2, capacidade nominal do cabo 110 A. • Correção do cabo pela temperatura de regime permanente: 𝜃𝑅 = 𝑇𝑎𝑚𝑏. + (𝑇𝑐𝑎𝑏𝑜 − 𝑇𝑎𝑚𝑏. ) 𝑥 ( 𝐼𝑛 𝐼𝑐𝑎𝑏𝑜 ) 𝜃𝑅 = 30 + (70 − 30) 𝑥 ( 95 110 ) 𝜃𝑅 = 64,55º𝐶 Permanece o cabo 25 mm2 • Correção do cabo pela queda de tensão: Cabo 25 mm2 → S = 1,33 V/A x km ∆𝑈 = 𝑆 𝑥 𝐼 𝑥 𝑙 ∆𝑈 = 1,33 𝑥 95,00 𝑥 80 𝑥 10−3 = 10,11 𝑉 12 ∆𝑈 = 15,16 220 𝑥 100 = 4,59% Nesse caso, como a queda ultrapassou os 4% determinados por norma, é necessário trocar a bitola do cabo por uma de maior seção, até que a queda fique dentro dos 4%. Utilizando o cabo de seção 35 mm2, tem-se uma queda de 3,39%. Portanto, o cabo a ser utilizado, para os condutores fase, é de 35 mm2. Proposto Dimensione a seção dos cabos de energia que compõem um circuito trifásico, com tensão nominal de 440 V, sabendo que a carga que ele alimenta consome uma corrente elétrica de 95 A da fonte. Considere que os cabos estão instalados no método “F”, em trifólio, que o fator de potência da carga é de 80% e que a distância entre o ponto de energia (quadro elétrico) e a carga é de 80 m. Também considere que a temperatura ambiente é de 30ºC e que o condutor pode trabalhar a, no máximo, 70ºC de temperatura interna. Resposta Cabo 25 mm2, capacidade nominal do cabo 110 A. θR = 64,55ºC ∆U = 10,11V ∆U = 2,30% TEMA 3 – DIMENSIONAMENTO DO CONDUTOR NEUTRO Após o correto dimensionamento dos condutores “fase”, se o circuito é composto também de condutor neutro, deve-se efetuar o correto dimensionamento deste. O dimensionamento é realizado seguindo-se alguns critérios constantes nas normas ABNT NBR5410: • o condutor neutro não pode ser comum a mais de um circuito; • em circuitos monofásicos, a seção do condutor neutro deve ser igual à do condutor fase; • a seção do condutor neutro em circuitos com duas fases e neutro não deve ser inferior à dos condutores fase, podendo ser igual à dos condutores fase se a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos não for superior a 33%; 13 • a seção do condutor neutro de um circuito trifásico não deve ser inferior à dos condutores fase quando a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos não for superior a 15%, podendo ser igual ao condutor fase quando a referida taxa não for superior a 33%; • quando a seção dos condutores fase de um circuito trifásico com neutro for superior a 25 mm2, a seção do condutor neutro pode ser inferior à do condutor fase, com os limites conforme Tabela 4. • em um circuito trifásico com neutro ou um circuito com duas fases e um neutro com taxas de harmônicos superiores a 33%, a seção do condutor neutro não pode ser maior do que a seção dos cabos fase, devido ao valor da corrente que circula no condutor neutro. Tabela 4 – Seção do condutor neutro – critério “e” Fonte: Mamede (2010). Dessa forma, para o exemplo tratado no tema 2, em que os cabos “fase” foram dimensionados para seções de 35 mm2, cada cabo, a seção do cabo neutro nesse cabo será de 25 mm2, respeitando-se ainda os demais quesitos citados quanto às exigências das normas. 3.1 Exercícios de fixação Exemplo 1 Para um circuito de distribuição trifásico composto de cabos fase, neutro e proteção, cujos cabos “fase” possuem seção de 16 mm2, considerando que as Seção dos condutores Fase (mm2) Seção mínima do condutor (mm2) S <= 25 S 35 25 50 25 70 35 95 50 120 70 150 70 185 95 240 120 300 150 500 185 14 exigências constantes nas normas NBR5410 são respeitadas, qual deve ser a bitola do condutor neutro? Resposta: 16 mm2. Exemplo 2 Para um circuito de distribuição trifásico composto de cabos fase, neutro e proteção, cujos cabo “fase” possuem seção de 50 mm2, considerando que as exigências constantes nas normas NBR5410 são respeitadas, qual deve ser a bitola do condutor neutro? Resposta: 25 mm2. Exemplo 3: Para um circuito de distribuição monofásico composto de cabo fase e neutro, cujo cabo “fase” possui seção de 35 mm2, considerando que as exigências constantes nas normas NBR5410 são respeitadas, qual deve ser a bitola do condutor neutro? Resposta: 35 mm2 TEMA 4 – DIMENSIONAMENTO DO CONDUTOR DE PROTEÇÃO Após o dimensionamento dos condutores fase dos circuitos e neutro, para sistemas trifásicos que utilizem o cabo de proteção, este também é estabelecido seguindo-se alguns critérios constantes nas normas ABNT. Todas as partes metálicas, seja de infraestrutura, seja das cargas alimentadas, devem ser aterradas com o auxílio do condutor de proteção. Segundo a NBR 5410, um condutor de aterramento pode ser aplicado para vários circuitos de distribuição ou ramais alimentadores, quando os demais cabos estiverem acondicionados, ou instalados, em um mesmo meio de infraestrutura como uma mesma tubulação, porém sua seção (do cabo de proteção) deve ser projetada considerando o maior valor de corrente de curto- circuito com o maior tempo desse curto. Caso o cabo de proteção não esteja acondicionado no mesmo meio físico que os demais, sua seção poderá ser de no mínimo 2,5 mm2, se estiver protegido mecanicamente, ou de 4 mm2 se não possuir proteção mecânica (Mamede, 2010). 15 Para questões de exclusões, os seguintes materiais não podem ser utilizados para a função de condutores de proteção: tubulações e/ou canais de água e/ou gás, infraestrutura de líquidos ou gases inflamáveis, elementos que possam estar sujeitos a esforços e deslocamentos mecânicos durante sua operação, eletrodutos flexíveis, armaduras utilizadas em concretos, estrutura metálica e elementos metálicos da construção civil. A Tabela 5 demonstra um dos cálculos que deve ser efetuado para o dimensionamento do cabo de proteção, ou aterramento. Tabela 5 – Seção mínima do condutor de proteção Fonte: Mamede (2010). Dessa forma, ainda para o exemplo tratado no tema 2, em que os cabos “fase” foram dimensionados para seções de 35 mm2, o cabo neutro dimensionado para 25 mm2, pela Tabela 5, o condutor de aterramento deverá ser de 35 mm2. Outros fatores ainda são considerados para o dimensionamento do condutor de aterramento, tais critérios estão relacionados ao agrupamento de circuitos, correntes de curto-circuito, presença ou não de harmônicos na rede, entre outros parâmetros. As diversas considerações de recomendações podem ser consultadas na norma NBR5410 e demais normas ABNT, como também nas referências dos autores citados ao final deste documento. 4.1 Exercícios de fixação Exemplo 1 Para um circuito de distribuição trifásico, composto de cabos fase, neutro e proteção, cujos cabo “fase” possuem seção de 10 mm2, considerando que as Seção mínima dos condutores Fase (mm2) Seção mínima dos condutores de proteção (mm2) S <= 16 S 16< S <= 35 16 S > 35 0,5 x S 16 exigências constantes nas normas NBR5410 são respeitadas, qual deve ser a bitola do condutor de proteção? Resposta: 10 mm2. Exemplo 2 Para um circuito de distribuição trifásico composto de cabos fase, neutro e proteção, cujos cabo “fase” possuem seção de 25 mm2, considerando que as exigências constantes nas normas NBR5410 são respeitadas, qual deve ser a bitola do condutor de proteção? Resposta: 16 mm2. Exemplo 3 Para um circuito de distribuição monofásico composto de cabos fase e neutro, cujo cabo “fase” possui seção de 70 mm2, considerando que as exigências constantes nas normas NBR5410 são respeitadas, qual deve ser a bitola do condutor de proteção? Resposta: 35 mm2. TEMA 5 – PROTEÇÕES PARA CIRCUITOS Conforme Mamede (2010), as proteções destinadas aos circuitos elétricos,sejam disjuntores, sejam outros dispositivos, servem para interromper as correntes de sobrecargas nos diversos condutores do ramal alimentador, a fim de evitar aquecimento, rompimento de isolação, aquecimento da isolação e conexões além dos limites previstos em normas e limites do dimensionamento. As proteções devem, obrigatoriamente, estar localizadas nos diversos pontos dos circuitos em que existam alterações nos valores de corrente que está circulando (decréscimo em relação à fonte), como em quadros elétricos ou até mesmo pela troca da seção do 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 haja distância maior que 3 m 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 17 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); nos circuitos de carga motriz em regime de funcionamento. 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 vez a capacidade de corrente do condutor correspondente; • opera em tempos inversamente proporcionais para correntes de sobrecarga compreendidas entre 1,45 vez e 8 vezes a corrente nominal do circuito; • opera em um tempo extremamente reduzido para as correntes de curto- circuito. 5.1 Disjuntores Disjuntores são dispositivos destinados à proteção dos circuitos e também às operações de manobras. Esses dispositivos devem atuar interrompendo o circuito quando a corrente circulante é superior ao valor estabelecido para o funcionamento normal. Geralmente, os disjuntores atuam em: • proteção de sobrecargas; • proteção contra curto-circuito; • comando funcional; • seccionamento; • seccionamento de emergência; • proteção contra contatos indiretos; • proteção contra quedas e ausência de tensão. 18 Figura 4 – Exemplo de um disjuntor tripolar ou trifásico Fonte: Shutterstock Os disjuntores podem ser fabricados em quatro tipos diferenciados sendo: 1. Disjuntores térmicos Equipamentos que possuem somente capacidade de proteção pela corrente térmica de sobrecarga. 2. Disjuntores magnéticos Equipamentos que possuem somente capacidade de proteção pela corrente de curto-circuito. 3. Disjuntores termomagnéticos Equipamentos que possuem capacidade de proteção pela corrente térmica de sobrecarga e de curto-circuito. Na prática, esse é o tipo mais utilizado. 4. Disjuntores termomagnéticos limitadores Equipamentos que possuem capacidade de proteção pela corrente térmica de sobrecarga e curto-circuito e também 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: • Unidade sem ajuste ou regulação – Nesse tipo de dispositivo, as correntes térmicas e magnéticas são ajustadas pelo fabricante, e o disjuntor normalmente é selado, impossibilitando a alteração. • Unidade com ajuste ou regulação – Nesse tipo de dispositivo, as correntes térmicas e magnéticas são ajustadas no local pelo usuário. 19 5.2 Fusíveis São dispositivos também destinados à proteção de circuitos para cargas estáticas, utilizados quando as características da carga não suportam o uso dos disjuntores citados. Esses dispositivos possuem a característica de se fundirem quando percorridos pela corrente superior ao qual foram projetados. Os fusíveis podem ser do tipo “diazed”, conforme Figura 5 ou NH, para correntes com valor elevado. Figura 5 – Exemplo de fusível tipo Diazed Fonte: Shutterstock Os fusíveis NH e diazed são dotados de características de limitação de corrente. Para correntes de curto-circuito elevadas, eles atuam com um tempo extremamente rápido, o que não permite que a corrente de impulso atinja seu valor máximo. Todos os fusíveis precisam oferecer segurança aos elementos e equipamentos instalados a jusante do ponto de instalação. FINALIZANDO Nesta aula, foram estudados os cálculos de corrente elétrica, potência em circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos. Também foram demonstrados os requisitos constantes em normas para dimensionamento dos condutores fase de um circuito elétrico, bem como exemplificado em forma de exercícios como efetuar tal dimensionamento. 20 Abordou-se, ainda, como efetuar o cálculo e o dimensionamento dos condutores neutro e de proteção dos circuitos pelas recomendações da norma NBR5410. Por fim, foi exemplificado alguns tipos de proteções existentes (fusíveis e disjuntores), os tipos encontrados, parâmetros levados em conta para proteções, bem como principais aplicações de cada dispositivo. 21 REFERÊNCIAS ABNT. NBR 5410:2004. Instalações elétricas de baixa tensão. Disponível em: <https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3094898/mod_resource/content/1/NB R%205410-2008%20- %20Instala%C3%A7%C3%B5es%20El%C3%A9tricas%20de%20Baixa%20Te ns%C3%A3o%20%28atual%29.pdf>. Acesso em: 1 out. 2017. MAMEDE FILHO, J. Instalações elétricas industriais. 8. ed. São Paulo: LTC, 2010. CREDER, H. Instalações elétricas.16. ed. São Paulo: LTC, 2016. COTRIM, A. A. M. B. Instalações elétricas. 5. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.
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