capitulo-10-2013-1s-part1

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 Para que o sistema de proteção atinja a finalidade a que se propõe ele deve obedecer aos seguintes 
5 5 –– Proteção e Coordenação de Instalações IndustriaisProteção e Coordenação de Instalações Industriais
requisitos básicos:
Seletividade É a capacidade que possui o sistema de proteção de selecionar a parte danificada do
i it ti á l d i lt i it di õ icircuito e retirá‐la de serviço sem alterar os circuitos em condições normais.
Coordenação Ato ou efeito de dispor dois ou mais dispositivos de proteção em série, de forma a atuaremCoordenação
em uma sequência de operação preestabelecida garantindo a seletividade da proteção.
Capacidade de resposta dentro do menor tempo possível de modo a assegurar a
Rapidez
p p p p g
continuidade do suprimento e a manutenção de condições normais de operação das partes
normais.
Sensibilidade
Capacidade de identificar uma condição anormal que excede um valor limite ou de pickup
para a qual inicia‐se uma ação de proteção. É a capacidade de resposta dentro de uma
faixa esperada de ajuste, ou seja, é a capacidade da proteção responder às sobrecargas e
aos curto‐circuitos para os quais foi projetadaaos curto‐circuitos para os quais foi projetada.
fi bilid d
Probabilidade de um componente, equipamento ou sistema funcionar corretamente
quando sua atuação for requerida A confiabilidade tem dois aspectos:Confiabilidade quando sua atuação for requerida. A confiabilidade tem dois aspectos:
1. Confiança: É a certeza de uma operação correta mediante a ocorrência de uma falta.
2. Segurança: É a certeza de não haver operação indesejada.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Baixa TensãoBaixa Tensão 2
Curto‐circuito
Sobrecarga
Sobretensões 
(descargas 
fé i )
Limitação
atmosféricas)
Limitação 
através de 
dispositivos 
de proteçãop ç
Fusíveis (Diazed e NH), 
disjuntores relés térmicos edisjuntores, relés térmicos e 
Pára‐Raios.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Baixa TensãoBaixa Tensão 3
 Prescrições básicas das proteções contra sobrecorrentes em instalações industriais
Sobrecarga
• Interroper as correntes de sobrecarga nos condutores dos circuitos e motores de modo a
evitar o aquecimento da isolação dos fios e enrolamento dos motores;
• Dispositivos para proteção de motores não devem ser sensíveis a corrente de cargaSobrecarga
absorvida pelo mesmo.
• A proteção de motores deve ter características compatíveis com o regime de corrente de
partida, tempo admissível com rotor bloqueado e tempo de aceleração do motor.
Curto
• Os dispositivos de proteção devem ter sua capacidade de interrupção ou de ruptura igual
ou superior ao valor da corrente de curto‐circuito presumida (calculada) no ponto de sua
instalação.
Curto‐
Circuito
• A energia que o dispositivo de proteção deve deixar passar não pode ser superior à
energia máxima suportada pelos dispositivos e condutores situados a jusante.
• Os circuitos terminais que alimentam um só motor podem ser protegidos contra curtos‐
circuitos utilizando‐se fusíveis do tipo NH ou diazed com retardo de tempo ou disjuntores
S b t M t F il i ã i
Indicação de aplicação dos dispositivos de proteção para cada tipo de carga
circuitos utilizando se fusíveis do tipo NH ou diazed com retardo de tempo ou disjuntores
magnéticos.
Sobrecorrentes Motores Força, iluminação e cargas gerais
Sobrecarga Relé bimetálico com contator, disjuntor 
térmico
Disjuntor térmico
Curto‐circuito Fusível do tipo Diazed e NH com retardo de 
tempo ou disjuntor magnético
Fusível do tipo Diazed e NH com 
retardo de tempo ou disjuntor 
magnético
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 4
 Integral de Joule: 
2 2
0
[ ( )]
t
csi t dt I T   : corrente de falta que atravessa o dispositivo de proteção (A): Tempo de duração da corrente de falta (s)csIT
Ic: Capacidade de corrente do cabo que nessas
condições atinge a temperatura máxima para
2/J A s  
Energia por unidade de resistência
serviço contínuo.
Il: Valor limite da corrente para a qual o
aquecimento do condutor é adiabático, ou
seja, sem troca de calor entre o condutor e a
isolação.
A integral de joule é definida como “a energia
á i l t t dnecessária para elevar a temperatura de
operação em serviço contínuo até a
temperatura de curto‐circuito”.
Característica da integral de joule típica de cabos 
de baixa tensão.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 5
 A NBR 5410:2004 estabelece que a integral de joule a qual o dispositivo de proteção deve
deixar passar não deve ser superior à integral de Joule necessária para aquecer o condutor
desde a temperatura máxima de serviço contínuo até a temperatura limite de curto‐circuito, ou
seja:
2 2: integral de joule para aquecimento do condutor desde aK S
2 2 2[ ( )]
t
i t dt K S  
: integral de joule para aquecimento do condutor desde a 
 temperatura máxima para serviço contínuo até a temperatura
 de curto-circuito, admitindo-se aquecimento adiabático
K S
, sendo:
0

2
115 para condutores de cobre com isolação de PVC.
143 para condutores de cobre com isolação de EPR ou XLPE.
: seção do condutor (mm )
K
K
S


: seção do condutor (mm ).S
 Para curto‐circuitos de qualquer duração, onde a assimetria da corrente não seja
significativa e para curtos‐circuitos simétricos de duração igual ou superior a 0 1s e igual ousignificativa, e para curtos‐circuitos simétricos de duração igual ou superior a 0,1s e igual ou
inferior a 5s, pode‐se escrever:
2 2 2
2 2
2
csI T K S
K ST
   
 
: corrente de falta presumida simétrica (A)
: Tempo de duração da corrente de falta sendo 0,1 T 5 (s)
csI
T  
2
csI
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 6
 Exemplo 5 1 (10 1): Determinar o Exemplo 5.1 (10.1): Determinar o
tempo máximo que a proteção deve
atuar quando um determinado
circuito em condutor isolado de cobrecircuito em condutor isolado de cobre
de seção de 70mm2 tipo de isolação
PVC, é atravessado por uma corrente
de curto‐circuito de valor igual a 6,5de curto circuito de valor igual a 6,5
kA.
 ( ) Exemplo 5.2 (10.2): Um CCM é
alimentado por um circuito trifásico
em condutor de cobre isolado em
PVC d ã d 95 2 A tPVC, de seção de 95 mm2. A corrente
de falta é de 18300 A e a proteção
atua para essa corrente em 0,3 s.
Verificar se a isolação do condutorVerificar se a isolação do condutor
suporta esta condição.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 7
 Proteção por dispositivo de proteção à corrente diferencial‐residual:
Fornece segurança à vida dos usuários de energia elétrica quando a instalação está
protegida por um dispositivo dimensionado para uma corrente de fuga no valor não
superior a 30 mA.
zona 1: Não provoca distúrbios
perceptíveis.
zona 2: não provoca distúrbios fisiológicos
prejudiciais.
zona 3: provoca distúrbios fisiológicos
sérios, porém reversíveis, tais como parada
cardíaca, parada respiratória e contrações
musculares.
di ú bi fi i ló izona 4: provoca distúrbios fisiológicos
graves e geralmente irreversíveis, tais
como fibrilação cardíaca e parada
i tó i
Curva tempo x corrente das reações fisiológicas 
dos seres humanos.
respiratória.
zona 5: representa a faixa de atuação do
dispositivo de proteção DR para a corrente
de fuga de 30mAde fuga de 30mA.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 8
 Proteção por dispositivo de proteção à corrente diferencial‐residual:
• O princípio básicode
funcionamento do dispositivo DR
leva em conta que a soma das
correntes que circulam nos
condutores de fase e de neutro é
l d d fnula, gerando desta forma, um
campo magnético nulo.
• O DR não deve envolver em• O DR não deve envolver, em
nenhuma hipótese, o condutor de
proteção PE.
Dispositivo DR instalado em um circuito trifásico
Nota: De acordo com a NBR 5410:2004, qualquer que seja o esquema de aterramento deve
ser objeto de proteção complementar contra contatos diretos por dispositivos à corrente 
diferencial residual de alta sensibilidade, isto é, com corrente diferencial‐residual nominal 
igual ou inferior a 30 mA.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 9
 Relés Térmicos de Sobrecarga:  Tempo de Atuação da unidade térmica:
c
a
IM
I

: Corrente de ajuste da unidade térmica (A)
: Corrente "sentida" pelo relé (A).
: Múltiplo da corrente ajustada
a
c
I
I
M : Múltiplo da corrente ajustada.M
 Ajuste do relé de sobrecarga:
 Serviço Contínuo do motor (S1):
1. I I
2.
a cI I
a ncI I
3. rb ar pmT T T  Condição de partida do motor
M
: Corrente nominal do condutor (A).
: Tempo de partida do motor (s).
nc
pm
I
T
Característica de atuação do relé 3UA da 
Siemens.
p p ( )
: Tempo de rotor bloqueado (s).
pm
rbT
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 10
 Relés Térmicos de Sobrecarga:
 Serviço de curta duração ou intermitente (S2‐S6):
2 2
pm pm nm nI T I TI
   : Corrente equivalente do ciclo de carga (A).eqI
1
3
pm pm nm n
eq
t r
I
T T

 : Tempo de regime normal de funcionamento (s).: Tempo de um ciclo de funcionamento (s).
n
t pm n
T
T T T 
: Tempo de repouso (s).rT0,25corrigidoar arT T 
Curva de operação de um motor em regime S4Curva de operação de um motor em regime S4
Nota: Em determinados casos
pode‐se omitir a proteção de
sobrecarga dependendo dosobrecarga dependendo do
regime de serviço do motor. No
entanto é sempre aconselhável
seguir a orientação do
fabricante da máquina a ser
acionadaacionada.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 11
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 12
 A NBR 5410:2004 considera corrente de sobrecarga de pequena intensidade quando o A NBR 5410:2004 considera corrente de sobrecarga de pequena intensidade quando o
condutor atinge uma temperatura de regime não superior à temperatura máxima de
sobrecarga relativa à natureza da sua isolação, dada na Tabela 3.5;
 Correntes de sobrecarga de até 1,45 vezes a capacidade nominal do condutor são
consideradas de pequena intensidade. Podem ser toleradas por um longo período de tempo,
porém devem ser limitadas na duração para não prejudicar a isolação do condutor.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 13
 Exemplo de aplicação 5.3 (10.3): Determinar o ajuste do relé bimetálico de um motor de
l d f l d50 cv, 380 V, IV polos, em regime de funcionamento S1, alimentado por um circuito em
condutor unipolar de cobre, isolação PVC, de seção igual a 25 mm2, instalado em canaleta
fechada embutida no piso. O tempo de partida do motor é de 2s.
 Exemplo de aplicação 5.4 (10.4): Determinar o ajuste do relé bimetálico de proteção de
um motor de 75 cv, IV polos, 380 V, acionado em regime intermitente tipo S4 dado na
Figura abaixo O tempo de partida do motor é de 3s O motor opera em condição deFigura abaixo. O tempo de partida do motor é de 3s. O motor opera em condição de
sobrecarga de 10%. O condutor é do tipo unipolar, isolado em PVC, e está instalado no
interior de eletroduto , enterrado no piso.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 14
 Disjuntores de baixa tensão:
 Podem acumular várias funções:
• Proteção contra sobrecarga (disjuntor térmico);
• Proteção contra curto‐circuitos (disjuntor magnético);
• Comando funcional (manobra do circuito);
• Seccionamento (abertura em carga);
• Proteção contra contatos diretos.
 Parâmetros elétricos:
• Corrente nominal: circula permanentemente no disjuntor sem causar sua atuação;
• Tensão nominal: é aquela à qual estão referidas a capacidade de interrupção e as
demais características nominais do disjuntor.
• Capacidade nominal de interrupção de curto‐circuito: é a máxima corrente presumida
de interrupção, de valor eficaz, que o disjuntor pode interromper, operando dentro de
suas características nominais de tensão e frequência.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 15
 Disjuntores de baixa tensão:
Característica de atuação de um disjuntor termomagnético.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 16
• Região A: I ≤ Ia ‐ não existe limitação de 
corrente.
• Região B: Ia < I ≤ Im ‐ tempo de disparo
longo devido à temporização da unidade
té itérmica.
• Região C: Im < I ≤ Ird ‐ tempo de disparo
curto devido à atuação sem temporização
da unidade magnéticada unidade magnética.
• Região D: I > Ird ‐ caracterizada pela
impropriedade do uso do disjuntor. 
l d l d dIntegral de joule – disjuntores x condutor
Regiões características quanto a integral de jouleRegiões características quanto a integral de joule.
I: Corrente “sentida” pelo disjuntor;
Ia ou In: Corrente nominal ou de ajuste;
Im: Corrente de sensibilidade da unidade magnética;
Ird: Corrente de interrupção do disjuntor;
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 17
 Disjuntores de baixa tensão: Especificação e ajuste para proteção contra sobrecarga
1)
2)
a cI I
a ncI I
3)
1,45adc nc
adc nc
I I
I I
 
 adc aI K I Por questões práticas utiliza‐se: 
a)
b)
4) rb ad pmT T T 
: Corrente convencional de atuação do disjuntor (A).adcI
Condição de partida do motor
: Tempo convencional de atuação do disjuntor (s).
: Fator de multiplicação dado pela Tabela 10.3.
adc
adT
K
Nota 1: Entende‐se por corrente convencional de atuação aquela que assegura efetivamente
a atuação do disjuntor dentro de um intervalo de tempo Tad (vide figuras anteriores).
Nota 2: A condição 3‐a) é aplicável quando for possível assumir que a temperatura limite de
sobrecorrente dos condutores (Tabela 3.5) não venha a ser mantida por um período de
tempo superior a 100 horas durante 12 meses consecutivos ou 500 horas ao longo da vida
útil do condutor. Quando isso não ocorre usa‐se a condição 3‐b).
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 18
• Disjuntores tipo L: Adequados à proteção de circuitos de distribuição, circuitos de iluminação,
d d d dde tomadas e de comando;
• Disjuntores tipo G: Adequados à proteção de equipamentos sujeitos a sobrecargas (motores).
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 19
Disjuntores em geral
Disjuntores em Caixa Moldada
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 20
 Disjuntores de baixa tensão: Especificação e ajuste para proteção contra curto‐circuito
1)
2)
cs rdI I
ad scT T
Capacidade de interrupção do disjuntor
Proteção da isolação do condutor
: Corrente de curto-circuito trifásica simétrica (A).
: Capacidade de interrupção do disjuntor (A).
: Tempo máximo em (s)que a isolação do condutor suporta para
cs
rd
I
T
T : Tempo máximo em (s) que a isolação do condutor suporta para 
 uma corrente de curto-ci
scT
rcuito trifásica simétrica - (A).scI
Curva de Coordenação – Disjuntor xCurva de Coordenação Disjuntor x 
Condutor
2 2K ST T  
Integral de Joule – Condição 2):
2ad sc
cs
T T
I
 
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 21
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 22
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 23
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 24
Disjuntores 3VU13 ‐ Siemens Disjuntores 3VF3/5/6 ‐ Siemens
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 25
Disjuntores 3VF12 ‐ Siemens Disjuntores 3VU16 ‐ Siemens
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 26
Disjuntores 3WN6 ‐ Siemens
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 27
Disjuntores da série H ‐ Siemens
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 28
 Exemplo de aplicação 5.5 (10.5): Determinar os ajustes do disjuntor destinado à
proteção de um motor de 50 cv, 380 V, IV polos, em regime de funcionamento S1,
alimentado por um circuito em condutor unipolar de cobre, tipo de isolação PVC, de seção
igual a 25 mm2, instalado em eletroduto enterrado. O tempo de partida do motor é de 3s.
A corrente de curto‐circuito trifásica no terminal do motor é de 5 kA. Admite‐se que a
corrente de sobrecarga do condutor ao longo de sua vida útil seja controlada e não
superará 100 horas durante 12 meses consecutivos ou 500 horas ao longo da vida útil do
dcondutor.
 Exemplo de aplicação 5.6: Considere que no problema anterior, a corrente de curto‐p p ç q p ,
circuito trifásica no terminal do motor seja de 40 kA. Determinar se os ajustes do disjuntor
destinado à proteção do mesmo motor e do condutor de 25 mm2 são adequados neste
caso.
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 29
 Fusíveis: São dispositivos destinados a proteção de circuitos elétricos e que se fundem
d d d l à l l fquando percorridos por uma corrente de valor superior àquela para a qual foram
projetados.
 Cl ifi ã IEC 60269 2 1 (NBR 11841) tili d l t Classificação IEC 60269‐2‐1 (NBR 11841) utiliza duas letras:
• g – atuação para sobrecarga e curto‐circuito;
• a – atuação apenas para curto‐circuito;
1ª letra 
faixa de interrupção a atuação apenas para curto circuito;
• L/G – proteção de cabos e uso geral;
pç
2ª letra
•M – proteção de motores;
• R – proteção de circuitos com semicondutores.
2ª letra
categoria de utilização
• gG e gM: utilizados para proteção contra correntes de sobrecarga e curto‐circuito;
• aM: utilizados apenas para proteção contra correntes de curto‐circuito. Assim são
indicados para proteção de circuitos de motores supondo‐se que já se tenha um
dispositivo de proteção contra sobrecarga (relé térmico/bimetálico ou disjuntor
térmico);
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 30
Tipos construtivos:
• NH ou Diazed do tipo com retardo;
• Os fusíveis NH e Diazed apresentam a classificação aM e portanto são largamente
utilizados na proteção de circuitos de motores contra correntes de curto‐circuito
considerando que já se tenha uma proteção contra sobrecarga.
 O f í i M ã d t d d i t t í ti Os fusíveis aM são dotados das seguintes características:
• Não devem fundir para correntes menores ou iguais a K xI ;• Não devem fundir para correntes menores ou iguais a K1xIn;
• Podem fundir para correntes entre K1xIne K2xIn;
• Devem fundir para correntes maiores que K xI ;Devem fundir para correntes maiores que K2xIn;
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 31
Característica tempo x corrente dos fusíveis tipo aM
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 32
Fusível NHFusível NH –
Zonas de Atuação
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 33
Fusível DiazedFusível Diazed –
Zonas de Atuação
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 34
Fusível DiazedFusível Diazed –
Zonas de Atuação
5 5 –– Proteção e Coordenação Proteção e Coordenação –– Dimensionamento da ProteçãoDimensionamento da Proteção 35
Fusível NH –Fusível NH 
Zonas de Atuação