DR e DPS

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Sumário
1. Introdução4
2. Proteção contra efeitos térmicos5
2.1 Definição5
2.2 Medidas de prevenção5
2.3 Exemplo de dispositivo de proteção6
2.4.1 DSI – Dispositivo supervisor de isolamento6
3. Proteção contra choques elétricos7
3.1 Dispositivos DR 7
3.2.1 Tipos de DRs7
3.2.2 Funcionamento do DR7
3.2.3 Componentes do DR7
3.1.4 Classificação dos DRs8
4. Proteção contra sobretensões8
4.1 Definição8
4.2 Efeito das descargas atmosféricas8
4.3 DPS9
4.3.1 Curva do óxido de zinco10
4.3.2 Locação do dispositivo10
5. Proteção contra sobrecorrentes10
5.1 Definição10
5.2.1 Corrente de sobrecarga11
5.2.2 Corrente de curto-circuito11
5.2 Omissão de proteção11
5.3.3 Caso corrente sobrecarga11
5.3.4 Caso corrente curto-circuito11
5.3 Locação dos dispositivos12
5.4 Exemplos de dispositivos12
5.5.5 Fusíveis12
5.5.6.1 Tipos de fusíveis12
5.5.6.2 Fusível rápido e retardado12
5.5.6.3 Fusível rolha, cartucho ou faca13
5.5.6.4 Fusível NH13
5.5.6.5 Fusível DIAZED13
5.5.6.6 Fusível NEOZED14
5.5.6 Disjuntores termomagnéticos14
5.5.7.7 Classificação14
5.5.7.8 Tipos15
5.5.7.9 Dimensionamento15
5.5.7.10 Principais parte de um disjuntor16
5.5.7.11 Atuação do disjuntor16
5 Conclusão17
6 Bibliografia18
1. Introdução
No trabalho a seguir serão descritas algumas formas de proteção de circuitos elétricos de acordo com a norma NBR 5410, responsável por normatizar todo o esquema de instalações elétricas d baixa tensão.
Vai-se discutir nas próximas páginas as seguintes proteções:
* Proteção contra efeitos térmicos
* Proteção contra choques elétricos
* Proteção contra sobre tensões
* Proteção contra sobre correntes 
Vai-se ressaltar a importância de proteger não só as instalações, bem como pessoas equipamentos e animais contras esses quatro tipos de perigo .
2. Proteção contra efeitos térmicos
2.1 Definição
A NBR 5410 diz que:
“... as pessoas, bem como os equipamentos e materiais fixos adjacentes a componentes da instalação elétrica devem ser protegidos contra os efeitos térmicos prejudiciais que possam ser produzidos por esses componentes, tais como:
a) risco de queimaduras;
b) combustão ou degradação dos materiais;
c) comprometimento da segurança de funcionamento dos componentes instalados.” 
A fim de que isso aconteça, a norma define, ao longo de suas páginas diversas medidas de proteção que devem ser tomadas: elas vão desde a locação dos equipamentos no espaço físico até a isolação e disposição do cabeamento de energia e das máquinas propriamente ditas.
2.2 Medidas de prevenção
De maneira geral, os componentes da instalação não devem representar perigo de incêndio para os materiais adjacentes.
Equipamentos cujas componentes externas possam atingir altas temperaturas devem estar devidamente isolados termicamente ou afastados o suficiente de equipamentos que possam ser afetados por esta elevação.
Equipamentos suscetíveis de produzir arcos ou centelhamento devem ser isolados, pelos devidos materiais (que devem ser incombustíveis, apresentar baixa condutividade térmica e possuir espessura capaz de assegurar estabilidade mecânica), dos equipamentos que possam ser prejudicados ou afastados o suficiente dos mesmos. 
Referindo-se agora a rotas de fuga em casos de incêndios também recebem recomendações nesse sentido. Por exemplo:
* As linhas elétricas não devem ser dispostas em rota de fuga (vias de escape), a menos que fique garantido, pelo tempo especificado nas normas aplicáveis a elementos construtivos de saídas de emergência, ou por 2 h na inexistência de tais normas:
a) que a linha elétrica não venha a propagar nem contribuir para a propagação de um incêndio; 
b) que a linha elétrica não venha a atingir temperatura alta o suficiente para inflamar materiais adjacentes.
* A linha deve ser tão curta quanto possível
* As partes acessíveis de componentes da instalação posicionados dentro da zona de alcance normal não devem atingir temperaturas que possam causar queimaduras em pessoas
Essas são apenas alguns exemplos, mas diversas outras recomendações são feitas.
2.3 Exemplo de dispositivo de proteção
2.3.1 DSI - Dispositivo Supervisor de Isolamento
O dispositivo supervisor de isolamento (DSI) é o dispositivo exigido pela NBR 5410 para monitorar permanentemente a resistência de isolamento e indicar a primeira falta à massa ou à terra.
Em outras palavras, ele supervisiona a resistência de isolamento em cargas temporariamente ou a maior parte do tempo desenergizadas alimentadas por sistemas TT, TN ou IT. Durante o estado desenergizado fatores como umidade, por exemplo, podem provocar falhas de isolamento na fiação ou carga, as quais podem passar despercebidas. A ligação do equipamento pode levar à comutação do dispositivo de proteção ou mesmo ocasionar fogo no motor impossibilitando o uso do equipamento. 
Após a detecção da falha na isolação o dispositivo sinaliza com alarme sonoro ou visual, quando não os dois.
3. Proteção contra choques elétricos
3.1 Dispositivos DR
* São dispositivos que se referem a proteção diferencial-residual.
* Tem a função de evitar que as correntes de fuga à terra sejam transmitidas ao ser humano.
* Dispositivos mais caros que os normais
3.1.1 Tipos de DRs
* Os dispositivos DR mais comuns são:
* Interruptores diferencial-residuais
* Disjuntores com proteção diferencial-residual incorporada
* Tomadas com interruptor DR incorporado
3.1.2 Funcionamento do DR
* Medição permanente da soma vetorial das correntes que existem em um circuito
* Essa soma vetorial deve ser aproximadamente 0
* Quando ocorrem correntes de fuga a terra, essa soma vetorial é modificada
* O dispositivo desliga o circuito em questão.
* Uma pessoa tem contato direto com um circuito energizado
* A soma vetorial das correntes é modificada como se ocorresse corrente de fuga a terra.
* O Dispositivo desliga o circuito em questão ou toda a alimentação. 
3.1.3 Componentes do DR
* Um TC de detecção, toroidal, sobre o qual são enrolados, de forma idêntica, cada um dos condutores do circuito, e que acomoda também o enrolamento de detecção, responsável pela medição das diferenças entre as correntes dos diferentes condutores.
* Um elemento de "processamento" do sinal e que comanda o disparo do DR, geralmente designado relé diferencial ou relé sensível. 
3.1.4 Classificação dos DR
* O modo de funcionamento; 
* dependente ou não de fonte auxiliar. 
* A sensibilidade; 
* baixa/alta
* Os tipos de correntes de falta detectáveis 
* As características de atuação.
* instantânea/temporizada 
* Número de pólos.
* unipolar, bipolar, etc.
4. Proteção contra sobre tensões
4.1 Definição
São elevações anormais de tensão que ocorrem em um sistema. Suas origens dão-se basicamente em duas fontes:
* Manobras da instalação ou do sistema elétrico ou etc...
* Descargas atmosféricas
As descargas atmosféricas, ou raios, é a forma mais facilmente vista de surtos de tensão em instalações. É mais difícil encontrar equipamentos ou uma manobra em uma instalação que possa causar esse tipo de surto.
Sendo o raio a forma mais comum então, vamos a ele.
4.2 Efeito das descargas atmosféricas
As descargas atmosféricas podem afetar um sistema de 03 maneiras:
* Diretamente
Quando o raio atinge uma edificação e causa danos tanto na construção quanto nos equipamentos. A proteção nesse caso é feita através de para-raios, tipo Franklin e/ou gaiola de Faraday. 
* Indiretamente
Quando o raio cai nas proximidades de uma edificação e sua sobrecarga danifica equipamentos através de rede elétrica. A proteção é através de aterramento elétrico com dispositivos protetores de surtos (DPS). 
* Interferência eletromagnética
A queda de um raio nas proximidades gera potentes ondas eletromagnéticas, capazes de induzir tensões elevadas e danificar equipamentos. Proteção é feita através de DPS.
4.3 DPS – Dispositivo de Proteção contra Surtos
Devido a sua função, esse dispositivo é também conhecido como para raio eletrônico. Utilizando o mesmo princípio de condução ele protege o circuito contra surtos de tensão.
No interior de um DPS existe um varistor de óxidode zinco (Zn O) e um dispositivo de segurança (responsável por indicar se o varistor está ou não funcionando adequadamente.
Devido as suas propriedades químicas, o óxido de zinco comporta-se como um circuito aberto enquanto a tensão guarda valores normais. A partir de determinado ponto, em que a tensão é anormal, ou seja, quando o corre um surto, pode-se dizer com certa segurança que o Zn O passa de circuito aberto para um curto-circuito, desviando o surto para a terra. A capacidade de condução do varistor é proporcional a intensidade do surto. Esta propriedade desta substância é mais bem visualizada em um gráfico de tensão x corrente.
4.3.1 Curva do óxido de zinco
O gráfico mostrado na figura acima é muito provavelmente de um varistor eletrônico, dadas as baixas tensões, mas ela ilustra perfeitamente o comportamento do oxido de zinco quando a tensão limite do varistor é ultrapassada e este atua no sentido de proteger o circuito.
4.3.2 Locação do dispositivo
No geral, são ligados no quadro geral de distribuição, onde cada um pega uma fase e no final se interligam e são aterrados.
Podem ser instalados diretamente na tomada onde são utilizados equipamentos mais sensíveis, como computadores, a fim de protegê-los, ou ainda em equipamentos que possam gerar surtos de tensão, como máquinas de solda, evitando assim que o mesmo se propague pela instalação.
5. Proteção contra sobre correntes.
5.1 Definição
São correntes que excedem a corrente nominal calculada durante o projeto de um circuito. Podem ser de dois tipo: corrente de curto-circuito ou corrente se sobrecarga.
5.1.1 Corrente de sobrecarga
São decorrentes de uma solicitação de carga que excede as dimensionadas durante o projeto. São capazes de produzir efeitos térmicos bastante danosos.
5.1.2 Correntes de curto-circuito
Decorrentes de falhas na instalação (falha ou rompimento da isolação de fase e neutro/terra/fase). Devido à baixa impedância, pode gerar correntes altíssimas, da ordem de 1000% a 10000% do valor da corrente nominal.
5.2 Omissão de proteção
Em geral, deve-se proteger um circuito, entretanto, há situações em que há a possibilidade de omissão e outros em que é recomendável a omissão por questões de segurança.
5.2.1 Caso corrente sobrecarga
Há a possibilidade de omissão de proteção nos seguintes casos:
* em linha que, situada a jusante de uma mudança de seção, de natureza, de maneira de instalar ou de constituição, seja efetivamente protegida contra sobrecargas por um dispositivo de proteção localizado a montante;
* em linha não sujeita à circulação de correntes de sobrecarga, protegida contra curtos-circuitos e que não possua derivação ou tomada de corrente;
* nas linhas de sinal, incluindo circuitos de comando.
5.2.2 Caso corrente curto-circuito
Há a possibilidade de omissão de proteção nos seguintes casos:
* linhas ligando geradores, transformadores, retificadores e baterias de acumuladores aos quadros de comando ou distribuição correspondentes, estando os dispositivos de proteção localizados nesse quadro;
* alguns circuitos de medição;
* circuitos cujo desligamento possa significar perigos para a instalação correspondente (neste caso RECOMENDÁVEL omitir a proteção contra sobrecarga). São equipamentos como circuitos de excitação de máquinas rotativas ou circuitos de motores usados em serviços de segurança (ex.: bombas de incêndio, sistemas de extração de fumaça).
5.3 Locação dos dispositivos
A NBR 5410 diz que deve haver proteção em todos os pontos onde haja mudanças que acarretem mudança na capacidade de condução de corrente do condutor(valido para correntes de sobrecarga e correntes de curto-circuito).
5.4 Exemplo de dispositivos 
Nesta seção serão tratados os disjuntores termomagnéticos e os fusíveis.
5.4.1 Fusíveis
* São dispositivos simples e econômicos e por isso amplamente utilizados
* Usados em correntes de curto-circuito ou contra sobrecargas de longa duração
* Sua atuação ocorre devido à fusão de um elemento elo fusível por efeito Joule, em consequência da brusca elevação de corrente no circuito.
* O material utilizado na confecção do elo fusível tem propriedades físicas tais que o seu ponto de fusão seja inferior ao da liga de cobre com alumínio
5.4.1.2 Tipos de Fusíveis
* Segundo as características de desligamento em efeito rápido ou retardado
* Segundo a tensão de alimentação
* Segundo a corrente nominal
* Em equipamentos eletrônicos os mais utilizados são fusíveis em cilindro de vidro
* Em instalações elétricas residenciais são usados fusíveis de rolha e de cartucho.
* Em instalações industriais são usados fusíveis NH e DIAZED
5.4.1.3 Fusível rápido e retardado
* Os fusíveis de efeito rápido são empregados em circuitos em que não há variação considerável entre a corrente de partida (primeiros instantes em que o circuito é energizado) e a corrente de regime (funcionamento normal após a etapa de partida).
* Por sua vez, os fusíveis de efeito retardado são apropriados para uso em circuitos cuja corrente de partida atinge valores muitas vezes superiores ao valor da corrente nominal e em circuitos que estejam sujeitos a sobrecargas de curta duração.
* Os de efeitos rápido são geralmente utilizados em circuitos com semicondutores e os de efeitos retardado em motores. 
5.4.1.4 Fusível rolha, cartucho ou faca
* São de fabricação muito simples e fácil aquisição no mercado.
* Tipo rolha cobrem uma faixa entre 6 e 30 A
* Tipo cartucho cobrem uma faixa entre 10 até 60 A
* Tipo Faca cobrem uma faixa acima de 600 A
5.4.1.5 Fusível NH
* Utilizado em instalações industriais
* Limitadores de corrente, possuem elevada capacidade de interrupção de 120kA em até 500VCA ou 100kA em até 250VCC.
* A montagem é feita de tal forma que o compartimento onde ocorre a fusão do elemento fusível fica totalmente preenchido pela areia de sílica.
5.4.1.6 Fusível DIAZED
* Utilizado em instalações industriais, residenciais e comerciais.
* Atendem as correntes nominais de 2 a 100A.
* Elo fusível imerso em sílica. Isso evita arco voltaico ou explosões na hora do rompimento.
5.4.1.7 Fusível NEOZED
* Fusível de tamanho reduzido.
* Mais utilizado na proteção de curto-circuito de instalações residenciais.
* Correntes nominais de 2 a 63A.
5.4.2 Disjuntores Termomagnéticos
5.4.2.1 Classificação
* Quanto ao número de pólos.
* Monopolar
* Bipolar
* Tripolar
* Quanto a tensão de operação
* Disjuntores de alta tensão
* Disjuntores de baixa tensão
5.4.2.2 Tipos
São eles:
* NEMA
* DIM
Os disjuntores tipo NEMA têm a tendência de serem substituídos pelos disjuntores DIM. Este último é mais rápido e eficaz em sua ação, além de poder ser utilizado no acionamento de motores.
5.4.2.3 Dimensionamento
Segundo a norma do disjuntor deve atender a duas especificações:
* Ip ≤ In ≤ Iz
* I2 ≤ 1,45Iz 
onde:
Ip → corrente do projeto do circuito 
In → corrente nominal do dispositivo de proteção 
Iz → capacidade de condução dos condutores 
I2 → corrente que assegura efetivamente a atuação do dispositivo de proteção; na prática é considerada a corrente convencional de atuação dos disjuntores
Um fator que deve ser realçado é um modificador da segunda regra: está é aplicável quando a condição de sobrecarga no condutor não seja mantida por um tempo superior a 100h durante 12 meses ou 500h durante toda a vida do condutor, caso uma dessas condições ocorra: I2 ≤ Iz.
5.4.2.4 Principais partes do disjuntor
1 - Atuador – utilizada para desligar ou resetar manualmente o disjuntor. Também indica o estado do disjuntor (Ligado/Desligado ou desarmado). A maioria dos disjuntores são projetados de forma que o disjuntor desarme mesmo que o atuador seja segurado ou travado na posição “liga”. 
2 - Mecanismo atuador- une os contatos juntos ou independentes. 
3 - Contatos – Permitem que a corrente flua quando o disjuntor está ligado e seja interrompida quando desligado. 
4 - Terminais Trip bimetálico 
5 - Parafuso calibrador – permite que o fabricante ajuste precisamente a corrente de trip do dispositivo após montagem. 
6 - Solenoide 
7 - Extintor dearco
5.4.2.5 Atuação do disjuntor
Por corrente de curto-circuito
1) O disparador magnético atua liberando a alavanca de engate.
2) Após isso a alavanca foice se libera e abre o disjuntor.
3) Deve-se notar que o atuator permanece na condição intermediária, indicando atuação da proteção do disjuntor
Por corrente de sobrecarga
1) A alta corrente aquece o bi metálico que começa a se encurvar
2) Sua curvatura libera a alavanca de engate liberando a alavanca foice, abrindo o disjuntor.
3) Deve-se notar que o atuator permanece na condição intermediária, indicando atuação da proteção do disjuntor
6. Conclusão
Podemos concluir que os dispositivos de proteção são de importância vital nas instalações elétricas, tanto na proteção do ser humano, quanto na proteção de aparelhos eletrônicos e até mesmo a própria construção (incêndio).
Cada projeto deve ser estudado minuciosamente para decidir qual a proteção mais útil a ser usada, a relação custo benefício e por último o cálculo para o dimensionamento de cada proteção.
7. Bibliografia
[1] NBR 5410:2004
[2] Dispositivos DR e disjuntores DR – Siemens
[3] COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações Elétricas, 4ª edição, Pearson Prentice Hall. São Paulo – SP:2005
[4] CREDER, Hélio. Instalações Elétricas, 15ª edição, LTC.Rio de Janeiro – RJ:2007
[5] CAVALIN, Geraldo. Instalações Elétricas Prediais, 9ª edição, Editora Érica. São Paulo – SP:2003
[6] http://carlosmatheus.com.br/?p=11
[7] http://carlosmatheus.com.br/?p=71
[8] Dispositivos de Proteção e Manobra – Senai/SP : 2009
[9] SOUZA, Tatiana. Dispositivo Diferencial Residual e Dispositivo de Proteção Contra Surtos. UERJ : 2009