Aula Dispositivos Elétricos

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Eletrotécnica 
Prof. Ricardo Martins Ramos 
ELETROTÉCNICA 
Curso de Engenharia Mecânica 
Centro Universitário Newton Paiva 
 
Aula 03 - Dispositivos Elétricos 
Eletrotécnica 
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• Painéis Elétricos: 
• Proteção do operador; 
• Propiciar uma lógica de comando; 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMANDOS ELÉTRICOS 
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• Seccionamento: só pode ser operado sem carga. Usado 
durante a manutenção e verificação do circuito. 
• Proteção contra correntes de curto-circuito: destina-se a 
proteção dos condutores do circuito terminal. 
• Proteção contra correntes de sobrecarga: para proteger as 
bobinas do enrolamento do motor. 
• Dispositivos de manobra: destinam-se a ligar e desligar o 
motor de forma segura, ou seja, sem que haja o contato do 
operador no circuito de potência, onde circula a maior 
corrente. 
SEQUÊNCIA GENÉRICA 
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• Comutador: 
• Fornecem o contato elétrico deslizante 
• Atuam como chave de reversão (transferindo energia de uma porção do circuito 
para outro). 
• conduzem ao circuito a tensão total de operação. 
DISPOSITIVOS DE SECCIONAMENTO 
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• Interruptor: equipamento que funciona abrindo ou fechando circuitos 
elétricos. 
• Chaves, botoeiras, Push Bottons 
DISPOSITIVOS DE SECCIONAMENTO 
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• Contato Normalmente Aberto (NA): não há passagem de corrente 
elétrica na posição de repouso. Desta forma a carga não estará acionada. 
Figura (a). 
• Contato Normalmente Fechado (NF): há passagem de corrente elétrica 
na posição de repouso. Desta forma a carga estará acionada. Figura (b) 
• Contato Seco: contato isolado galvanicamente através do qual o usuário 
final fornece um circuito externo. Não passa corrente por ele. 
CONTATOS 
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• Botões; 
• Pedais; 
• Alavancas; 
• Chaves; 
• Microswitches (chaves de fim de curso); 
CONTATOS 
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• Contatos NA em série: função “AND” 
ASSOCIAÇÃO DE CONTATOS 
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ASSOCIAÇÃO DE CONTATOS 
• Contatos NA em paralelo: função “OR” 
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• Contatos NF em série: função “NOR” 
ASSOCIAÇÃO DE CONTATOS 
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• Contatos NF em paralelo: função “NAND” 
ASSOCIAÇÃO DE CONTATOS 
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CONTATOS: SIMBOLOGIA 
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• Chaves sem retenção ou impulso: É um dispositivo que só permanece 
acionado mediante aplicação de uma força externa. Cessada a força, o 
dispositivo volta à situação anterior. 
 
CHAVES 
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• Chaves com retenção ou trava: É um dispositivo que uma vez acionado, 
seu retorno à situação anterior acontece somente através de um novo 
acionamento. 
 
CHAVES 
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• Chaves de contatos múltiplos com ou sem retenção: Existem chaves 
com ou sem retenção de contatos múltiplos NA e NF. 
 
 
CHAVES 
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• Chave seletora: É um dispositivo que possui duas ou mais posições 
podendo selecionar uma ou várias funções em um determinado processo. 
Este tipo de chave apresenta um ponto de contato comum (C) em relação 
aos demais contatos. 
 
 
 
CHAVES 
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CHAVES: SIMBOLOGIA 
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CHAVES: SIMBOLOGIA 
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CHAVES: SIMBOLOGIA 
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• Elementos fundamentais de manobra de cargas elétricas; 
• Permitem a combinação de lógicas no comando, bem como a separação 
dos circuitos de potência e comando. 
• Energizando-se a bobina os contatos são levados para suas novas 
posições permanecendo enquanto houver alimentação da bobina. 
RELÉS 
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• Circuito de comando: 
• Interface com o operador da máquina ou dispositivo; 
• Geralmente, baixas correntes e/ou baixas tensões. 
• Em um painel de comando, as botoeiras, sinaleiras e controladores diversos ficam 
no circuito de comando. 
• Circuito de Potência: 
• Onde se encontram as cargas a serem acionadas, tais como motores, resistências 
de aquecimento, entre outras. 
• Geralmente, altas correntes e/ou altas tensões. 
RELÉS 
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• Dispositivo de manobra mecânica usado no comando de motores e na 
proteção contra sobrecorrente, quando acoplado a relés de sobrecarga. 
• Contatores: dispositivos de manobra mecânica, acionados 
eletromagneticamente, construídos para uma elevada frequência de 
operação. 
• Tipos: 
• Contatores para motores ou principais; 
• Contatores auxiliares; 
CONTATORES 
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• Quando você desliga uma lâmpada eletrônica em sua casa: a forte carga 
indutiva que ela representa causa faíscas nos contatos do interruptor. 
Essas faíscas também são a causa da rápida deterioração dos 
interruptores que, em pouco tempo, começam a falhar. 
• Para controlar correntes intensas é preciso usar interruptores que 
tenham características especiais como: 
• Alta velocidade de fechamento e abertura dos contatos 
• Grande superfície dos contatos 
 
CONTATORES: FUNCIONAMENTO 
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• Quando você desliga uma lâmpada eletrônica em sua casa: a forte carga 
indutiva que ela representa causa faíscas nos contatos do interruptor. 
Essas faíscas também são a causa da rápida deterioração dos 
interruptores que, em pouco tempo, começam a falhar. 
• Para controlar correntes intensas é preciso usar interruptores que 
tenham características especiais como: 
• Alta velocidade de fechamento e abertura dos contatos 
• Grande superfície dos contatos 
 
CONTATORES: FUNCIONAMENTO 
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CONTATORES: FUNCIONAMENTO 
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CONTATORES: FUNCIONAMENTO 
• Uma bobina, operada por uma baixa tensão contínua ou alternada, 
move um conjunto de contatos mecânicos que têm as características 
exigidas para o controle de correntes intensas. 
• NA (normalmente abertos) e NF (normalmente fechados). 
• NA: quando a bobina do contator se encontra desenergizada, eles permanecem 
desligados. Quando a bobina é energizada, os contatos são ligados. 
• NF: quando a bobina se encontra desenergizada, os contatos permanecem 
fechados. Ao ser energizada, os contatos abrem o circuito externo. 
• Uma mola interna garante que a ação de abertura dos contatos seja muito rápida 
quando a bobina é desenergizada (evitando-se o arco). 
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• As elevadas correntes que são drenadas pelos equipamentos industriais, 
principalmente os motores de alta potência impedem que interruptores 
comuns sejam usados para seu controle. 
• De fato, além de termos uma forte carga indutiva nesses motores, suas 
correntes iniciais podem alcançar valores de centenas ou milhares de 
ampères. O arco formado na abertura dos contatos, e o efeito de repique 
no fechamento poderiam distribuir de forma aleatória a corrente pela 
superfície desses contatos causando suaqueima em pouco tempo. 
CONTATORES: FUNCIONAMENTO 
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• Dois tipos de contatos com capacidade de carga diferentes chamados 
principais e auxiliares; 
• Maior robustez de construção; 
• Possibilidade de receberem relés de proteção e existência de câmara de 
extinção de arco voltaico; 
• Variação de potência da bobina do eletroímã de acordo com o tipo de 
contator; 
• Tamanho físico de acordo com a potência a ser comandada; 
CONTATORES PARA MOTORES 
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• São usados para aumentar o número de contatos auxiliares dos 
contatores de motores, para comandar contatores de elevado consumo 
na bobina, para evitar repique e para sinalização. 
• Tamanho físico variável conforme o número de contatos; 
• Potência do eletroímã praticamente constante; 
• Corrente nominal de carga máxima de 10A para todos os contatos; 
• Ausência de necessidade de relé de proteção e de câmara de extinção. 
CONTATORES AUXILIARES 
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• Terminais da bobina: Identificação por letras (“a1”-“a2” ou “a”-“b”); 
• Contatos principais: números unitários, de 1 a 6; 
• Letra L para terminais ligados a fonte; 
• Letra T para terminais ligados a carga; 
• Contatos auxiliares: identificação por dezenas; 
• Final 1 e 2 para contatos NF; 
• Final 3 e 4 para contatos NA; 
• Final 5 e 6 para contatos NF retardados na abertura; 
• Final 7 e 8 para contatos NA adiantados no fechamento 
 
CONTATORES: NORMA DIN EM 50011 
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• Especificação: 
• Tensão nominal, Frequência e Corrente nominal; 
• Número mínimo de manobras; 
• Tensão nominal da bobina; 
• Número de contatos: NA e NF 
• Exemplo: Contator magnético tripolar para motor de 50cv/380V, tensão 
nominal de 500V, corrente nominal de 75A, número mínimo de 50000 
manobras, com bobina para tensão de 220V, frequência de 60Hz, com 
contatos 2NA e 2 NF. 
 
CONTATORES: ESPECIFICAÇÃO 
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CONTATORES: SIMBOLOGIA 
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ACIONAMENTO COM RETARDO NA INICIALIZAÇÃO 
• Time-on-Delay 
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ACIONAMENTO COM RETARDO NO DESLIGAMENTO 
• Time-off-Delay 
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ACIONAMENTO COM CONTATOR DE PULSOS 
• O número de pulsos deve ser uma variável de entrada, definida pelo 
usuário ou pela rede. 
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• Comando à distância; 
• Elevado número de manobras; 
• Grande vida útil mecânica; 
• Pequeno espaço para montagem; 
• Garantia de contato imediato; 
• Tensão de operação de 85 a 110% da tensão nominal prevista para o 
contator. 
CONTATORES: VANTAGENS 
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INVERSÃO DE LÓGICA 
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MEMORIZAÇÃO (SELO LÓGICO) 
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• A durabilidade mecânica de um contator é o número mínimo de 
operações que o contator pode efetuar sem corrente de carga. É um valor 
da ordem de 10 a 15 milhões de operações e é um dado indicado no 
catálogo do fabricante. 
• A durabilidade elétrica de um contator é o número de operações que o 
contator pode executar, função da frequência de manobras e da 
categoria de emprego. Fornecido pelo fabricante através de gráficos de 
estimativa e nomograma. 
DURABILIDADE 
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• Os defeitos mecânicos são provenientes da própria construção do 
dispositivo, das condições de serviço e do envelhecimento do material. 
• Lubrificação deficiente; 
• Formação de ferrugem; 
• Temperaturas muito elevadas; 
• Molas inadequadas; 
• Trepidação no local da montagem. 
CONTATORES: DEFEITOS MECÂNICOS 
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• O princípio de funcionamento dos 
contatores é idêntico ao dos relés; 
• Dispositivo de manobra (mecânico) de 
operação não manual, que tem uma única 
posição de repouso e é capaz de estabelecer 
(ligar), conduzir e interromper correntes em 
condições normais do circuito, inclusive 
sobrecargas de funcionamento previstas. 
RELÉS X CONTATORES 
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• Dispositivo que tem por função a manobra de abertura ou desligamento 
dos condutores de uma instalação elétrica. 
• Finalidade: quando aberta, é a manutenção da instalação desligada. 
• Por norma, seu estado (ligada ou desligada) deve ser visível 
externamente com clareza e segurança. 
 
SECCIONADORES 
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• Esse dispositivo de comando é construído de modo a ser impossível que 
se ligue (feche) por vibrações ou choques mecânicos, só podendo 
portanto ser ligado ou desligado pelos meios apropriados para tais 
manobras. 
• No caso de chave seccionadora tripolar, esta deve garantir o 
desligamento simultâneo das três fases. 
 
SECCIONADORES 
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As seccionadoras podem ser construídas de modo a poder operar: 
• sob carga - então denominada interruptora. A chave é quem desligará a 
corrente do circuito, sendo por isso dotada de câmara de extinção do arco 
voltaico que se forma no desligamento e de abertura e fechamento 
auxiliados por molas para elevar a velocidade das operações. 
SECCIONADORES 
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As seccionadoras podem ser construídas de modo a poder operar: 
• sem carga – neste caso o desligamento da corrente se fará por outro 
dispositivo, um disjuntor, de modo que a chave só deverá ser aberta com 
o circuito já sem corrente. Neste caso a seccionadora pode ter uma chave 
NA auxiliar que deve desliga o disjuntor antes que a operação de abertura 
da chave seja completada. 
 
 
SECCIONADORES 
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• Especificação: 
• Tensão nominal; 
• Corrente nominal; 
• Corrente presumida de curto-circuito; 
• Fusível máximo admitido; 
• Acionamento (manual, rotativo ou motorizado); 
• Contatos auxiliares (se necessário); 
• Operação (em carga ou a vazio); 
• Vida mecânica mínima (se necessário); 
• Frequência nominal. 
• Exemplo: Chave seccionadora tripolar, comando simultâneo, abertura 
em carga, tensão nominal de 500V, corrente nominal de 250A, 
acionamento manual rotativo, sem contatos auxiliares. 
SECCIONADORES: ESPECIFICAÇÃO 
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SECCIONADORES: SIMBOLOGIA 
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• Todos os condutores fase de uma instalação devem ser protegidos, por 
um ou mais dispositivos de seccionamento automático, contra 
sobrecorrentes (sobrecargas e curtos-circuitos). 
• Esses dispositivos devem interromper as sobrecorrentes antes que elas 
possam danificar, devido aos seus efeitos térmicos e mecânicos, a 
isolação, conexões e outros materiais próximos aos condutores. 
• Destaca-se que a proteção dos condutores realizada de acordo com este 
item não garante necessariamente a proteção dos equipamentos ligados a 
esses condutores. 
SECCIONAMENTO & PROTEÇÃO 
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• A detecção de sobrecorrentes deve ser prevista em todos os condutores 
fase e deve provocar o seccionamento do condutor em que a corrente for 
detectada, não precisando, necessariamente, provocar o seccionamento 
dos outros condutores fase. 
• Se o seccionamento de uma só fase puder causar danos (Ex. motores 
trifásicos), devem ser tomadas medidas apropriadas para a proteção 
destes. 
SECCIONAMENTO & PROTEÇÃOEletrotécnica 
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• Dispositivos unipolares montados lado a lado, apenas com suas 
alavancas de manobra acopladas, não são considerados dispositivos 
multipolares. 
SECCIONAMENTO & PROTEÇÃO 
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• Fusível é um dispositivo de proteção contra sobrecorrente que consiste 
em um elemento fusível (elo) ou lâmina de liga metálica de baixo ponto 
de fusão que se funde, por efeito Joule, quando a intensidade de corrente 
elétrica superar, devido a uma sobrecarga ou um curto-circuito, o valor 
que poderia danificar o isolamento dos condutores ou danos em outros 
elementos do circuito. 
• Dispositivo fusível compreende todas as partes constituintes do 
dispositivo de proteção. 
FUSÍVEIS 
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• De acordo com a aplicação, a norma IEC 60269-2-1 (NBR 11841) utiliza 
duas letras para a especificação dos fusíveis. A primeira letra indica em 
que tipo de sobrecorrente o fusível irá atuar, e a segunda, que tipo de 
equipamento o fusível é indicado para proteger, conforme: 
 
 
 
Por exemplo: “aM” – Fusível para proteção de motores (atuação para curto) 
 “gL/gG” – Fusível para proteção de cabos e uso geral (atuação para sobrecarga e curto) 
 “aR” – Fusível para proteção de semicondutores (atuação para curto) 
 
FUSÍVEIS 
Primeira letra 
Minúscula 
a Fusível limitador de corrente, atuando somente na presença de curto-circuito 
g Fusível limitador de corrente, atuando na presença tanto de curto-circuito como de sobrecarga 
Segunda letra 
Maiúscula 
G Proteção de linha, uso geral 
M Proteção de circuitos motores 
L Proteção de linha 
Tr Proteção de transformadores 
R Proteção de semicondutores, ultrarrápidos 
S Proteção de semicondutores e linha (combinado) 
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• Existem diversos tipos de dispositivos fusíveis no mercado; podem-se 
destacar três tipos bastante usuais nas instalações: fusíveis cilíndricos, D e 
NH. 
FUSÍVEIS: TIPOS 
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• São utilizados na proteção principalmente de máquinas e painéis, 
dispondo de modelos para as instalações em geral. Devidamente 
aplicados, podem ser instalados, sem riscos de toque acidental durante 
seu manuseio, em seccionadoras fusíveis padrão DIN. 
FUSÍVEIS CILÍNDRICOS (CARTUCHOS) 
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• São utilizados na proteção principalmente de máquinas e painéis, 
dispondo de modelos para as instalações em geral. Devidamente 
aplicados, podem ser instalados, sem riscos de toque acidental durante 
seu manuseio, em seccionadoras fusíveis padrão DIN. 
• Os fusíveis cilíndricos possuem categorias de utilização gG e aM, com 
correntes nominais de 1 a 100 A. Disponíveis em três tamanhos diferentes 
e capazes de atuar em redes de tensão nominal até 500 VCA, apresentam 
alta capacidade de interrupção (100 kA) em um equipamento 
extremamente compacto. 
FUSÍVEIS CILÍNDRICOS (CARTUCHOS) 
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FUSÍVEIS CILÍNDRICOS 
Fusíveis cilíndricos categoria de utilização gG/aM Bases para fusíveis cilíndricos 
Dim. 
(mm) 
Corrente 
nominal 
(A) 
Dim. 
(mm) 
Corrente 
nominal 
(A) 
Dim. 
(mm) 
Corrente 
nominal 
(A) 
Dim. 
(mm) 
Corrente 
nominal 
(A) 
Número de 
polos 
Seção dos 
condutores 
(mm) 
10 × 38 
1 
14 × 51 
2 
22 × 58 
8 
10 × 38 32 
1 
2,5 a 16 
2 4 10 2 
4 6 12 3 
6 8 16 3 +N 
8 10 20 
14 × 51 50 
1 
2,5 a 25 
10 12 25 2 
12 16 32 3 
16 20 40 3 + N 
20 25 50 
22 × 58 100 
1 
4 a 50 
25 32 63 2 
32 40 80 3 
 50 100 3 + N 
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• Os fusíveis D são utilizados na proteção de curto-circuito em instalações 
elétricas; são bastante seguros, permitindo o seu manuseio, sem riscos de 
choque acidental. A Figura abaixo mostra um fusível D com seus 
respectivos acessórios. O parafuso de ajuste, instalado entre a base e o 
fusível, impede a substituição do fusível por outro de valor superior de 
corrente. 
FUSÍVEIS TIPO D 
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• Os fusíveis tipo D possuem categoria de utilização gL/gG, e são 
encontrados em três tamanhos (DI, DII e DIII). Atendem as correntes 
nominais de 2 a 100 A. Os valores das correntes nominais dos fusíveis de 
tamanho DII e DIII, normalmente possuem as seguintes capacidades de 
interrupção: 
• até 20 A: 100 kA 
• de 25 a 63 A: 50 kA/70 kA 
FUSÍVEIS TIPO D 
Tamanho Corrente nominal (A) 
DII 
2 
4 
6 
10 
16 
20 
25 
DIII 
35 
50 
63 
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• Os fusíveis NH são aplicados na proteção de sobrecorrentes de curto-
circuito em instalações elétricas industriais. Possuem categoria de 
utilização gL/gG, e são apresentados em seis tamanhos diferentes. 
Atendem correntes nominais de 6 a 1250 A. São fusíveis limitadores de 
corrente e possuem elevada capacidade de interrupção: 120 kA em até 
690 VCA. 
FUSÍVEIS TIPO NH 
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• O uso de punho saca fusível garante o manuseio seguro na montagem ou 
substituição dos fusíveis. Os fusíveis NH são encontrados numa ampla 
faixa de valores de energia de fusão e interrupção, facilitando a 
determinação da seletividade e coordenação de proteção. Atendem às 
normas IEC 60269 e NBR 11841. 
FUSÍVEIS TIPO NH 
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(a) Tensão de alimentação: baixa tensão ou alta tensão; 
(b) Característica de desligamento: efeito rápido ou retardado 
• Fusível de efeito rápido: destina destina-se a circuitos em que a variação da 
corrente entre a partida e o regime normal de funcionamento é pequena (ex.: 
cargas resistivas, cargas que funcionam com semicondutores); 
• Fusível de efeito retardado: destina-se a circuitos em que a corrente de partida 
é várias vezes superior à corrente nominal (ex.: motores). 
FUSÍVEIS: CARACTERIZAÇÃO 
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FUSÍVEIS: CURVA TEMPO X CORRENTE 
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FUSÍVEIS: CURVA TEMPO X CORRENTE 
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• Numa instalação elétrica residencial, comercial ou industrial, deve-se 
garantir o bom funcionamento do sistema em quaisquer condições de 
operação, protegendo as pessoas, os equipamentos e a rede elétrica 
contra acidentes provocados por alteração de correntes (sobrecorrentes 
ou curto-circuito). 
• Os disjuntores termomagnéticos em caixa moldada são construídos de 
modo a atender às exigências da norma NBR 5361:1998, através de um 
disparador térmico bimetálico de sobrecargas, ou de um disparador 
magnético de alta precisão. 
DISJUNTORES 
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• Proteção conta correntes de sobrecarga: para o dimensionamento de 
dispositivo de proteção contra correntes de sobrecarga, as seguintes 
condições devem ser satisfeitas: 
1) IB ≤ IN 
2) IN ≤ IZ 
3) I2 ≤ 1,45 IZ 
DISJUNTORES 
em que: 
• IB = corrente de projeto do circuito; 
• IN = corrente nominal do dispositivo de proteção; 
• IZ = capacidade de condução de corrente de condutores vivos, de 
acordo com o tipo de instalação; 
• I2 = corrente convencional de atuação dos dispositivos de proteção 
em função de IN. 
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• Proteção conta correntes de curto-circuito: Devem ser previstos 
dispositivos de proteção para interromper toda corrente de curto-circuito 
nos condutores dos circuitos, antes que os efeitos térmicos e mecânicos 
dessacorrente possam tornar-se perigosos aos condutores e suas 
ligações. 
DISJUNTORES 
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• Para tanto, as características dos dispositivos de proteção contra curtos-
circuitos devem atender às seguintes condições: 
a) Sua capacidade de interrupção deve ser, no mínimo, igual à corrente de 
curto-circuito presumida no ponto da instalação, ou seja: 
• Iint ≥ Icc onde 
• Iint = capacidade de interrupção do dispositivo de proteção; 
• Icc = corrente de curto-circuito presumida no ponto de aplicação do dispositivo 
de proteção. 
DISJUNTORES 
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• Um dispositivo com capacidade inferior é admitido, se outro dispositivo 
com capacidade de interrupção necessária for instalado a montante. 
Nesse caso, as características dos dois dispositivos devem ser 
coordenadas de tal forma que a energia que eles deixam passar não seja 
superior à que podem suportar, sem danos, o dispositivo situado a 
jusante e as linhas protegidas por esse dispositivo. 
• OBS: 
1 )um componente estar a montante significa que ele está antes do outro em questão, mais perto da fonte de energia. 
2) um componente estar a jusante significa que ele está depois do outro em questão, mais perto da carga final. 
 
DISJUNTORES 
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b) A integral de Joule que o dispositivo deixa passar deve ser inferior ou 
igual à integral de Joule necessária para aquecer o condutor, desde a 
temperatura máxima para o serviço contínuo até a temperatura limite de 
curto-circuito, indicado pela expressão seguinte: 
 em que: 
• ∫ i2 dt = integral de Joule que o dispositivo deixa passar em (ampères)2 x s; 
• K2S2 = integral de Joule para aquecimento do condutor desde a temperatura 
máxima em serviço contínuo até a temperatura de curto-circuito, admitindo o 
aquecimento adiabático (sem troca de calor com o ambiente) 
DISJUNTORES 
t
2 2 2
0
i tdt k s
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• K = 115 para condutores de cobre com isolação de PVC; 
• K = 135 para condutores de cobre com isolação EPR e XLPE; 
• K = 74 para condutores de alumínio com isolação em PVC; 
• S = 87 para condutores de alumínio com isolação EPR ou XLPE; 
• S = seção em mm2. 
DISJUNTORES 
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• Para curtos-circuitos de qualquer duração, em que a assimetria da 
corrente não seja significativa, e para curtos-circuitos assimétricos de 
duração 0,1s < t < 5s, pode-se escrever: 
• I2t < K2S2 onde 
• I = corrente de curto-circuito presumida, em A; 
• t = duração do curto-circuito em segundos. 
• OBS: A corrente nominal do dispositivo de proteção contra curtos-circuitos 
pode ser superior à capacidade de condução de corrente dos condutores do 
circuito. 
DISJUNTORES