Aula Dispositivos de Proteção

Prévia do material em texto

Unidade 3 – Aula 1 
Proteções 
Correntes de Sobrecarga 
• Situação em que uma corrente superior à corrente nominal de 
operação, atuando por um tempo prolongado, podendo causar 
deterioração da instalação elétrica e dos equipamentos por ação 
térmica. 
 
• Surgimento de sobrecorrentes: 
– Sobrecarga mecânica solicitada do motor; 
– Excessiva variação de tensão e freqüência; 
– Falta de fase; 
– Frenagens; 
– Reversões freqüentes; 
– Bloqueio do rotor; 
– Problemas mecânicos com rolamentos e acoplamentos. 
Correntes de Sobrecarga 
• Dispositivos de proteção contra correntes de sobrecarga devem ser 
localizados nos pontos do circuito onde haja mudança qualquer que 
assinale uma redução do valor de capacidade de condução de 
corrente dos condutores: 
– Troca de seção; 
– Alteração da maneira de instalar; 
– Alteração do número de cabos agrupados; 
– Natureza da isolação; 
 
• Em circuitos com motor, devem ser sensíveis à corrente absorvida, 
tendo, no entanto, as características compativeis com o regime de 
corrente de partida, tempo admissível de rotor bloqueado e tempo 
de aceleração. 
Dimensionamento de dispositivo 
• As seguintes condições devem ser satisfeitas: 
 
 
 
 
– é a corrente de projeto do circuito; 
– é a corrente nominal do dispositivo de proteção; 
– capacidade de condução de corrente de condutores energizados, 
conforme condição de instalação (ver norma NBR 5410); 
 
 
 
 
 
  ZN
NB
II
II


2
1
NI
BI
ZI
Dispositivos de Proteção 
• Contra sobrecargas: 
 
– Relés Térmicos; 
 
– Sondas Térmicas (PT-100, PTC, Termostatos, Protetores de Disco) 
 
– Disjuntores; 
Relés Térmicos 
• Princípio de atuação está baseado na ação de dilatação diferencial 
dos materiais de uma haste bimetálica, que levam a uma flexão 
devido ao aquecimento produzido pela passagem da corrente 
absorvida pelo motor. 
Relés Térmicos 
• Solidário à haste, porém isolado eletricamente, existe um contato 
elétrico que se mantém fechado em situações normais. Esse 
contato se abre com a flexão da haste devido ao aquecimento. 
 
• O contato está em série com a bobina do contator principal do 
motor, que promove a efetiva interrupção em caso de sobrecarga. 
 
• A rigor, o relé térmico desliga o motor de forma indireta por meio 
do contator. 
 
• Em cada uma das fases existe uma haste bimetálica sujeita à 
corrente absorvida pelo motor. 
Relés Térmicos 
• Contra o movimento de flexão existe uma mola que pode ser 
regulada para ajustar a corrente de atuação, ou seja, o 
desligamento. 
 
• A construção permite ajustes da corrente nominal dentro de uma 
faixa, escolhida conforme o valor da corrente e a natureza da carga. 
 
• Quanto maior for a corrente de sobrecarga, menor o tempo de 
atuação do relé; 
 
• Devem ser protegidos por fusíveis; 
 
Relés Térmicos 
• Escolha do relé depende das características do acionamento. 
 
– Exemplo: para um motor em serviço contínuo, o tempo de 
atuação do relé deve ser maior que o tempo de partida do 
motor (para a corrente de partida correspondente) e menor ou 
igual ao tempo de rotor bloqueado. 
 
• A norma NBR 5410 recomenda que o relé térmico seja ajustado 
para a corrente nominal do motor, multiplicada pelo fator de 
serviço (FS), se houver. 
 
 
Série 3UA – Siemens 
 
Relés Térmicos: Tipos 
• Diretos: são aquecidos pela passagem da corrente de carga pelo bimetal. 
 
• Indiretos: são aquecidos por um elemento aquecedor indireto que transmite calor 
ao bimetal e faz o relé funcionar. 
 
• Com retenção: possuem dispositivos que travam os contatos na posição 
desligados, após atuação do relé. Para que os contatos voltem a operar, é 
necessário soltar, manualmente a trava por meio de um botão específico. 
 
• Compensado: possui um elemento interno que compensa as variações da 
temperatura ambiente. 
 
• Diferencial (ou falta de fase): dispara mais rapidamente que o normal, quando há 
falta de uma fase ou sobrecarga em uma delas. 
Relés Térmicos: Ajuste 
• A determinação do tempo de 
atuação é dada por: 
 
 
 
– : Corrente de ajuste da unidade 
térmica, em A; 
 
– : Corrente que atravessa o relé, em A; 
 
– : Múltiplo da corrente ajustada. 
 
 
a
c
I
I
M 
M
aI
cI
Relés Térmicos: Ajuste 
• Serviço Contínuo (S1): 
– A corrente de ajuste do relé térmico (Ia) deve ser igual ou superior à corrente 
de projeto ou à corrente prevista para a carga (Ic): 
 
 
– A corrente de ajuste do relé térmico (Ia) deve ser igual ou inferior à 
capacidade de condução de corrente dos condutores corrente de projeto ou à 
corrente prevista para a carga (Inc): 
 
 
– O tempo de partida do motor (Tp) deve ser inferior ao tempo de atuação do 
relé (Ta) para a corrente de partida correspondente, enquanto o tempo de 
rotor bloqueado (Trb) deve ser igual ou superior ao tempo de atuação para a 
corrente ajustada. 
 
ca II 
nca II 
parb TTT 
Relés Térmicos: Ajuste 
• Serviço de curta duração ou intermitente: 
– Os tempos de disparo dados nas curvas devem ser reduzidos de 25%; 
– O tempo de atuação do relé deve ser mantido acima do tempo de partida do 
motor. 
 
 
 
 
– : Corrente de partida; 
– : Tempo de partida; 
– : Corrente nominal; 
– : Tempo de duração do regime nominal; 
– : Tempo de repouso. 
 
 
 
rnp
nnpp
eq
TTT
TITI
I



3
1
22
pI
pT
nI
nT
rT
Relés Térmicos: Especificação 
• Potência do motor que vai proteger; 
• Faixa de ajuste desejada; 
• Fusível máximo a ser usado; 
• Tipo de contator ao qual vai ser acoplado; 
 
• Exemplo: Relé Térmico de sobrecarga para motor de 50cv/380V, 
faixa de ajuste de 63-90A, acoplado ao contator (especificar 
contator) e fusível máximo de proteção de 125A, tipo aM. 
Relés Térmicos: Simbologia 
Relés Térmicos 
Proteção contra Correntes de Curto Circuito 
Correntes de Curto Circuito 
• Corrente provocada pela falha de montagem do sistema, o que leva 
a impedância em determinado ponto a um valor quase nulo, 
causando assim um acréscimo significativo no valor da corrente; 
 
• Pode ser entre fases, entre fase e neutro ou entre fase e terra. 
 
• A corrente atinge rapidamente valores elevados, limitados apenas 
pela resistência ôhmica dos condutores ou capacidade da fonte 
geradora; 
 
• Podem acarretar em danos irreversíveis de equipamentos 
danificados e choques, além do risco de incêndio. 
Proteção contra Correntes de 
Curto Circuito 
• A capacidade de interrupção do dispositivo de proteção deve ser, 
no mínimo, igual à corrente de curto-circuito presumida no ponto 
de instalação: 
 
 
 
– : capacidade de interrupção do dispositivo de proteção; 
 
– : corrente de curto-circuito presumida no ponto de aplicação do 
dispositivo de proteção. 
 
 
kint II 
intI
kI
Proteção contra Correntes de 
Curto Circuito 
• A integral de Joule que o dispositivo deixa passar deve ser menor 
ou igual à integral de Joule necessária para aquecer o condutor, 
desde a temperatura máxima de trabalho em serviço contínuo até a 
temperatura limite de curto circuito: 
 
 
 
– : integral de Joule que o dispositivo deixa passar; 
 
– : integral de Joule para aquecimento do condutor; 
– K=115 para condutores de cobre com isolação PVC 
– K=143 para condutores de cobre com isolação EPR ou XLPE; 
– S é a seção em mm²; 
   22
0
2
SKdtti
t


0
2dti
22SK
Proteçãocontra Correntes de 
Curto Circuito 
• Para curto circuitos sem assimetria significativa, ou curto circuitos 
simétricos de duração 0,1s ≤ t ≤ 5s: 
 
 
 
 
– : corrente de curto-circuito presumida, em A; 
 
– : duração do curto-circuito, em segundos. 
222 SKTIcs 
csI
T
Tabela de Aquecimento de 
Condutores 
 
Exemplo 1 
• Determinar o tempo máximo que a proteção deve atuar quando um 
determinado circuito em condutor isolado de cobre seção 70mm², 
tipo de isolação PVC, é atravessado por uma corrente de curto 
circuito de valor igual a 6,5kA. 
Exemplo 2 
• Um CCM é alimentado por um circuito trifásico em condutor de 
cobre isolado em PVC, de seção 95mm². A corrente de defeito é de 
18,3kA e a proteção atua para essa corrente em 0,3s. Verificar se a 
isolação do condutor suporta estas condições transitórias. 
Dispositivos de Proteção 
• Contra curto-circuitos: 
 
– Fusíveis; 
 
– Relés Eletromagnéticos (tensão mínima, corrente máxima, etc) 
 
– Disjuntores; 
Fusíveis 
• São elementos que destinam-se a proteção contra correntes de 
curto-circuito. 
• Sua atuação deve-se a a fusão de um elemento pelo efeito Joule, 
provocado pela súbita elevação de corrente em determinado 
circuito. 
• O elemento fusível tem propriedades físicas tais que o seu ponto de 
fusão é inferior ao ponto de fusão do cobre. 
• Utilização única; 
• Escolha depende da corrente nominal, tensão nominal, 
temperatura de trabalho, sobrecargas e capacidade de interrupção; 
Fusíveis: Simbologia 
Fusíveis: Tempo de Atuação 
• Fusíveis de Efeito Rápido: 
– Empregados em circuitos em que não há variação considerável de corrente 
entre a fase de partida e a de regime normal de funcionamento. 
– Ideais para a proteção de circuitos com semicondutores (diodos e tiristores) e 
resistivos. 
 
• Fusíveis de Efeito Retardado: 
– 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. 
– Como exemplo desses circuitos, podemos citar os motores elétricos, as cargas 
indutivas e as cargas capacitivas em geral. 
Fusíveis: Características Elétricas 
• Corrente nominal: Corrente que percorre o fusível sem que este 
apresente sobreaquecimento excessivo (geralmente, a corrente de 
fusão é 60% acima da corrente nominal); 
 
• Tensão nominal: Tensão máxima de funcionamento do circuito; 
 
• Capacidade de interrupção: É o valor máximo eficaz da corrente 
simétrica de curto-circuito que o fusível é capaz de interromper; 
Fusíveis 
• A IEC utiliza a montagem com 2 letras; 
• Primeira letra: Faixa de Interrupção (tipo de sobrecorrente o fusível 
irá atuar): 
– "g" - Atuação para sobrecarga e curto-circuito; 
– "a" - Atuação apenas para curto-circuito. 
 
• Segunda letra: Categoria de Utilização (tipo de equipamento que o 
fusível irá proteger): 
 
– "L/G" - Proteção de cabos e uso geral; 
– "M" - Proteção de Motores; 
– "R"- Proteção de circuitos com semicondutores. 
 
Fusíveis 
• Exemplos: 
 
– "gL"/“gG"- Fusível para proteção de cabos e uso geral (Atuação para 
sobrecarga e curto-circuito) 
 
– "aM"/“gM" - Fusível para proteção de motores 
 
– "aR" -Fusível para proteção de semicondutores 
 
Fusíveis: Cartucho 
• Quando transparentes, utilizados em circuitos de baixa potência e 
circuitos eletrônicos, um vez que possibilita análise visual do estado 
do fusível sem a retirada do mesmo do circuito. 
 
• Quando não há a possibilidade de visualização do elemento fusível 
(filamento), torna-se necessário o teste elétrico para se avaliar o 
estado do mesmo. Esses fusíveis são usados até potências médias 
e, em alguns tipos, é colocada uma areia especial no interior do 
fusível com a finalidade de diminuir o arco elétrico e evitar danos 
ao invólucro do fusível. 
 
 
 
Fusíveis: Cartucho 
• Ex: Fusível de vidro, cartucho, faixa de corrente de 0,1A a 30A; 
 
 
 
• Porta Fusíveis para fusíveis do tipo cartucho: 
 
 
 
 
 
Fusíveis: DIAZED 
• Usados em circuitos baixa potência e conectados através do porta-
fusível que se monta por rosca. O próprio suporte do fusível 
protege o operador contra choque elétrico. 
 
 
 
 
• Correntes de 2 a 63A (Vmax=500V e Icc-50kA). 
• Através de parafusos de ajuste, impedem a mudança para valores 
superiores, preservando as especificações do projeto. Permitem 
fixação por engate rápido sobre trilho ou parafusos. 
 
 
 
Fusíveis: DIAZED 
 
 
 
Fusíveis: NH 
• Usados em circuito de alta potência e conectados por encaixe, com 
ferramenta própria (punho) que garante manuseio seguro na 
montagem ou substituição dos fusíveis. ; 
• Possuem várias categorias de utilização e tamanhos e atendem 
correntes nominais de 6A a 1250A. 
• Elevada capacidade de interrupção que chega a 120kA em até 
500VCA. 
Fusíveis: NH 
Fusíveis: SITOR 
• São fusíveis ultra-rápidos apropriados em instalações industriais 
para a proteção de semicondutores de potência; 
• Sua construção é semelhante aos fusíveis NH, sendo necessária a 
utilização dos punhos para seu manuseio. 
• Pode ser usado em AC (até 1000 V) ou DC (até 600 V). 
• Categorias de utilização gR / aR; 
• Correntes nominais de 32A a 710 A; 
• Encontrado em dois tamanhos (1e 2); 
Fusíveis: Outros Tipos 
• Rolha; 
 
• Neozed; 
 
• Silized; 
 
• Minized 
 
Fusíveis: Especificação 
• Corrente nominal; 
• Tamanho da base (quando aplicável); 
• Capacidade de ruptura; 
• Característica da curva tempo x corrente (rápido ou com retardo); 
• Componentes (quando aplicável – tampa, parafuso de ajuste, etc) 
 
• Exemplo: Fusível tipo NH, corrente nominal de 160A, capacidade de 
ruptura de 100kA, base tamanho 2, tipo retardado. 
Fusíveis: Curva de Atuação 
Fusíveis: Tempo X Corrente 
Fusíveis: Tempo X Corrente 
Fusíveis: Tempo X Corrente 
Fusíveis: Tempo X Corrente 
Fusíveis: Curvas de corte 
• Corrente de curto-
circuito com 40000A de 
valor eficaz; 
 
• Fusível NH de 224A; 
 
• Interrupção com 20kA. 
 
Fusíveis: Curvas de corte 
Fusíveis: Outros critérios de 
proteção 
• Proteção de circuitos de distribuição de motores; 
• Proteção de circuitos de distribuição de aparelhos; 
• Proteção de circuitos de distribuição de cargas mistas (motores e 
aparelhos); 
• Proteção de circuitos terminais de capacitores; 
• Proteção da isolação dos condutores dos circuitos terminais e de 
distribuição; 
• Proteção de dispositivos de comando e de manobra.