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23/10/2017 1 Prof. Alessandro Martins UVA –Cabo Frio Sistemas e Dispositivos de Segurança para Instalações Elétricas, veremos proteção contra: Sobrecorrentes e correntes de curto‐circuito ▪ Disjuntores termomagnéticos de BT ▪ Fusíveis Choques elétricos ▪ Contatos diretos ▪ Dispositivo residual diferencial 1. Conhecer os fundamentos de funcionamento e especificação de disjuntores de baixa tensão 2. Aprender os procedimentos para proteção contra choques elétricos de contato direto. 3. Adquirir conhecimentos sobre os dispositivos de proteção contra choque de contato direto e indireto. Equipamentos e condutores, componentes de uma instalação elétrica são, frequentemente solicitados por tensões e correntes diferentes dos valores nominais. Estas solicitações aparecem normalmente como sobrecarga, curto‐circuito, sobretensões e subtensões. As condições anormais de operação podem danificar as instalações, equipamentos e causar acidentes envolvendo indivíduos presentes na instalação. 23/10/2017 2 As condições anormais de operação devem ser limitadas no tempo de duração e na amplitude. Os dispositivos de proteção nas instalações elétricas devem desligar o circuito nas condições adversas. Os principais dispositivos de proteção e segurança são os fusíveis, os disjuntores e os relés térmicos. A proteção em uma instalação elétrica envolve várias etapas: Estratégia de proteção. Seleção dos dispositivos de atuação. Determinação dos valores de calibração dos dispositivos. A NBR 5410/2004 estabelece as prescrições fundamentais destinadas a garantir a segurança de pessoas, animais e bens contra os danos que possam resultar da utilização das instalações elétricas. 23/10/2017 3 Definição “Dispositivo de proteção que, pela fusão de uma parte dimensionada para tal, interrompe a corrente elétrica quando esta excede um certo valor estabelecido, durante um tempo determinado”. Características A proteção de um circuito, cuja corrente de curto-circuito é 300 A, é feita por um fusível diazed de 63 A. As curvas tempo-corrente de cinco fusíveis desse tipo são mostradas na figura acima. De acordo com essas informações, o tempo mínimo de fusão do fusível utilizado, em segundo, quando houver um curto-circuito, é .... RESP.: 1 Segundo (100) 23/10/2017 4 Fonte: Weg Fonte: Merlin Gerin Definição “Equipamento de proteção cuja finalidade é conduzir a corrente de carga sob condições nominais e interromper correntes anormais de sobrecarga e de curto‐circuito”. Em resumo, os disjuntores cumprem três funções básicas: 1. Permite abrir e fechar os circuitos (manobra), “operando-o como um interruptor, seccionando somente o circuito necessário para uma eventual manutenção” ou instalação de novos equipamentos. 2. Proteger a fiação, ou mesmo os aparelhos, contra sobrecarga por meio do seu dispositivo térmico; 3. Proteger a fiação contra curto-circuito por meio de seu disparador ou dispositivo magnético. Disjuntores devem SEMPRE ser ligados aos condutores FASE. Disjuntores Termomagnéticos atuam por: Efeito térmico com sobrecarga. Efeito eletromagnético com corrente de curto‐ circuito. 23/10/2017 5 Disparador térmico simples: Elemento bimetálico: duas lâminas de metal soldadas, com diferentes coeficientes de dilatação térmica. Quando sensibilizadas por uma corrente superior ao estabelecido ambas dilatam, de maneira desigual, arqueando o conjunto e deslocando a barra de disparo. Disparador térmico simples Posição Normal Posição de Disparo Disparador térmico Compensado a) Posição normal b) Posição pré-disparo Compensa a elevação de temperatura do ambiente. c) Posição de disparo 23/10/2017 6 Disparador magnético: Bobina que, quando conduz corrente acima do valor estabelecido, atrai um êmbolo ferromagnético processando a abertura dos contatos do disjuntor. Disparador magnético Posição normal Posição de disparo Os seguinte itens devem ser discriminados: Corrente nominal de operação (In) Capacidade de interrupção Tensão nominal Frequência nominal Tipo (térmico, magnético, termomagnético, ajustável,...) A NBR 5410‐2004 estabelece condições que devem ser cumpridas para que haja coordenação entre os condutores de um circuito e o dispositivo de proteção. O item 5.3.4 da norma diz que a corrente do disjuntor deve interromper a corrente de sobrecarga antes do aquecimento excessivo dos condutores (até 5 segundos). 23/10/2017 7 O item 5.3.4 estabelece que proteção deve satisfazer as duas inequações: e IB – corrente de projeto IN – corrente nominal do disjuntor IZ – capacidade de condução dos condutores vivos I2 – corrente convencional de atuação do disjuntor ou fusível. OBS.: a segunda equação é obrigatória para fusíveis e dispensável para a maioria dos DTMs que seguem normas internacionais, já satisfeitas na 1ª Inequação. I2 o (In) é a corrente que o disjuntor pode suportar em regime ininterrupto, a uma temperatura de referência especificada (30°C) • Monopolar: • In: 2, 4, 6, 10, 20 e 25 ampères. • Bipolar: • tensão de 240v e In de 10, 16, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60 e 70 ampères, • tensão 110/220v e In de 6, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60 e 70 ampères. • Tripolar: • tensões de 240v a 480v e In de 16, 20, 25, 30, 35, 40, 70, 90 e 100 ampères • Valores apresentados pela marca Schneider. Condição para atuação sob sobrecarga Deve atuar em no máximo 1h. 23/10/2017 8 Ex1: Dimensionar o disjuntor para um chuveiro: 5400VA, 220V. Dados dos condutores: bitola de 4 mm2, capacidade de condução de 32A. Solução: 5400 / 220 = 24,55 A 24,55 A < In < 32 A Opções: a) DTM 25 A b) DTM 32 A Qual escolher ? Disparo Instantâneo: As faixas de atuação B, C e D: B: de 3 In a 5 In; C: de 5 In a 10 In; D: de 10 In a 20 In. Ação do disparador térmico Efeito de Sobrecarga Ação do disparador magnético Efeito de Curto-Circuito Ex2: Sendo a corrente nominal do disjuntor 50 A, estime o tempo de atuação para uma corrente de carga de 150A e 300A. Solução: 150A = 3x50A => 3 segundos 300A = 6x50A => 0,015 segundos 0,015s 3s 23/10/2017 9 34 Selecione a corrente (In) do disjuntor de proteção contra sobrecargas de uma instalação constituída por condutores isolados Nexans PVC com seção de 2,5 mm2, em parede termicamente isolante, que vai alimentar uma máquina de lavar roupa cuja intensidade de serviço (já ajustada) (IB) é de 14,6 A, 127v. IB = 14,6 A s = 2,5 mm2→ IZ = 19,5 A (Tabela 2, pagina 33 indica método A1, Tabela 3 A1-2 resultado) 1ª condição: IB ≤ In ≤ IZ A intensidade nominal do disjuntor (In) terá que ser maior ou igual a 14,6 A (IB). Sabendo que as correntes estipuladas dos disjuntores são de 6 – 10 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 …encontramos nessa situação o disjuntor com uma intensidade nominal de 16 A. Assim, a 1ª condição está verificada: 14,6 < 16 < 19,5 O Corrente ou a intensidade nominal do disjuntor a utilizar seria de 16A. 35 Tabela2, Pagina 33, Catalogo Nexans 36 Tabela 3, Pagina 34, Catalogo Nexans OBS.: a coluna do valor 3 se refere a sistema trifasicos, normalmente usada em motores e outros elementos de alta potência 37 A proteção contra curto-circuitos das instalações elétricas é assegurada se as características dos aparelhos de proteção respeitarem simultaneamente as seguintes condições: Regra do poder de corte: o poder de corte não deve ser inferior à corrente de curto-circuito presumida no ponto de localização. Icc ≤ Pdc Regra do tempo de corte: o tempo de corte resultante de um curto-circuito em qualquer ponto do circuito não deverá ser superior ao tempo correspondenteà elevação da temperatura do condutor ao seu máximo admissível. Para curto-circuitos de duração até 5s, o tempo aproximado correspondente à elevação da temperatura do condutor ao seu máximo admissível é dado pela expressão: √t = K* (S / Icc) t - tempo expresso em segundos S – secção dos condutores em mm2 Icc – corrente de curto-circuito em A, para um defeito franco no ponto mais afastado do circuito. K – constante, variável com o tipo de isolamento e da alma condutora, igual a 115 para condutores de cobre e isolamento em PVC. 23/10/2017 10 38 Verificar se o disjuntor de 16A anteriormente seleccionado para protecção contra sobrecargas pode ser utilizado na protecção conta curto – circuitos sabendo que: Regra do poder de corte • Cálculo da resistência do condutor após o quadro elétrico (QE): R = (ρ x l) / s → R = (0.0225 x 10) / 2,5 → R = 0,09 Ω • Cálculo da resistência do conduto antes do quadro elétrico (QE): R = (ρ x l) / s → R = (0.0225 x 5) / 4 → R = 0,028 Ω • Resistência total dos condutores: 0,09 + 0,028 = 0,118 Ω • Cálculo da corrente de curto – circuito: Icc = U / R → Icc = 230 / 0,118 → Icc = 1949 A Se esse disjuntor tiver um poder de corte (Pdc) de 3KA pode ser utilizado, já que cumpre a condição: Icc ≤ Pdc MLR 10 m5 m 2,5mm24mm2 QE NOTA: Os poderes de corte estipulados normalizados são: 1,5 – 3 – 4,5 – 6 – 10 KA Vide Catalogo da Nexans, Tabela da Página 36. 39 Regra do tempo de corte √t = K x (S / Icc) t - tempo de corte de um curto – circuito expresso em segundos S – secção dos condutores em mm2 Icc – corrente de curto-circuito, para um defeito no ponto mais afastado do circuito. K – constante, variável com o tipo de isolamento e da alma condutora, igual a 115 para condutores de cobre e isolamento em PVC. √t = K x (S / Icc) √t = 115 x (2,5 / 1949) √t = 0,15 t = 0,023 s Como o tempo de corte (23 ms) é menor do que 5 segundos, está verificada a regra do tempo de corte. A proteção contra curto-circuitos das instalações elétricas é assegurada já que as características do aparelho de proteção respeita simultaneamente as duas condições (Pdc e Tempo de Corte). Proteções contra contato direto ou indireto Dispositivo à Corrente Diferencial Residual “É a perturbação de natureza e efeitos diversos que se manifesta no organismo humano ou animal quando este é percorrido por uma corrente elétrica”. G. Kindermann, “Choque Elétrico”, Ed. do Autor, Fpolis,2005. 23/10/2017 11 A proteção contra choques elétricos é regulamentada nas normas: NBR 5410‐2004 daABNT Normas regulamentadoras 10 e 18 do Ministério doTrabalho Contato direto Contato de pessoas e animais diretamente com partes energizadas de uma instalação elétrica. Contato indireto Contato de pessoas ou animais com estruturas metálicas ou condutores que, acidentalmente, tornaram‐se energizadas. O efeito da corrente depende: Intensidade da corrente; Tempo de exposição; Percurso através do corpo humano; Condições orgânicas do indivíduo. 23/10/2017 12 Medida prioritária Interrupção imediata do fornecimento de energia. A proteção deve ser assegurada por: Isolação das partes vivas; Barreiras ou invólucros; Obstáculos Colocação fora de alcance. 23/10/2017 13 Isolação das partes vivas: Deve impedir o contato com as partes vivas da instalação através de uma isolação que somente possa ser removida com a sua destruição. Barreiras ou invólucros Visa impedir todo contato com as partes vivas da instalação elétrica. Obstáculos Partes vivas são confinadas em compartimentos onde só permitido acesso a pessoas autorizadas. Colocação fora de alcance Consiste em instalar os condutores energizados a uma altura/distância fora de alcance das pessoas e animais. 23/10/2017 14 Os dispositivos à corrente diferencial‐residual (DR) constituem‐se no meio mais eficaz de proteção das pessoas e animais contra choques elétricos. Não dispensam o uso de disjuntores e fusíveis. DRs também diminuem consumo de energia. Princípio de funcionamento Atuam quando há uma corrente residual (de fuga) circulando na instalação. Fonte: Mamede Ocorrendo uma corrente de falta à terra Id, a corrente “de retorno” I2 não será mais igual à corrente “de ida” I1 e essa diferença provoca a circulação de uma corrente I3 no enrolamento de detecção. Cria-se, no circuito magnético do relé, um campo que vence o campo permanente gerado pelo pequeno imã, liberando a alavanca. A liberação da alavanca detona o mecanismo de abertura dos contatos. Revista EM- Eletricidade Moderna Funcionamento Disjuntores e Interruptores Diferenciais Residuais - DR Dispositivos a DR podem ser: Interruptores DR (IDR) Disjuntores de proteção Tomadas com interruptores DR incorporadas Blocos avulsos 23/10/2017 15 Deve‐se observar as características técnicas: Corrente nominal: Igual ou superior ao DTM Corrente diferencial residual nominal: 30 mA Tensão nominal: dependente do circuito Capacidade de interrupção: Igual ou superior ao DTM Frequência: 50 / 60 Hz Número de pólos: depende da tensão A norma exige DRs em: Tomadas em todo local molhado ou sujeito a lavagem; Tomadas em áreas externas; Tomadas internas que alimentam equipamentos na área externa da instalação; Nesta aplicações a NBR 5410 obriga o uso de DRs de alta sensibilidade (If <= 30 mA). Devem ser utilizados para proteção: De pessoas e animais contra contatos acidentais com partes vivas da instalação elétrica; Contra perigos de incêndio devido a faltas à terra; Contra presença de faltas à terra por equipamentos emmás condições; Em locais de grande concentração de umidade. Dispositivo de Proteção contra Surtos – DPS O que é? É um dispositivo de proteção conta sobretensões transitórias (surtos de tensão) “anulando as descargas indiretas na rede elétrica causados por descargas atmosféricas”. A NBR 5410:2004, item 6.3.5, estabelece as prescrições para o uso e localização dos DPS. 23/10/2017 16 Dispositivo de Proteção contra Surtos – DPS Modelos DPS UNIC. Cortesia PIAL- Legrand. DPS MTM. Cortesia MTM. Vários tipos de DPS. Cortesia ABB. Livros Creder, Helio , Instalações Elétricas, Editora LTC Cotrim, Ademaro A. M.B, Instalações Elétricas, Editora Pearson Normas NR5410 – Instalações elétricas de baixa tensão NBR5413 ‐ Iluminância de interiores (cancelada) ABNT NBR ISO/CIE 8995‐1:2013 ‐ Iluminação de ambientes de trabalho Parte 1: Interior API RP 540 : Electrical Installations in Petroleum Processing Plants ABNT NBR 10898 ‐ . Sistema de iluminação de emergência 63 O B R I G A D O 64