RELATÓRIO FUSÍVEIS DE PROTEÇÃO

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FACULDADE ESTÁCIO DE SERGIPE
ENGENHARIA MECÂNICA
ANTONIO CARDOSO FERREIRA
JOSÉ ALVES NETO
JUBIRAÍ JOSÉ GALLIZA JÚNIOR
RODRIGO MACIEL RIVAS
RELATÓRIO DO EXPERIMENTO – ELETRICIDADE APLICADA
TEMA: FUSÍVEIS DE PROTEÇÃO, CORRENTE DE RUPTURA E CORRENTE DE TRABALHO
Aracaju
2017
ANTONIO CARDOSO FERREIRA
JOSÉ ALVES NETO
JUBIRAÍ JOSÉ GALLIZA JÚNIOR
RODRIGO MACIEL RIVAS
RELATÓRIO DO EXPERIMENTO – ELETRICIDADE APLICADA
TEMA: FUSÍVEIS DE PROTEÇÃO, CORRENTE DE RUPTURA E CORRENTE DE TRABALHO
Relatório apresentado à disciplina Eletricidade Aplicada da Faculdade Estácio de Sergipe, como requisito parcial para a complementação da avaliação (AV1) do curso de Engenharia Mecânica.
Orientadora: Prof. Dr. Cochiran Pereira dos Santos
Aracaju
2017
sumário
1	INTRODUÇÃO ---------------------------------------------------------------04
2	OBJETIVO --------------------------------------------------------------------09
3	PROCEDIMENTO ----------------------------------------------------------10
 3.1	 MATERIAIS --------------------------------------------------------------10
 3.2	 METODOLOGIA --------------------------------------------------------10
4	RESULTADOS E DISCUSSÃO ------------------------------------------12
5 CONCLUSÃO ----------------------------------------------------------------12
6	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -----------------------------------12
	
INTRODUÇÃO
Um dispositivo simples que serve como proteção de circuitos elétricos bem como equipamentos, é o chamado fusível. Ele pode ser encontrado em instalações elétricas de baixa tensão aonde protege cargas como por exemplo lâmpadas e até mesmo em sistemas complexos de geração e distribuição de energia, por seu baixo custo e ter operação simples. Recomendado também para aplicações nas quais se deseja proteção eficaz contra sobre correntes ou curto-circuito.
O fusível é um dispositivo de segurança de um circuito elétrico, que tem a função de interromper a passagem de corrente elétrica no circuito, quando a corrente ultrapassar o limite permitido pelo fusível, evitando assim um curto-circuito.
Figura 1: Fusíveis de chumbo.
Esses curtos-circuitos podem causar incêndios, explosões ou danos a alguns equipamentos do circuito, os fusíveis são bastante usados nos eletrodomésticos.
Alguns fusíveis são feitos de uma pequena liga metálica, geralmente o chumbo, de baixo ponto de fusão, pois quando a intensidade da corrente elétrica ultrapassa o limite do fusível, essa liga se esquenta e se funde cortando assim a passagem de corrente elétrica, o tempo que ele demora para fundir é proporcional ao quadrado da corrente aplicada e da inércia térmica do material da liga metálica do fusível, portanto com a variação desse material, podemos ter fusível de ação muito rápida, rápida, média, lenta ou muito lenta.
Temos também o disjuntor que simplesmente desliga quando a intensidade da corrente é maior do que ele suporta.
Normalmente o valor da corrente que o fusível suporta vem expressa nele.
Sua representação é: 
Fusível é todo e qualquer dispositivo que contém um componente o qual entra em fusão quando a corrente elétrica no circuito em que foi instalado excede um valor pré-determinado durante um intervalo de tempo específico e suficiente à sua atuação, sendo que ele interrompe a corrente cessando assim a alimentação nos condutores. Operam fundindo um elemento sob o efeito da elevação na corrente normal de funcionamento presente nos alimentadores, que provoca um aumento de temperatura resultante. Podem ser utilizados em indústrias e oficinas, contendo máquinas, motores e fornos elétricos de média e grande potência ou até mesmo em alguns imóveis e condomínios residenciais desde que exista nestes a presença de um profissional que seja encarregado de prestar a manutenção necessária.							A principal finalidade do fusível seria realizar a proteção de elementos numa instalação (mesmo que em baixa tensão), além de preservar o patrimônio e a integridade de pessoas e animais. Em linhas gerais, atua em condições de sobre corrente e curto-circuito, sendo proteção adicional que evita danos a equipamentos, incêndios ou inutilização dos componentes que integram os circuitos alimentadores.
Existem três categorias de fusíveis conforme a eficiência de operação e aplicações a que se destinam. Conheça a seguir cada tipo específico.
Fusíveis de Efeito Rápido  – Utilizados em aplicações simples nas quais a carga acionada pela rede elétrica não apresenta picos de corrente, ou seja, a corrente consumida pelo equipamento através de sua ligação a tomadas não assume valores elevados, por exemplo lâmpadas, fornos elétricos, etc.
Fusíveis de Efeito Retardado – Utilizados em circuitos nos quais a corrente de partida dos equipamentos assuma valores bem superiores aos que possuem nas condições normais de funcionamento ou em situações aonde ocorre sobrecarga momentânea dos circuitos (pequenos intervalos de tempo), é o caso dos motores elétricos e cargas capacitivas respectivamente.        
Fusíveis de Efeito Ultra-Rápido – Aplicados em situações nas quais a carga a ser alimentada possui circuitos eletrônicos ultrassensíveis constituídos por elementos semicondutores, tiristores, GTO’s e diodos interrompendo a corrente quando houver um curto para evitar danos a essas partes constituintes.
Dimensiona-se um fusível de acordo com três características fundamentais, que especificam sua operação conforme a definição: corrente nominal, corrente de curto-circuito e tensão nominal, informações que auxiliam na escolha de qual espécie desse dispositivo será adotada como proteção.
Os formatos comerciais que costumam ser utilizados mais frequentemente são os fusíveis NH e Diazed. Suas especificações determinam as circunstâncias em que tais dispositivos são capazes de atuar. Precisamos identificar muito bem os conceitos e o mais importante, não confundi-los, afim de saber para qual aplicação destina-se o uso desses fusíveis mencionados.
Corrente Nominal – Seria o valor de corrente suportável pelo fusível, sem que ele interrompa a alimentação do circuito o qual esteja protegendo. Tal dimensão consta no corpo de porcelana que integra o dispositivo.
Corrente de Curto-Circuito – Corrente máxima que ao percorrer um circuito elétrico deve ser interrompida pela queima do fusível, utilizado a título de proteção conforme citado.
Capacidade de Ruptura (kA) – É a corrente que pode ser interrompida pelo fusível no circuito com segurança e não depende da tensão máxima correspondente à instalação.
Tensão Nominal – Valor de tensão que pode ser suportado pelo fusível, mediante o qual ele irá atuar normalmente em condições extremas de temperatura. Para instalações elétricas em baixa tensão, os valores de tensão indicados são de 500 V para circuitos CA (corrente alternada) e de 600 V para circuitos CC (corrente contínua).
Um corta-circuitos fusível é constituído por um fio condutor, dentro de um invólucro. O fio condutor (normalmente de prata, cobre, chumbo, estanho, cádmio, alumínio, zinco, níquel e ligas destes materiais) é calibrado de forma a poder suportar, sem fundir, a intensidade para a qual está calibrado e que tem o nome de intensidade estipulada In; logo que a intensidade ultrapasse razoavelmente esse valor, ele deve fundir tanto mais depressa quanto maior for o valor da intensidade. Os materiais utilizados devem ter temperaturas de fusão entre 60 a 200° C. A Figura 2 sugere um corta-circuitos fusível.
Figura 2 · Corta-circuitos fusível.
Cada fusível é caraterizado também pelo seu poder de corte. Poder de corte de um fusível é o valor da corrente que o dispositivo de proteção é capaz de cortar, a uma tensão especificada e em condições prescritas de emprego e de funcionamento.
Cada fusível é caraterizado também pelo seu poder de corte. Poder de corte de um fusível é o valor da corrente que o dispositivo de proteção é capazde cortar, a uma tensão especificada e em condições prescritas de emprego e de funcionamento.
Figura 3 · Curva característica do fusível.
A Figura 3 sugere, por seu lado, a relação intensidade-tempo de fusão I(t) traduzida numa curva (média) a que se chama ‘curva característica’ do fusível. O fusível não funde para a sua intensidade estipulada In, mas apenas para I > In. O fusível funde em B mais depressa do que em A, visto que I é mais elevado em B. Na verdade, o fusível não tem apenas uma curva, mas duas curvas que delimitam a sua zona de funcionamento. O ponto de funcionamento do fusível situar-se-á no interior, entre as duas curvas. Quanto à rapidez de actuação, existem fundamentalmente dois tipos de fusíveis: o fusível de acção lenta – tipo gG – e o fusível de acção rápida – tipo aM. O fusível gG é utilizado geralmente na protecção contra sobrecargas, embora também possa proteger o circuito contra curtos-circuitos. O fusível aM é utilizado apenas na protecção contra curtoscircuitos.
Como se sabe, os aparelhos de protecção devem proteger receptores e canalizações porque estes têm uma temperatura máxima admissível a partir da qual fica em risco a sua integridade. Isto é, receptores e canalizações suportam excessos de corrente durante tempos tanto mais curtos quanto mais elevados forem esses excessos.
Define-se corrente estipulada IN de um fusível como o valor da corrente para o qual o fusível não atua.
Para os fusíveis gG, definem-se ainda:
• Corrente convencional de funcionamento I2 como o valor de corrente para o qual o fusível deve actuar durante o tempo convencional.
• Corrente convencional de não-funcionamento Inf como o valor de corrente para o qual o fusível deve actuar antes de expirar o tempo convencional.
As correntes convencionais e os tempos convencionais são estabelecidos pela Norma EN 60269-2 e são aqui reproduzidos nos Quadros 1 e 2.
Quadro 1 · Características dos fusíveis gG.
Quadro 2 · Tempos convencionais dos fusíveis gG.
Qual o significado destes valores?
Por exemplo, um fusível com In = 10 A deverá suportar, sem fundir, uma corrente de 15 A (1,5 × In) durante o tempo convencional que é 1 h (para fusíveis até 63 A) e se for percorrido por uma corrente de 19 A (1,9 × In) deverá fundir antes de expirar o tempo convencional de 1 h.
Do Quadro 1, substituindo In pelos valores normalizados dos fusíveis, obtemos o Quadro 3, já com os valores explicitados de In, Inf e I2.
Quadro 3 · Características dos fusíveis gG.
Para os fusíveis aM, não são definidas correntes convencionais nem tempos convencionais, visto que não protegem contra sobrecargas. O menor valor que um fusível aM deve cortar é de 4 × In. Os valores usuais das correntes estipuladas destes fusíveis são: 10 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 63 A, 80 A, 100 A, 125 A, entre outros.
Na Figura 4 representamos aquilo a que se chama - ‘curva de fadiga térmica’ de uma canalização, juntamente com a ‘curva caraterística’ de um fusível.
O que se pretende é que o órgão de proteção atue bastante antes da canalização atingir qualquer ponto da sua curva de fadiga térmica. Por exemplo, se A fosse o ‘ponto de funcionamento’ do circuito, obviamente que nem a canalização atingiria o seu ponto de fadiga térmica, nem o fusível iria actuar. Só como nota final, repare-se que a fadiga térmica vai depender do valor da temperatura atingida e esta vai depender não só do valor da intensidade como do tempo de exposição. Recorde-se que a quantidade de calor libertada, responsável pelo aumento de temperatura, é dada por Q = 0,24 RI2 t.
Figura 4 · 1 - Curva do fusível; 2 - Curva de fadiga térmica da canalização; A – Ponto de funcionamento estável do circuito; P - Ponto a partir do qual o fusível já não protege a canalização.
Quanto à constituição, existem diversos tipos de fusíveis: tipo rolo ou rolha, tipo cartucho e tipo cilíndrico. Antigamente, utilizava-se muito o fusível tipo Gardy que ainda pode ser encontrado nas instalações eléctricas mais antigas.
O fusível de rolo contém no seu interior o fio fusível que faz contacto na parte superior com a tampa e na parte inferior com um contacto metálico. A Figura 5 sugere os três elementos que irão formar um só bloco. A tampa vai enroscar na peça (suporte) inferior, ficando o fusível no interior do conjunto. Os condutores são ligados exteriormente, por intermédio de parafusos de aperto.
Os fusíveis do tipo cartucho são constituídos por fios fusíveis, ligados em paralelo, dentro de uma câmara constituída por um material isolante, na qual se encontra areia de quartzo com o objetivo de favorecer a extinção do arco eléctrico, no caso de curto-circuito. Estes fusíveis têm normalmente um elevado poder de corte.
Figura 5 · Fusível de cartucho A.P.C., em corte: 1 – Elemento fusível: permite definir o calibre e assegura o poder de corte; 2 - Invólucro: deve ser muito sólido que suporta choques térmicos e eletrodinâmicos muito grandes, no corte; 3 - Areia: o seu papel é o de arrefecer o arco; 4 - Ligação do elemento fusível com as facas; 5 - Facas: estas peças asseguram a ligação eléctrica com o suporte, o qual estabelece a continuidade do circuito eléctrico; 6 - Sistema de detecção de fusão (sinalizador ou percutor).
O fusível tipo cilíndrico é muito usado em tensões reduzidas, mas também em Baixa Tensão e Média Tensão. Em circuitos trifásicos ou monofásicos coloca-se um fusível por fase, excluindo o condutor neutro.
2 OBJETIVOS
Determinar a corrente de ruptura de três fusíveis e a corrente de trabalho de uma lâmpada.
3 PROCEDIMENTO
 3.1 MATERIAIS
Foram utilizados os seguintes materiais, para a realização do experimento.
1 – Fonte de tensão;
2 – Fusíveis de 0,5 A (500mA);
3 – Multímetro digital;
4 – Cabos;
5 – Indutor (bobina);
6 – Lâmpada de 6 V/ 5 W
 3.2 METODOLOGIA
1ª Parte:
Com o circuito já montado (Figura 1), ligue a fonte de tensão (inicialmente em 0,0 V) e o amperímetro, mas antes se certifique de que todos estejam ligados em série. 
Varie a tensão da fonte em passos de 0,1 V observando atentamente o valor da corrente que passa pelo fusível até o ponto em que ocorre a ruptura do mesmo, denominado por corrente de ruptura (anote esse valor na Tabela 1).
- Com base nos valores obtidos na Tabela 1, encontre o valor médio da corrente de ruptura dos fusíveis e compare com o valor fornecido pelo fabricante (0,5 A ou 500 mA). Os valores estão de acordo? Determine o erro entre esses valores.
Figura 1: circuito em série composto por fonte de tensão, fusível, amperímetro e indutor.
Tabela 1: valores de corrente de ruptura dos fusíveis.
	
	Fusível 1
	Fusível 2
	Fusível 3
	Corrente de ruptura (A)
	1,56
	1,32
	1,66
	Valor médio de corrente de ruptura (A)
	1,51
2ª parte:
Agora retire o fusível do circuito (conforme a figura 2), ligue a fonte de tensão (em 0,0 V) e o amperímetro, e varie a tensão da fonte conforme os valores indicados na Tabela 2. Para cada valor de tensão aplicada meça e anote o valor da corrente.
A parti dos valores de tensão e corrente anotada, calcule a potência dissipada para cada valor de tensão aplicada conforme a equação: .
Figura 2: circuito em série composto por fonte de tensão, amperímetro e lâmpada.
Tabela 2: valores de tensão, corrente e potência medidas a partir do circuito da figura 3.
	Tensão (V)
	0,5
	1,0
	1,5
	2,0
	2,5
	3,0
	3,5
	4,0
	4,5
	5,0
	5,5
	6,0
	Corrente (A)
	0,3
	0,39
	0,44
	0,50
	0,55
	0,60
	0,64
	0,68
	0,72
	0,76
	0,79
	0,83
	Potência (W)
	0,15
	0,39
	0,66
	1,00
	1,375
	1,8
	2,24
	2,72
	3,24
	3,8
	4,345
	4,98
- Com base nos valores obtidos na Tabela 2, plote um gráfico de , ou seja, da Potência Dissipada (em W) em função da Corrente (em A). Qual o comportamento do gráfico?
- Determine, através da Equação 2, a corrente teórica em circula pela lâmpada segundo as especificações do fabricante à tensão de 6,0 V (Tabela 2). Os valores são os mesmos?
- Pesquise sobre os materiaisde que são constituídos os fusíveis. 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
 
5 CONCLUSÃO
 
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
YAMAMOTO, Kazuhito; FUKE, Luiz Felipe. Física para o ensino médio – Eletricidade Física Moderna.Editora Saraíva, 3ª Ed. São Paulo, 2013.
HALLIDAY, David, RESNICK Robert,  KRANE, Denneth S.  Física 3, volume 2,  5 Ed. Rio de Janeiro:  LTC,  2004.
http://www.infoescola.com/eletricidade/fusivel - Acesso 14/04/2017.
SANTOS, A.F. dos. Eletricidade Aplicada. Rio de Janeiro: SESES/ Estácio, 2016. 1ª Edição.