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Responsável pelo Conteúdo: Prof. Ms. Robmilson Simões Gundim Revisão Textual: Profa. Dr. Patricia Silvestre Leite Di Iorio Circuitos Terminais – Tipos e dispositivos de proteção Caros alunos e alunas, tudo bem?! Pessoal, dominados os conceitos sobre eletricidade e a partir do levantamento das potências realizado na Unidade II, pode- se dizer que foram dados os primeiros passos efetivos para alcançar um dos principais objetivos do curso que é o desenvolvimento de um Projeto de Instalações Elétricas Residencial. Nesta unidade, ou seja, na Unidade III será dada uma pausa no projeto para estudarmos a função do quadro de distribuição e suas particularidades, bem como os dispositivos de proteção, seus princípios de funcionamento, suas interligações, entre outros detalhes. Desta forma, será possível nos preparar para os passos seguintes do Projeto de Instalações Elétricas Residencial que deverão ser retomados em breve. Atenção Para um bom aproveitamento do curso, leia o material teórico atentamente antes de realizar as atividades. É importante também respeitar os prazos estabelecidos no cronograma. Para que se possa prosseguir no projeto propriamente dito, façamos um estudo sobre a função do quadro de distribuição e suas particularidades, bem como os circuitos elétricos mais comuns utilizados em uma residência. Antes, portanto, da divisão dos circuitos, que será um dos próximos passos do projeto que estamos realizando, é de fundamental importância conhecermos os dispositivos de proteção existentes, os circuitos elétricos mais comuns e suas representações gráficas. Desta forma, o objetivo desta unidade é de maneira geral, reconhecer e ilustrar as definições de quadro de distribuição, dos disjuntores termomagnéticos (DTM’s), dos disjuntores diferenciais residuais (DDR’s), dos interruptores diferenciais residuais (IDR’s) e dos dispositivos de proteção contra surtos (DPS), bem como organizar informações relacionadas à suas aplicações. Tudo, sob a luz da ABNT NBR 5410:2004 e de outras normas técnicas correlacionadas. Contextualização Quadro de distribuição Como apresentado anteriormente os conceitos vistos na Unidade I e II facilitarão a compreensão dos assuntos a serem tratados nesta Unidade. Na última figura apresentada na unidade II, denominada visão geral do sistema de fornecimento, ficava claro o posicionamento em que deve ser inserido um quadro de distribuição em uma Instalação Elétrica Residencial. O mesmo recebe alimentação do quadro medidor de energia elétrica e distribui aos circuitos terminais por meio de dispositivos de proteção. Vejamos, portanto, as definições necessárias e os conceitos fundamentais relacionados aos dispositivos de proteção aplicados nos circuitos terminais, de modo que se construa o conhecimento e a compreensão necessária para posterior aplicação ao desenvolvimento do projeto de instalações elétricas. Iniciemos pela definição de quadro de distribuição: Ele é o centro de distribuição, pois além de receber os condutores que vêm do medidor, distribui em circuitos por meio de dispositivos de proteção aos circuitos terminais da residência. Conforme o item 6.5.4.10 da NBR 5410:2004, os quadros devem ser entregues com a advertência indicada na Figura 3.1. Não é especificado o tipo de material que deve ser confeccionada, mas exigi-se que a mesma não seja facilmente removível. Material Teórico Quadro de distribuição é o centro de distribuição de toda a instalação elétrica de uma residência. Assim, é no quadro é que se encontram os dispositivos de distribuição que alimentam os circuitos terminais que por sua vez irão alimentar as lâmpadas, pontos de tomadas e aparelhos elétricos. Veja na figura 3.2 um modelo legível de placa de advertência. Figura 3.1 – Quadro de distribuição [1] Figura 3.2 – Modelo de Placa de advertência [1] Além da placa de advertência outra exigência e recomendação da Norma respectivamente são de que o quadro deve ser localizado em lugar de fácil acesso e o mais próximo possível do medidor, sendo a última justificada pela redução do investimento com os condutores já que serão os de maior seção nominal, logo os de maior custo. Alguns projetistas preferem projetá-lo no centro da residência facilitando uma distribuição centralizada. Dispositivos de Proteção Por meio das ilustrações a seguir, poderão ser visualizados os dispositivos de proteção instalados em um quadro de distribuição, bem como as interligações existentes em um fornecimento bifásico a três fios, sendo duas fases, neutro e proteção. Figura 3.3 – Localização do quadro medidor [1] Um dos dispositivos de proteção mais comum e que se encontra no quadro de distribuição apresentado é o disjuntor termomagnético. Figura 3.4 – Quadro de distribuição [1] Disjuntor Termomagnético – DTM Disjuntores termomagnéticos são dispositivos que atuam em duas condições; - por sobrecarga utilizando o efeito térmico causado em função de um possível aumento da corrente elétrica acima da corrente nominal do disjuntor que por conseqüência aquece um par bimetálico interno com coeficientes de dilatação diferentes, os quais se curvam, disparando o mecanismo de desarme, ou; - por curto-circuito utilizando o efeito magnético em uma espira interna, causado em função da possível circulação de corrente elétrica de alto valor quando da existência de um curto-circuito entre fases, ou entre fase e neutro, ou entre fase e terra. Daí, portanto, o nome disjuntor termomagnético. A seguir serão apresentadas as partes que constituem um disjuntor termomagnético. Figura 3.5 – Visão interna de um DTM padrão DIN [3] 1 - Carcaça externa do disjuntor. Material termoplástico. 2 - Terminal superior para fixação do cabo. 3 - Câmara de extinção de arco elétrico. 4 - Bobina para disparo magnético. 5 - Alavanca liga/desliga. 6 - Contato fixo. 7 - Contato móvel. 8 - Guia para arco elétrico. 9 - Bimetal responsável pelo disparo térmico. 10 - Terminal inferior para fixação do cabo. 11 - Fixações em trilho padrão DIN. Desta forma disjuntores termomagnéticos são dispositivos que: Os disjuntores têm a mesma função dos fusíveis. Entretanto: Figura 3.6 – Características do DTM [1] Figura 3.7 – Comparativo simples entre o DTM e fusíveis [1] Devido aos sistemas de fornecimento existentes, os tipos de disjuntores encontrados são os Monopolares, Bipolares e Tripolares. Para um sistema de fornecimento bifásico utilize sempre o disjuntor bipolar. Utilizando dois unipolares não há garantia de desligamento das duas fases. Curvas de atuação do DTM – Disjuntor Termomagnético No Brasil a norma ABNT NBR NM 60898 [4] define para o disparo instantâneo, magnético as faixas de atuação B, C e D, podendo para determinadas aplicações serem importados outros modelos de curva de atuação. Segue abaixo os modelos de curva de atuação fabricados no Brasil: Curva B – Cargas sensíveis, eletrônicas ou resistivas em circuito, exclusivos com linhas extensas. Curva C – Cargas genéricas em instalações residenciais e similares ou eletrodomésticos em geral. Curva D – Cargas genéricas com corrente elevada no fechamento. Obs.: As curvas e tipos de carga podem variar conforme fabricantes, podendo se comportar diferente, de acordo com características de partida ou mesmo alteração nas correntes durante funcionamento, por isto o profissional deve estaratento as características técnicas das cargas e o fabricante do dispositivo de proteção Para maior compreensão as curvas de atuação dos disjuntores poderão ser visualizadas a seguir na figura 3.9, contudo antes, a figura 3.8 ilustra uma curva típica que demonstra as partes da curva, as quais são verificadas a ação do disparador térmico e a ação do disparador magnético. Portanto, com relação aos DTM’s deve-se especificar sempre não somente a corrente nominal do disjuntor, mas também a curva de atuação adequada ao tipo de carga. Em geral, em instalações elétricas residenciais resumidamente utiliza-se: Curva B – Cargas Resistivas (Chuveiro, torneira elétrica, iluminação, etc.) e; Curva C – Cargas Indutivas e/ou desconhecidas, ou seja, em PTUG’s. Curva do Disjuntor Faixa de Atuação B 3 a 5 x IN C 5 a 10 x IN D 10 a 20 x IN Tabela 3.1 – Faixa de atuação eletromagnética dos disjuntores termomagnéticos [3] Curvas de atuação do DTM No quadro de distribuição, encontra-se também o dispositivo de proteção a corrente diferencial residual, ou abreviadamente dispositivo DR. Entre eles, os mais usados em instalações elétricas residenciais são os disjuntores DR’s e os interruptores DR’s. Figura 3.8 – Característica tempo-corrente típica de disjuntor termomagnético [5] Figura 3.9 – Característica tempo-corrente de mini- disjuntores normalizadas pela IEC [5] Disjuntor Diferencial Residual – DDR É um dispositivo constituído de um disjuntor termomagnétrico acoplado a outro dispositivo: o diferencial residual. Sendo assim, ele conjuga as duas funções: Pode-se dizer então que um Disjuntor Diferencial Residual é um dispositivo que protege: - os condutores dos circuitos contra sobrecarga e curto-circuito, e; - as pessoas contra choques elétricos. O princípio de funcionamento do disjuntor termomagnético foi apresentado a pouco, por isso, vamos estudar o princípio do conceito Diferencial Residual. O funcionamento do dispositivo Diferencial Residual parte do princípio da medição permanente da corrente elétrica que entra no mesmo, circula por meio do circuito elétrico até a carga e retorna ao dispositivo. Portanto, compara-se, o que entra e sai do dispositivo Figura 3.10 – DDR – Disjuntor Diferencial Residual [1] permanentemente e se houver uma diferença residual maior que 50% a 100% do seu valor de disparo o mesmo deve atuar. A ilustração da figura 3.11 auxilia no entendimento do princípio de funcionamento do dispositivo DR e a 3.12 na visualização da parte interna do dispositivo. Princípio de funcionamento do DR Figura 3.11 – Característica tempo-corrente de minidisjuntores normalizadas pela IEC [5] Figura 3.12 – Vista em corte de um Interruptor Diferencial Residual [5] Interruptor Diferencial Residual – IDR Como apresentado anteriormente o conceito do Diferencial Residual do DDR (Disjuntor Diferencial Residual) é o mesmo para o Interruptor Diferencial Residual (IDR). Contudo, a diferença entre eles é de que o primeiro, (DDR), protege a instalação elétrica contra sobrecarga, curto-circuito e choque elétrico, pois reúne no mesmo dispositivo os conceitos de proteção do disjuntor termomagnético e do dispositivo diferencial residual e o segundo, (IDR), protege somente contra choque elétrico, pois conta somente com o conceito do dispositivo diferencial residual. Sendo assim, o Interruptor Diferencial Residual é um dispositivo composto de um interruptor acoplado ao dispositivo diferencial residual. As correntes de disparo de ambos comercializados no Brasil são: - Alta sensibilidade – 30 mA, e; - Baixa sensibilidade – 300 mA. Em resumo o dispositivo DR de alta sensibilidade deve ser utilizado em instalações elétricas residenciais para proteger pessoas contra choque elétrico, devido a possibilidade de contato direto com partes energizadas, e o de baixa sensibilidade. Normalmente é utilizado para proteger o patrimônio, evitando, por exemplo, que possíveis fugas de corrente em estruturas metálicas possam causar o choque elétrico por contato indireto ou ainda possa ser um causador de um princípio de incêndio. Figura 3.13 – Interruptor Diferencial Residual – IDR [1] A figura 3.14 apresenta os casos e exceções em que a norma exige a proteção diferencial-residual de alta sensibilidade. Desta forma, para resumir, o dispositivo diferencial residual seja DDR ou IDR tem como função: Vejam as figuras a seguir que exemplificam o contato direto e o contato indireto. Figura 3.14 – Casos (e exceções) em que a norma exige proteção diferencial-residual de alta sensibilidade {5] – IDR [5] Proteger as pessoas contra choques elétricos provocados por contato direto ou indireto. Contudo, existem duas opções para a instalação dos dispositivos apresentados. Um deles é o mais tecnicamente viável, pois se houver fuga de corrente em um determinado circuito, somente o dispositivo daquele circuito irá atuar. Veja na figura 3.16 a seguir. Figura 3.15 – Conceito sobre contato direto e indireto [1] No Brasil, os tipos de DR’s comercializados são os Bipolares e os Tetrapolares. Ambos, para alta sensibilidade (30mA) e baixa sensibilidade (300 mA). Instalação dos dispositivos de proteção – Quadro de distribuição A outra solução, que pode-se dizer a mais economicamente viável é escolher a instalação de um IDR como geral, enquanto os circuitos são protegidos por DTM. Padrão de Entrada é o conjunto que irá receber da empresa distribuidora de energia os fios que trazem a energia necessária. Este conjunto é composto por poste com isolador de roldana, bengala, caixa de medição e haste terra, que devem ser instalados, atendendo às especificações determinadas pela distribuidora de energia local. Figura 3.16 – Quadro de distribuição com DTM + IDR em cada circuito [1] Figura 3.17 – Quadro de distribuição com IDR Geral e DTM em cada circuito [1] NOTAS: 1. No caso de instalação de IDR na proteção geral, o mesmo deve ser precedido de proteção termomagnética, ou seja, protegido contra sobrecarga e curto-circuito, podendo ser instalado no quadro de distribuição conforme figura 3.17, ou no quadro de medição, situação mais comumente encontrada; 2. Esta solução pode apresentar o inconveniente de que se houver qualquer fuga de corrente em qualquer circuito terminal, pode levar o IDR a disparar, desligando a casa inteira. Porém, se acontecer, basta desligar todos os DTM’s dos circuitos terminais, religar o IDR e ir religando um a um cada circuito terminal de forma a identificar o circuito em questão, podendo ser a princípio isolado, para uma análise, detecção do defeito e eliminação da fuga de corrente naquele circuito. Dispositivo de proteção contra surtos – DPS As sobretensões e os surtos na rede elétrica são uma das principais causas de danos a equipamentos e instalações elétricas. Eles podem ocorrer, principalmente, devido a manobras na rede elétrica, faltas para outras instalações de tensão superior e, na maioria dos casos, devido a descargas atmosféricas. Para proteção contra surtos são utilizados os dispositivos de proteção contra surtos (DPS). A ABNT NBR 5410:2004, válida a partir de maio de 2005, torna o uso do DPS obrigatório. Mas qual o siginificado de sobretensão? E surto? As figuras 3.18 e 3.19 podem ajudar a entender. Um surto pode ter uma alta variação de tensão:A proteção contra surto deve ser realizada por meio de três medidas básicas: Um sistema de aterramento devidamente projetado e instalado; Utilização da equipotencialização; Instalação dos dispositivos de proteção contra surto – DPS. Um sistema de aterramento é um conjunto de condutores enterrados, cujo objetivo é realizar o contato entre o circuito e o solo com a menor impedância possível. Figura 3.20 – Surto de tensão [6] Figura 3.18 – Sobretensão [6] Figura 3.19 – Surto [6] Figura 3.19 – Surto [6] A figura 3.22 ilustra uma onda atingindo um barco, todos os equipamentos, juntamente com o barco, irão subir juntos. Isto significa que não irão existir diferenças de potencial gravitacional entre os equipamentos e também entre o barco e os equipamentos. Uma situação similar ocorre quando uma descarga atmosférica atinge um avião. O potencial elétrico do avião em relação à terra aumenta muito, mas não aparecem diferenças de potencial significativas entre o avião e os equipamentos instalados em seu interior. Figura 3.21 – Exemplo de Aterramento [6] Figura 3.22 – Analogia sobre equipotencialização [6] Figura 3.23 – Analogia sobre equipotencialização [6] A seguir um exemplo de equipotencialização de uma estação de rádio. O princípio de funcionamento do DPS pode de maneira simplificada ser apresentada conforme a sequência de figuras a seguir. Enquanto o sistema elétrico está normal o DPS que está ligado em paralelo entre o terminal de alimentação e a terra tem um comportamento de uma chave aberta. Havendo um surto na rede elétrica proveniente por exemplo de uma descarga atmosférica o DPS se comporta como uma chave fechada enviando o surto para terra. Figura 3.24 – Exemplo de equipotencialização de uma estação de rádio [6] Figura 3.25 – Princípio de funcionamento DPS - 1ª etapa [6] Figura 3.26 – Princípio de funcionamento DPS - 2ª etapa [6] Após a normalização do sistema elétrico o DPS volta a se comportar como uma chave aberta, podendo voltar ou não a funcionar normalmente, pois dependerá de sua vida útil. Estudados tais conceitos, para sua instalação deve-se ainda ser identificado os tipos existentes e consequentemente a localização onde os quais devem ser instalados. Uma vez terminado sua vida útil, o DPS deve ser substituído. Tipos de DPS’s Conforme a capacidade de suportar as sobretensões trransitórias e/ou repetitivas, os DPS’s são classificados em classe I, II, III e (I/II). Para escolher corretamente o DPS, sugere-se sempre consultar o fornecedor para auxiliar no dimensionamento. Figura 3.27 – Princípio de funcionamento DPS - 3ª etapa [6] Figura 3.28 – Princípio de funcionamento DPS - 4ª etapa [6] Figura 3.29 – Princípio de funcionamento DPS - 5ª etapa [6] Localização dos DPS’s A ABNT NBR 5410:2004 apresenta em sua tabela 15 a classificação das descargas atmosféricas, bem como códigos que identificam determinadas caracterísiticas. Portanto, segundo a própria Norma Técnica e as caracteríticas de funcionamento dos DPS’s, pode-se concluir que o DPS Classe I é indicado para locais AQ3, sujeitos à descargas diretas, como por exemplo: Edificações com Sistema de Proteção contra Descarga Atmosféricas (SPDA), ou edificações próximas de SPDA até 100 m. O DPS Classe II é indicado para locais AQ2, sujeitos à descargas indiretas. Sendo aplicável em todas as instalações, inclusive no quadro de distribuição. O DPS Classe III é indicado para locais que exigem proteção mais fina, aplicáveis a equipamentos sensíveis localizados a mais de 30 metros de um DPS Classe II, como por exemplo, TV de plasma/LCD, computador, etc. Já o DPS classe I/II reúne as características de ambos e podem ser aplicados na entrada da edificação. Figura 3.30 – Exemplo de DPS Classe I ou II e Classe III [1] Tabela 3.1 – Tabela de consulta sobre o tipo de descargas atmosféricas [7] Em residências, na maioria dos casos não se utilizará de modo obrigatório o DPS classe I ou I/II na entrada de energia, ou seja, no quadro de medição, ficando esta aplicação mais voltada para edificações altas ou como apresentado a pouco, próximas de edificações próximas de SPDA, até 100 m. Assim sendo, instala-se o DPS classe II no quadro de distribuição e se o usuário concordar em reforçar a proteção contra surto, instala-se o DPS classe III em equipamentos sensíveis. A seguir um exemplo de ligação do DPS para um sistema de fornecimento bifásico a três fios, considerando o condutor de proteção PE (terra) separado do neutro, por exemplo em um quadro de distribuição com sistema de aterramento TNS (Terra e Neutro Separados), que por sinal é o utilizado em residências. Figura 3.31 – Exemplo de instalação de DPS Classe I/II, II e III em edifício [8] Figura 3.32 – Exemplo de instalação de DPS Classe II, III em residência [1] Considerando que o DPS pode entrar em curto-circuito ora para proteger a instalação, atuando conforme previsto, ora por falha interna, se faz necessário a instalação de um DTM à montante, ou seja, anterior a ele. Para o dimensionamento da referida proteção é recomendado que consulte o fornecedor. A seguir é apresentado um exemplo de ligação clássica do DPS, interligando DTM como geral instalado ou no próprio quadro de distribuição, ou no quadro de medição. Figura 3.33 – Exemplo de instalação de DPS classe II no quadro de distribuição [6] Figura 3.34 – Exemplo de instalação clássica de DPS classe II no quadro de distribuição [6] Olá eu sou o DTM geral, posso ser instalado dentro do próprio quadro de distribuição, ou no quadro de medição! Olá eu sou o IDR geral, e para este caso sou instalado no quadro de distribuição! Olá somos os DPS’s Classe II, e para este caso estamos instalados no quadro de distribuição! Nota: Observem que o sistema de aterramento tem o condutor de proteção (PE) separado do neutro (N). Contudo, se faz necessário esclarecer que existem várias outras maneiras de interligação dos dispositivos de proteção devido às outras configurações existentes de sistema de aterramento e de disposição dos dispositivos em função de aplicações diferenciadas. Na ABNT NBR 5410:2004 no item 6.3.5.2.2, são apresentadas as diversas possibilidades de interligação. Como pôde ser observado, neste material didático, foi escolhido apresentar a instalação clássica para uma residência. Desta forma, estudamos a função do quadro de distribuição e suas particularidades, bem como os princípios de funcionamento dos dispositivos de proteção a serem instalados. Na próxima aula estudaremos os circuitos elétricos mais comuns utilizados em uma residência. Até lá!!! APRESENTAÇÃO Dispositivos de Proteção – Doutores da Construção/Schneider Elétric – 2010. APRESENTAÇÃO Proteção DPS 2008 – Pial Legrand ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 5410. Instalações Elétricas de Baixa Tensão. Rio de Janeiro: 2004. 209p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 60898: Disjuntores para proteção de sobrecorrentes para instalações domésticas e similares. Rio de Janeiro: 2004. 116p. Bonello Jr. E. G.; Costa H. P. da; Santa’Ana, R. M.; Jesus, W. - Projeto e Concepção de uma Giga de Testes de dispositivos de proteção. TCC 2009 Engenharia Elétrica – Universidade Cruzeiro do Sul. GUIA EM DA NBR 5410 – Proteção contra choques elétricos. Eletricidade Moderna. http://www.aeseletropaulo.com.br/clientes/informacoes/Engenheiros/ManuaiseNormas/Docum ents/manuaisenormas/LIG_BT_2007.pdfacesso 20/02/2011. http://www.prysmian.com.br/export/sites/prysmian-ptBR/energy/pdfs/Manualinstalacao.pdf acesso em 13/01/2011. Referências http://www.aeseletropaulo.com.br/clientes/informacoes/Engenheiros/ManuaiseNormas/Documents/manuaisenormas/LIG_BT_2007.pdf http://www.aeseletropaulo.com.br/clientes/informacoes/Engenheiros/ManuaiseNormas/Documents/manuaisenormas/LIG_BT_2007.pdf http://www.prysmian.com.br/export/sites/prysmian-ptBR/energy/pdfs/Manualinstalacao.pdf _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Anotações Blank Page
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