Aula 4 Instalações Elétricas

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Instalações Elétricas 
 
 
 
 
 
Aula 4 
 
 
Prof. Julio Cesar Nitsch 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Conversa inicial 
Olá! Seja bem-vindo(a) à quarta aula da disciplina Instalações Elétricas! 
Instalações elétricas não estão imunes a falhas e acidentes. Pelo 
contrário, um sistema elétrico é bastante susceptível a problemas operacionais 
ou a acidentes provocados por situações de terceiros. 
Como engenheiros, devemos considerar os possíveis perigos que cercam 
uma instalação elétrica, desde uma criança que pode colocar um objeto em uma 
tomada até o choque de um caminhão em um poste. 
As proteções para as instalações nos ajudam a salvaguardar o sistema 
elétrico. Nesta aula, estudaremos os conceitos envolvidos em proteções 
elétricas e apresentaremos as formas de instalação necessárias para se 
aumentar a confiabilidade de um projeto. Como já vimos anteriormente, as 
normas de instalações elétricas e de componentes estão sempre nos 
acompanhando e nos respaldando. 
Contextualizando 
Cabe ao engenheiro, na execução do projeto ou na realização de um 
trabalho, escolher a forma de proteger uma instalação elétrica. A solução parece 
simples e já está no domínio público: utilizar um fusível ou um disjuntor. Ao 
instalar um chuveiro, um motor ou uma máquina de lavar roupa, mesmo o leigo 
sabe que deve contar com a proteção de um disjuntor. 
É o engenheiro que faz esse trabalho com uma apuração técnica. Há 
vários detalhes que o leigo desconhece e colocar uma proteção errada pode ser, 
em alguns casos, a pior solução. Quanto maior a instalação ou sua importância, 
também maior é a importância das proteções para o sistema. Ou seja, quando 
do estudo dos tópicos a seguir ou dos livros, preocupe-se com os detalhes de 
cada situação. Dois disjuntores de 25A com curvas B e D são dois disjuntores 
de atuação muito diferente conforme a situação a qual forem submetidos. 
 
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Tema 1: Conceitos para proteção de instalações elétricas 
Ao longo de toda a disciplina, estamos utilizando a NBR 5410:2004 como 
nossa orientadora de desenvolvimento e para a normalização obrigatória. Não 
agiremos diferente nesta aula. A NBR 5410 e outras que serão citadas nos 
colocam o caminho a ser seguido. 
Basicamente, podemos classificar a proteção de circuitos em três 
diferentes situações: 
1. Proteção contra uma sobrecarga. 
2. Proteção contra um curto-circuito ou falta direta. 
3. Proteção contra contato direto. Importante citar que alguns autores não 
classificam esse item como uma proteção de circuito, mas como uma 
proteção ao ser humano, animais, enfim, à vida em todas as suas formas. 
Os dispositivos de proteção têm, quando do seu projeto e fabricação, uma 
determinada corrente nominal de funcionamento que poderíamos dizer ser a 
corrente que o dispositivo pode conduzir de modo contínuo sem incorrer 
em sua atuação. 
Corrente de sobrecarga 
Proveniente da má utilização ou funcionamento de uma carga. 
Geralmente é de 30% a 200% maior que a corrente nominal, não está ligada a 
uma falta elétrica e provoca a atuação da proteção dentro da sua curva térmica. 
Corrente de curto-circuito 
Proveniente de uma falta elétrica na qual um elemento energizado entra 
em contato com uma parte aterrada ou com outro potencial. Quando circula a 
corrente de curto-circuito, conforme as características da instalação, ele pode 
assumir valores bastantes elevados. Os dispositivos de proteção têm uma 
determinada capacidade de suportar essas correntes: a capacidade de ruptura 
ou capacidade de interrupção. 
Corrente de ruptura 
 
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A máxima corrente que um dispositivo de proteção pode suportar sem 
entrar em colapso. Na prática, colapso significa que o dispositivo explode ou 
entra em curto. 
Dessas definições, podemos inferir que as proteções para instalações 
elétricas podem se dirigir às correntes de sobrecarga, de curto-circuito e de 
ruptura. Tecnicamente, podemos observar esses conceitos nas curvas de 
atuação dos componentes de proteção. Duas curvas estão apresentadas a 
seguir. Nas áreas destacadas em vermelho temos os setores de sobrecarga e 
nas áreas em amarelo os setores de corrente de curto-circuito. 
 
 
 
 
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Tema 2: Fusíveis 
As proteções com elemento fusível vêm diminuindo seu papel 
rapidamente. Enquanto eram muito mais baratas que as outras proteções, 
tinham seu mercado garantido, mas com a popularização dos disjuntores devido 
à redução de preço, os fusíveis perderam um grande mercado. Enquanto o 
fusível precisa ser trocado, o disjuntor somente precisa ser rearmado depois do 
reparo de um problema na instalação elétrica. 
Atualmente, poucas são as vantagens dos fusíveis perto de outros 
equipamentos: 
 Elevada capacidade de ruptura, chegando facilmente à casa dos 100 kA; 
 Velocidade de atuação. 
Por outro lado, muitas desvantagens podem ser associadas aos fusíveis: 
 Interrupção individual por fase, o que pode deixar uma carga com 
alimentação inapropriada; 
 Baixa precisão na atuação; 
 Alta susceptibilidade à alteração na curva de atuação devido a esforços 
elétricos, variações de temperatura e choques mecânicos; 
 Custo de manutenção de peças de reposição; 
 Pouca variedade de modelos. 
Vamos fazer uma verificação básica dos fusíveis. Existem muitos modelos 
para diversas aplicações, desde um simples fusível com corpo de vidro, muito 
comum em pequenos aparelhos e automóveis, aos fusíveis industriais. 
A seguir, temos as partes de um fusível industrial e seu conjunto completo 
de suporte. 
 
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Na figura a seguir, temos as curvas características de um conjunto de 
fusíveis. 
 
 
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Verifique que, no eixo das abcissas, temos a corrente que circula pelo 
fusível, e no eixo das ordenadas, o tempo de fusão/atuação do fusível. 
Suponhamos então que, em um circuito de corrente de projeto (IB) de 
22,3A, uma corrente de sobrecarga de 100A circule por um fusível de corrente 
nominal de 35A. A figura a seguir nos mostra que esse fusível atuará em 2 
segundos. 
 
Consulte o livro dos professores Geraldo Cavalin e Severino Cervelin e 
estude mais algumas características dos fusíveis. Veja uma boa apresentação 
sobre fusíveis a seguir: 
http://joinville.ifsc.edu.br/~rogerio.silva/1-
%20T%C3%A9cnico%20Eletroeletr%C3%B4nica/2-
%20M%C3%A1quinas%20El%C3%A9trica%20-
%20M%C3%B3d%203/Semestre%202015_2/Aula7%20e%209%20-
%2020%20e%2027_08_15%20LAB3/Aula_2_Instalacoes_Eletricas-fusiveis.pdf 
Verifique que o fusível não tem uma distinção acentuada ao longo das 
correntes, ou seja, sua atuação em sobrecarga e em curto circuito é similar, 
diferente do disjuntor, componente que veremos a seguir. 
 
 
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Tema 3: Disjuntores 
Os disjuntores, como vimos, ao contrário dos fusíveis, vêm aumentando 
sua participação no mercado. O barateamento dos sistemas de injeção e 
produção se refletiu nos preços dos disjuntores. Esse mercado também cresceu 
porque os disjuntores apresentam uma série de vantagens: 
 Confiabilidade; 
 Estabilidade de funcionamento; 
 Facilidade de recolocação em funcionamento; 
 Abertura de todo o circuito: monofásico, bifásico e trifásico; 
 Possibilidade de agregar acessórios; 
 Possibilidade de integração com um sistema inteligente; 
 Atuação mais definida entre sobrecarga e curto-circuito, item que nos 
leva ao funcionamento do disjuntor. 
Veja na figura a seguir os elementos que mais nos interessam. 
 
1. Contatos e câmara de extinção de arco. 
2. Bobina: sensor das correntesde curto-circuito. 
3. Par bimetálico: sensor das sobre correntes. 
4. Mecanismos de armação e desarme. 
 
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Veja uma demonstração do princípio de funcionamento do disjuntor no 
vídeo a seguir: 
https://www.youtube.com/watch?v=1mpgU3Wu9QA 
A descrição do funcionamento do disjuntor é sintetizada na sua curva de 
atuação. Nos fusíveis tínhamos uma curva para cada corrente nominal de fusível, 
como mostrado nas curvas de fusíveis. Para o disjuntor temos uma só curva, 
como mostrada na figura a seguir. 
 
Como podemos ver, na curva da figura anterior não há uma corrente (em 
ampères) definida no eixo das abcissas. O que temos é uma indicação de um 
múltiplo de “In”. 1 x In, 2 x In, 3 x In... E In é a corrente nominal do disjuntor em 
análise. 
Então, se consideramos um disjuntor de 10A, o eixo das abcissas deverá 
ser lido como 1 x 10A, 2 x 10A, 3 x 10A ... 40 x 10A. Se o disjuntor for de 50ª, o 
eixo das abcissas será 1 x 50A, 2 x 50A ... 40 x 50A. 
No eixo das ordenadas, o tempo de atuação do dispositivo é absoluto e 
geralmente dado em segundos. 
Os disjuntores podem ser fabricados para uma determinada performance 
frente às várias necessidades das instalações elétricas. Com esse objetivo, as 
normas preveem três diferentes curvas de atuação A, B e C para disjuntores de 
 
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uso residencial, comercial e industrial até, geralmente, 200A. Então, o mais 
importante ao se utilizar um disjuntor é verificar a curva mostrada pelo fabricante. 
Suponhamos que uma sobrecarga de 40A comece a circular por um 
disjuntor de 20A, ou seja, duas vezes a sua corrente nominal. 
Se considerarmos as curvas do disjuntor a seguir, vamos ter uma margem 
de atuação entre 15 segundos e um minuto. 
 
Vamos analisar as curvas B, C e D dos disjuntores. Nos disjuntores com 
a curva tipo B, a bobina, que é responsável pela sensibilidade à corrente de 
curto-circuito, começa a atuar com um valor de 3x a corrente nominal. 
Por exemplo, se tivermos um disjuntor de 20A, ele interpretará uma 
corrente de 60A como uma corrente de curto-circuito. Já um disjuntor de 20A 
com a curva C interpretará a corrente de 60A como uma sobrecarga. E começará 
a “ver” um curto circuito a partir de 100A. Igual raciocínio para a curva “D”. 
 
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A função das proteções e, nesse item em particular, do disjuntor, é de 
proteger a carga e os condutores de alimentação. Dessa afirmação, temos a 
primeira imposição da norma NBR 5410:2004 para as proteções: 
 
Ip é a corrente de projeto do circuito (corrente de carga nominal). In é a 
corrente nominal da proteção. Iz é a capacidade de condução nominal dos 
condutores, considerados todos os eventuais fatores de correção. 
A norma também determina que as proteções devem atuar em uma hora 
com 45% de sobrecarga (I2). 
 
A seguir, está representada a indicação da norma NBR 5410:2004. 
Vamos interpretar a figura. 
 
Logicamente, a corrente nominal da proteção tem que ser maior que a 
corrente de projeto (carga), caso contrário, a proteção atuaria em condições 
normais de funcionamento. A corrente da proteção tem que ser menor que a 
corrente nominal dos condutores, mas os condutores, por norma, devem 
suportar uma sobrecarga de 45% por uma hora, sem sofrer prejuízos (1,45 IZ). A 
proteção deve atuar em no máximo uma hora quando de uma sobrecarga de 
45% (I2), garantindo o intertravamento mostrado na figura anterior. 
 
 
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 Tema 4: Dispositivo diferencial residual 
A necessidade de aumento da proteção para usuários dos sistemas 
elétricos levou a um aperfeiçoamento das proteções elétricas. Como os fusíveis 
não permitem que se agregue tecnologias mais aprimoradas, as atenções se 
voltaram para os disjuntores. 
Uma pessoa submetida a uma tensão, assim como qualquer outro corpo, 
fica submetida diretamente a uma corrente elétrica, e nós somos extremamente 
sensíveis à corrente elétrica. Como se pode ver pela figura, a partir de 30 mA 
entramos em uma zona de alto risco de acidentes graves. 
 
 
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Em face desta condição, foi desenvolvido um dispositivo que “vigia” o 
circuito elétrico e atua em caso de perigo para o ser humano, o dispositivo 
residual. Vamos ver como ele funciona? 
 
Quando o circuito está funcionando normalmente, a corrente que circula 
pelas bobinas B1 e B2 são exatamente iguais. 
Essas correntes criam fluxos F iguais e em sentidos contrários cuja 
resultante é zero. Assim, como não há um fluxo na bobina B3, não há uma tensão 
induzida e não há corrente no sensor. 
Quando há uma fuga de corrente devido a uma falta ou um contato de 
uma pessoa com uma parte energizada, as correntes nas bobinas B1 e B2 ficam 
diferentes. 
 
 
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Se a corrente que passa pela bobina B1 é diferente da corrente que passa 
pela bobina B2, há um fluxo residual diferente de zero. Sendo o fluxo residual 
diferente de zero, na bobina B3 há uma tensão induzida. Essa tensão induzida 
impõe uma corrente no sensor, que por sua vez desarma a parte de força do 
disjuntor. 
Tema 5: Sistemas de aterramento 
Na classificação dos esquemas de aterramento é utilizada a seguinte 
simbologia: 
Primeira letra – situação da alimentação em relação à terra: 
T = um ponto diretamente aterrado; 
I = isolação de todas as partes vivas em relação à terra ou aterramento 
de um ponto através de impedância. 
 
Segunda letra – situação das massas da instalação elétrica em 
relação à terra: 
T = massas diretamente aterradas, independentemente do aterramento 
eventual de um ponto da alimentação; 
N = massas ligadas ao ponto da alimentação aterrado (em corrente 
alternada, o ponto aterrado é normalmente o ponto neutro). 
 
Outras letras (eventuais) – disposição do condutor neutro e do 
condutor de proteção: 
S = funções de neutro e de proteção asseguradas por condutores 
distintos; 
C = funções de neutro e de proteção combinadas em um único condutor 
(condutor PEN). 
 
A combinação dessas possibilidades gera os seguintes sistemas de 
aterramento normalizados: 
 
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Esquema TN 
O esquema TN possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, 
sendo as massas ligadas a esse ponto através de condutores de proteção. São 
consideradas três variantes de esquema TN, de acordo com a disposição do 
condutor neutro e do condutor de proteção: 
Esquema TN-S, no qual o condutor neutro e o condutor de proteção são 
distintos. 
 
 
Esquema TN-C-S, em parte do qual as funções de neutro e de proteção 
são combinadas em um único condutor. 
 
 
Esquema TN-C, no qual as funções de neutro e de proteção são 
combinadas em um único condutor, na totalidade do esquema. 
 
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O esquema TT possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, 
estando as massas da instalação ligadas a eletrodo(s) de aterramento 
eletricamente distinto(s) do eletrodo de aterramento da alimentação. 
 
Veja na bibliografia indicada o sistema IT e faça uma comparação com os 
sistemas anteriores. 
Trocando Ideias 
Chegou a hora de participar do fórum! 
Sistemas de proteção salvaguardam o trabalho do engenheiro. No 
desenvolvimento do projeto, as proteções merecem atenção especial. 
Se você tiver oportunidade, desmonte alguns fusíveis e disjuntores e faça 
uma análise desses componentes. Você também pode colocar à prova algumas 
proteções simulando sobrecargas, mas atente para a segurança. 
 
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Na Prática 
Alguns fabricantes de proteções como disjuntores e fusíveis 
disponibilizam as característicastécnicas de seus produtos sob a condição de 
curto circuito. Consulte esses componentes. 
Procure também algumas informações sobre o cálculo de curto-circuito. 
Ele não faz parte da nossa ementa, mas é importante para o engenheiro. 
Diferente que muitos pensam, o curto-circuito tem valores definidos pelo circuito 
elétrico. 
Síntese 
Nessa aula, procuramos trazer as informações sobre proteção em 
circuitos elétricos. Como você deve ter observado, todos os temas estão inter-
relacionados; não há como desenvolver um tema sem se preocupar com os 
outros. Ainda, como já dissemos, instalações elétricas estão referenciadas às 
normas. Ler e interpretar normas é fundamental nessa área. 
 
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Referências 
 
CAVALIN, G. & CERVELIN, S. Instalações elétricas prediais. 10ª ed. São 
Paulo: Editora Érica, 2010. 
 
COTRIM, A. Instalações elétricas. 5ª ed. Rio de Janeiro: Editora Prentice Hall, 
2014. 
 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5410:2004: 
Instalações Elétricas de Baixa Tensão. Rio de Janeiro, 2010.