INTERRUPTORES, DISJUNTORES E FUSÍVEIS

Há dispositivos, utilizados em eletricidade e eletrônica cuja finalidade básica é a de ora permitir ora impedir um fluxo de corrente pelo circuito. Dessa forma, tais dispositivos, chamados pelo nome genérico de seccionadores de circuitos, podem estar em apenas dois estados possíveis durante seu funcionamento:

a. Circuito Fechado - O fluxo de corrente é estabelecido pela apresentação de uma resistência desprezível (curto-circuito).

b. Circuito Aberto - O fluxo de corrente é impedido pelo estabelecimento de uma resistência praticamente infinita.

Os seccionadores de circuito dividem-se em dois grupos:

Seccionadores de chaveamento - São as chaves (switches, em inglês) cuja

finalidade é ligar, desligar ou comutar as conexões de um circuito elétrico.

Seccionadores de proteção - São os disjuntores e os fusíveis, que são

dispositivos que se encontram normalmente fechados, em condições normais de funcionamento do circuito, e abrem-se em condições de curtos-circuitos ou sobrecargas, de forma a protegê-lo.

2.1 SECCIONADORES DE PROTEÇÃO

Os seccionadores de proteção desempenham duas funções básicas:

a) Função passiva - é o transporte de corrente durante condições normais do circuito. b) Função ativa - é a interrupção de sobre-correntes durante acidentes.

F Fuussíívveeiiss ee ddiissjjuunnttoorreess pprrootteeggeemm oo cciirrccuuiittoo,, aa ffoonnttee oouu aammbbooss,, ddaa aaççããoo ddee uummaa c coorrrreennttee eexxcceessssiivvaa.. EEssssaa ccoorrrreennttee aacciimmaa ddoo vvaalloorr nnoommiinnaall eessppeecciiffiiccaaddoo ppaarraa aass o oppeerraaççõõeessnnoorrmmaaiissddoocciirrccuuiittoo,,rreessuullttaannoorrmmaallmmeenntteeddeeuummccuurrttoo--cciirrccuuiittoo..AAssssiimmsseennddoo,, a anntteessddoossffuussíívveeiisssseerreemmttrrooccaaddooss,,aaccaauussaaddeessuuaaqquueeiimmaaddeevveesseerrddeessccoobbeerrttaa..

O disjuntor é uma chave que pode ser desligada, manualmente ou automaticamente, ao ser percorrida por uma corrente excessiva, podendo ser religada posteriormente.

Fig. 2.7 – Disjuntores padrão DIN Fig.2.8 – Disjuntores padrão Nema

Os disjuntores são seccionadores de proteção que apresentam as seguintes vantagens em relação aos fusíveis:

1 - não se destroem na função ativa; simplesmente desligam o circuito, podendo ser reativados com o passar do tempo;

91 2 - apresentam maior vida útil, principalmente se forem corretamente utilizados;

3 - os disjuntores termo-magnéticos podem ser religados por qualquer pessoa, sem riscos de choque, bastando atuar na alavanca, rearmando-os.

Existem dois tipos de disjuntores de abertura mecânica: os térmicos e os magnéticos.

Os disjuntores térmicos são os mais usados. Como aplicações típicas têm-se os motores de pequena potência, circuitos residenciais e cargas de bateria. Podem ser de rearme automático ou manual.

Nos sistemas em que as sobrecargas são auto-corrigidas usa-se o automático, que rearma em poucos minutos após a abertura e o subsequente resfriamento. Apresentam um longo tempo de retardo devido à sua constituição. Essa constituição será estudada posteriormente na experiência sobre relés térmicos e magnéticos.

Os disjuntores de rearme manual têm um mecanismo que prende a lâmina térmica uma vez que ela está aberta.

Os disjuntores térmicos podem ser de alavanca ou de botão (push-button, em inglês).

Os disjuntores magnéticos apresentam aparência externa semelhante, mas sua constituição interna é bastante diferente. Podem ser projetados para desde poucos milissegundos até vários segundos.

Aproveitando-se as características de interrupção alta do mecanismo magnético e a ação mais lenta do dispositivo térmico, constroem-se os disjuntores termo-

magnéticos que atuam bem tanto em variações súbitas de corrente (parte magnética)

quanto em pequena sobrecargas (parte térmica).

O fusível tem como elemento principal um condutor de baixo ponto de fusão que se queima ao ser percorrido por uma corrente excessiva. A seguir temos algumas imagens de diversos tipos de fusíveis:

1. Proteção de circuitos de alta corrente:

(a) (b) (c) (e)

92 2. Proteção de circuitos de baixa corrente:

(a) (b) (b) (c) (d) Fig.2.10 - (a) Cartucho de vidro (b) SMD (c) Microfusível (d) Faca para automóveis

Ao comprar um fusível deve-se especificar o seu tipo, formato, tamanho, além de outras três especificações que são:

a) limite de corrente; b) limite de tensão; c) tempo de ação.

A função passiva do fusível requer que ele seja capaz de conduzir correntes de carga e mesmo sobrecargas esporádicas para uma duração de serviço de cerca de vinte anos, sem qualquer mudança de estado que possa afetar sua operação elétrica. Portanto o fusível deve ser compatível térmica e quimicamente com o meio ambiente, para que não se deteriore.

Durante a função ativa o fusível deve queimar-se, interrompendo o circuito, pela ação de uma sobrecorrente. A corrente nominal do fusível é especificada para determinadas condições de circulação de ar e de temperatura. Como na prática essas condições são diversas, é sempre conveniente que o fusível trabalhe abaixo do especificado.

A tensão nominal do fusível especifica um valor máximo de tensão que deve ficar sobre ele no instante da abertura. Isto é necessário devido à formação do arco voltaico, que pode ser bastante perigosa, queimando o fusível e o porta-fusível. Em circuitos de grande potência a manifestação do arco pode ser muito intensa, ocasionando uma explosão e vários danos. Assim sendo, um seccionamento bem executado implica que a formação do arco seja conveniente e completamente contida dentro do cartucho do fusível. Chama-se a esta propriedade “capacidade de ruptura”. Modernamente constroem-se eficientes fusíveis C.R.A. (Capacidade de Ruptura Alta).

Quanto ao tempo ou modo de ação, os fusíveis podem ser de três categorias:

a. ação rápida; b. ação normal; c. ação lenta.

O tempo que o fusível leva para se abrir está relacionado com o nível de sobrecorrente que passa por ele.

Para elevadas sobrecargas, de dez vezes a corrente nominal ou mais, os fusíveis abrem-se rapidamente (em aproximadamente 1 ms), independente de sua categoria.

93 Para pequenas sobrecargas, entre 1,3 e 1,4 vezes a corrente nominal, as três categorias respondem de modo semelhante, gastando de um a dois minutos para abrir.

Entre os dois extremos citados anteriormente é que as categorias se diferenciam nitidamente. Com uma corrente cinco vezes maior que a nominal, por exemplo, os tempos de abertura são os seguintes :

a. ação rápida - menos de 1 ms ; b. ação normal - cerca de 10 ms ; c. ação lenta - mais de 1 s.

Os fusíveis de ação rápida são comumente empregados na proteção de instrumentos de medidas e aparelhagens eletrônicas em geral, sendo por isso construídos para baixos valores de corrente, de cerca de 1 mA até 1 ou 2 A.

Os fusíveis de ação normal são normalmente empregados em instalações residenciais e indústrias comuns.

Os fusíveis de ação lenta são usados em circuitos nos quais são esperadas correntes de surto, de certa duração. Também são chamados de fusíveis de ação retardada, por serem projetados para suportar uma determinada sobrecarga durante algum tempo, sem se romperem. Casos típicos são os motores elétricos, empregados em geladeiras, bombas d’água, ar-condicionado etc., que demandam mais corrente no instante de partida. Essa corrente pode chegar a cinco vezes a nominal.

Durante sobrecargas severas e de longa duração no fusível lento, a solda e a liga metálica se derretem, juntamente com a mola. Quando sujeitos a uma extrema sobrecarga, a abertura deve ser rápida e o efeito do arco contido. Neste caso, apenas a liga metálica de abre, e a mola é puxada para trás, abrindo uma grande distância.

FORMAS DOS FUSÍVEIS

Os fusíveis aparecem no mercado nos mais diversos formatos: a) Fusível cartucho com corpo de vidro: larga aplicação em eletrônica; b) Fusível cartucho com corpo de papelão: usado em instalações industriais; c) Fusível cartucho com corpo de porcelana: usado em instalações industriais; d) Fusível cartucho com fio externo: usado em automóveis.

Os fusíveis cartuchos destinam-se a conduzir correntes típicas de: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 60, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 e 600 A, para circuitos de luz e força. Para circuitos eletrônicos, valores típicos são: 100 mA, 200 mA, 250 mA, 500 mA, 1 A, 2 A e 5 A, podendo ser de tamanho pequeno ou grande.

e) Fusível do tipo rolha ou soquete: usado normalmente em distribuição de energia elétrica em residências, chuveiros etc., normalmente associado a chaves do tipo faca. É constituído por um corpo de porcelana que tem por fora uma manga rosqueada, de latão. Na extremidade inferior, um disco de contato, também de latão, e, no seu interior, o fio fusível que fecha o circuito entre a manga e o disco. São dimensionadas para as seguintes correntes típicas: 10, 15, 20, 25 e 30 A.

f) Fusível miniatura: usado em placas de circuito impresso. A ligação à placa é feita por condutores ou conexões de extremo. Esses metais de conexão são usualmente cobre, latão, aço ou compostos.

g) Fusível tipo casulo (cápsula): Também conhecido por tipo rabicho, é soldado diretamente aos circuitos, sem a necessidade de porta-fusível.

94 Os fusíveis fabricados segundo as normas americanas são para duas classes de tensão de serviço: 250 V e 600 V; sendo os de 250 V os mais comumente encontrados.

Muitas aplicações em potências altas requerem fusíveis do tipo baioneta C.R.A. (Capacidade de Ruptura Alta)

Fig. 2.11 – Fusível tipo baioneta

Os elementos fusíveis neste caso estão contidos em tubos rígidos enchidos com partículas exotérmicas apropriadas, condutoras de arco, usualmente fechados por tampas de metal que também transportam os contatos condutores ou conexões de extremo. Estes metais de conexão são usualmente de cobre, latão, aço ou compostos.

Os fusíveis para potências muito altas, de cartucho comum, trazem em seu corpo aberturas para escape de gases em caso de curto-circuito. Isso é necessário porque quando a fusão da liga é muito violenta, há a vaporização do metal, que se gaseifica e pressiona o corpo do fusível como uma verdadeira bomba.

CUIDADOS NA SUBSTITUIÇÃO DE UM FUSÍVEL

1 - Os fusíveis que se abriram por envelhecimento, condições anômalas de temperatura ou curto-circuito provocado acidentalmente, podem ser substituídos diretamente por outros. Os que se queimarem como consequência de um curto-circuito, só devem ser trocados após a identificação da causa que os queimou;

2 - Os fusíveis que se danificaram por envelhecimento normalmente podem ser identificados visualmente, pois eles não queimaram, apenas partiram (não falta um pedaço da liga fusível);

3 - Os fusíveis devem ser retirados do circuito para serem testados com o ohmímetro;

4 - Para fusíveis de menos de 250 mA, deve ser usada a escala R x 1, pois escalas maiores podem queimá-los;

5 - Não coloque fios no lugar dos fusíveis;

6 - Sempre substitua fusíveis pelo mesmo tipo e valores nominais especificados; 7 - Atarraxe o fusível fortemente à sua base para que não haja mau contato. Isto ocorrendo se dá maior liberação do calor, podendo causar dano ao fusível.

95 Abaixo dois tipos comuns de porta-fusível:

Fig.2.12 – Porta fusível de rosca

Fig.2.13 – Porta fusível de encaixe