Instalações Elétricas Prediais e Industriais I (TE344) Aula 17 - Dimensionamento da Proteção

Instalações Elétricas Prediais e Industriais I – (TE344)

Aula 17 - Dimensionamento da Proteção

P R O F. D R . S E B A S T I Ã O R I B E I R O J Ú N I O R

Disjuntores

• Um disjuntor é um dispositivo eletromecânico, que funciona como um interruptor automático, destinado a proteger uma

determinada instalação elétrica contra possíveis danos causados por curto- circuito e sobrecargas elétricas.

• A sua função básica é a de detectar picos de corrente que ultrapassem o adequado para o circuito, interrompendo-a imediatamente antes que os

seus efeitos térmicos e mecânicos possam causar danos à instalação elétrica protegida.

Disjuntores

• Uma das principais características dos disjuntores é a sua capacidade de

poderem ser rearmados manualmente, depois de interromperem a corrente em virtude da ocorrência de uma falha.

• Diferem assim dos fusíveis, que têm a mesma função, mas que ficam inutilizados quando realizam a interrupção.

• Por outro lado, além de dispositivos de proteção, os disjuntores servem também de dispositivos de manobra, funcionando como interruptores

normais que permitem interromper manualmente a passagem de corrente elétrica.

Disjuntores

Funcionamento disjuntor

https://www.youtube.com/watch?v=J6wiawzgmhU

Disjuntores

O disjuntor termomagnético apresenta as seguintes características nominais:

a) número de polos;

b) tensão nominal;

c) frequência;

d) capacidade de ruptura (kA);

e) corrente nominal (A);

f) curva de disparo;

g) faixa de ajuste do disparador magnético (opcional);

h) faixa de ajuste do disparador térmico (opcional)

Disjuntor Termomagnético

Disjuntores

Existem diversos tipos de disjuntores, que podem ser desde pequenos dispositivos que protegem a instalação elétrica de uma única habitação até grandes dispositivos que protegem os circuitos de alta tensão que alimentam uma cidade inteira.

Disjuntores

Disjuntores

Fusível

Fio de chumbo ou de alguma liga fundível que, colocado num circuito elétrico, se funde, cortando a corrente quando a intensidade desta atinge certo limite..

Fusível

Disjuntores

• Os seguinte itens devem ser discriminados:

◦ Corrente nominal de operação

◦ Capacidade de interrupção

◦ Tensão nominal

◦ Frequência nominal

◦ Tipo (térmico, magnético, termomagnético, ajustável,...)

Disjuntores

• Dimensionamento de Disjuntores:

◦ A NBR 5410 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.

Disjuntores

• O item 5.3.4 estabelece que proteção deve satisfazer as duas inequações:

I_B – corrente de projeto

I_N– corrente nominal do disjuntor

I_Z – capacidade de condução dos condutores vivos (de acordo com as características de instalação)

I₂ – corrente convencional de atuação do disjuntor ou fusível.

Proteção contra correntes de sobrecarga

Disjuntores

Proteção contra correntes de sobrecarga

em que:

• Iⁿ é a corrente nominal do dispositivo de proteção (disjuntor).

• I², a corrente convencional de atuação.

• a vale: – pela NBR IEC 60947-2: 1,30 a quente a 30 °C;

– pela NBR 5361: 1,35 a frio a 25 °C;

– pela NBR IEC 60898: 1,45 a quente a 30 °C;

– pela NBR 11840: 1,60.

Curva característica de disparo

Disjuntores dispositivo termomagnéticas são geralmente disponível com três características disparo diferentes.

Curva característica de disparo

a – faixa de operação de disparo térmico b – faixa de operação de disparo magnético t – tempo de comutação (em segundos)

xl – múltiplo do fator atual / fator do disparo 1 – amplitude da corrente, para a qual a característica aplica

2 – amplitude de disparo DC (cinza) 3 – disparo AC (azul)

4 – disparo máxima 5 – disparo mínimo

Disjuntores dispositivo termomagnéticas são geralmente disponível com três características disparo diferentes.

https://www.phoenixcontact.com/ acesso: 05-2016

Curva característica de disparo

https://www.phoenixcontact.com/ acesso: 05-2016

Curva característica de disparo

A norma IEC 60898 define para o disparo instantâneo, em geral magnético, as faixas de atuação para as curvas B, C e D:

• Curva B: de 3 a 5 Iⁿ.

• Curva C: de 5 a 10 Iⁿ.

• Curva D: de 10 a 20 Iⁿ.

A norma IEC 60947-2

• Curva K: 10 a 15 I^n.

• Curva KM: 10 a 15 Iⁿ

• Curva Z: 2 a 3 Iⁿ

Curva característica de disparo

A norma IEC 60898 define para o disparo instantâneo, em geral magnético, as faixas de atuação para as curvas B, C e D:

• Curva B: de 3 a 5 Iⁿ.

• Curva C: de 5 a 10 Iⁿ.

• Curva D: de 10 a 20 Iⁿ.

A norma IEC 60947-2

• Curva K: 10 a 15 I^n.

• Curva KM: 10 a 15 Iⁿ

• Curva Z: 2 a 3 Iⁿ

Curva característica de disparo

Curva B (3 a 5 x In) – Indicados para cargas resistivas com pequena corrente de partida ou grandes distâncias de cabo envolvidas, como é o caso de aquecedores e chuveiros elétricos e lâmpadas incandescentes.

Curva C (5 a 10 x In) – Indicado para cargas indutivas, como motores elétricos, lâmpadas fluorescentes, geladeiras e máquinas de lavar roupas.

Curva D (10 a 20 x In) - Cargas de grande corrente de partida, como transformadores BT/BT

Disjuntores

• Sobrecarga:

I_B– corrente de projeto

I_N–corrente nominal do disjuntor

I_Z – capacidade de condução dos condutores vivos (de acordo com as características de instalação)

I₂ – corrente convencional de atuação do disjuntor ou fusível.

Funcionamento Interno de um Disjuntor em um Curto Circuito https://www.youtube.com/watch?v=vYDQH55zlBk

NBR 5361 Disjuntores de Baixa Tensão

Disjuntores

Exemplo

Dimensionar os condutores e o disjuntor para proteção de um circuito de chuveiro com as seguintes características: S=5400VA, V=220V, com dois condutores carregados, sendo utilizados condutores isolados de cobre, com isolação de PVC, instalados em eletroduto de PVC, embutido em alvenaria, sendo 30°C a temperatura ambiente e o comprimento desde o QD ao ponto é 15 m.

Exemplo

• Cálculo da Corrente de Projeto

𝐼

= 𝑃

𝑉. 𝐹𝑃 = 𝑆

𝑉 = 5400

220 ≅ 24,54 𝐴

• Queda de tensão

∆V = 10 . 𝑉. ∆𝑉 %

𝑙. 𝐼_𝐵 = 10 .220.2

15.24,54 ≅ 11,95 (V/A.km)

Exemplo

Devido maior segurança do circuito e menos perdas pela tabela de queda de tensão temos :

• Condutor 4 mm² com ∆𝑽 % = 2%

Devido maior segurança do circuito e menos perdas pela tabela de capacidade de condução de corrente da NBR 5410:

• Condutor 4 mm² ;

• Capacidade de condução de corrente 32 A.

Exemplo

Disjuntor para quadro de distribuição ventilado, obter:

• I_b – corrente de projeto

• I_c – Corrente da Tabela

• k1 – Fator de correção de agrupamento de circuitos

• k2 – Fator de Correção para Resistividade Térmica do Solo

• k3 – Fator de correção de temperatura

• I_Z – capacidade de condução de corrente dos condutores:

𝐼 _𝑍 = 𝐼 _𝐶 . 𝑘 ₁ . 𝑘 ₂ . 𝑘 ₃ 𝐼 _𝑍 = 32. 1. 1 . 1

𝐼 _𝑍 = 32 𝐴

𝐼 _𝑍 = 𝐼 _𝐶 . 𝑘 ₁ . 𝑘 ₂ . 𝑘 ₃ 𝐼 _𝑍 = 32. 1. 1 . 1

𝐼 _𝑍 = 32 𝐴

Exemplo

𝐼 _𝑍 = 𝐼 _𝐶 . 𝑘 ₁ . 𝑘 ₂ . 𝑘 ₃ 𝐼 _𝑍 = 32. 1. 1 . 1

𝐼 _𝑍 = 32

24,5 𝐴 ≤ 𝐼

≤ 32 𝐴

24,5 𝐴 ≤ 25 𝑜𝑢 30 𝐴 ≤ 32 𝐴

Exemplo

Disjuntor para quadro de distribuição sem ventilação:

Para este caso considera-se, além da temperatura ambiente, o acréscimo de 10°C na temperatura devido à circulação de corrente nos disjuntores

24,5 𝐴 ≤ ? ? ? ≤ 27,84 𝐴 Disjuntor

𝐼_𝑍 = 𝐼_𝐶. 𝑘₁. 𝑘₂ . 𝑘₃ = 41 . 0,87. 1 . 1 ≅ 35,67 𝐴 − 𝟔 𝒎𝒎^𝟐 𝐼_𝑍 = 𝐼_𝐶. 𝑘₁. 𝑘₂ . 𝑘₃ = 32 . 0,87. 1 . 1 ≅ 27,84 𝐴 − 𝟒 𝒎𝒎^𝟐

24,5𝐴 ≤ 25, 30 𝑜𝑢 35 𝐴 ≤ 35,67𝐴 Disjuntor

Exemplo

Verificação da corrente de sobrecarga

𝐼₂ ≤ 1,45 𝐼_𝑧

Disjuntor

𝐼_𝑛 = 30 𝐴 𝑜𝑢 35 𝐴

𝐼₂ = 𝛼. 𝐼_𝑛

𝐼_𝑍 = 𝐼_𝐶. 𝑘₁. 𝑘₂ . 𝑘₃

𝐼_𝑍 = 𝐼_𝐶. 𝑘₁. 𝑘₂ . 𝑘₃ = 41 . 0,87. 1 . 1 ≅ 𝟑𝟓, 𝟔𝟕 𝑨 − 𝟔 𝒎𝒎^𝟐 𝐼₂ = 1,45 . 30 = 43,5 𝐴

𝛼 = 1,45 → NBR IEC 60898

𝐼₂ = 1,45 . 35 = 50,75 𝐴

≤ 𝐼_𝑧𝑡= 1,45 . 35,67 = 51,72 𝐴

Disjuntor 30 A - tipo B

Curto-Circuito

A NBR-5410 impõe duas condições básicas que devem ser cumpridas para que seja garantida a proteção de um circuito contra as correntes do curto- circuito:

I_(int) = capacidade de interrupção do dispositivo de proteção;

I_k = corrente de curto-circuito presumida no ponto de aplicação do dispositivo de proteção;

I²t = integral de Joule que o dispositivo de proteção deixa passar;

K²S² = integral de Joule necessária para aquecer o condutor desde a temperatura máxima para o serviço contínuo até a temperatura limite de curto- circuito.

Para aplicação das prescrições de 5.3.5 a curtos-circuitos de duração no máximo igual a 5 s, os disjuntores devem atender às duas condições a seguir:

𝐼_𝑎 ≤ 𝐼_{𝐾𝑚𝑖𝑛} 𝐼_𝑏 ≥ 𝐼_𝐾

Tempo de duração do Curto-Circuito

Tempo de duração do Curto-Circuito

Tempo de duração do Curto-Circuito

• Para correntes de curto-circuito cuja duração seja superior a vários períodos, a integral de joule I²t do dispositivo de proteção pode ser calculada multiplicando-se o quadrado do valor eficaz da corrente de atuação I(t) do dispositivo de proteção pelo tempo de atuação t.

• Para correntes de curto-circuito de duração menor, devem-se consultar as características I²t fornecidas pelo fabricante.

Tempo de duração do Curto-Circuito

Correntes de Curto-Circuito presumidas

• Devem ser determinadas em todos os pontos de instalação julgados necessários.

• Essa determinação pode ser feita por cálculo ou medida.

Correntes de Curto-Circuito presumidas

CREDER, 2008

Fator de potência de curto-circuito aproximado

Exemplo

CREDER, 2008

Cálculo da corrente presumida (I_k)

Exemplo

Método 2 - Capacidade de corrente de curto‐circuito

“Limitação da seção do condutor para uma determinada corrente de curto‐circuito”

𝑆_𝑐 = 𝑇_𝑒 . 𝐼_𝑐𝑠

0,34 . 𝑙𝑜𝑔 234 + 𝑇_𝑓 234 + 𝑇_𝑖

(𝑚𝑚²)

𝐼_𝑐𝑠: Corrente simétrica de curto-circuito trifásico (kA) 𝑇_𝑒: Tempo de eliminação da falta (s)

𝑇_𝑓: Temperatura máxima de curto-circuito suportada pela isolação do condutor (C) 𝑇_𝑖: Temperatura máxima admissível pelo condutor em regime normal de operação (C)

Nota: Os valores de 𝑇_𝑓 e 𝑇_𝑖 são estabelecidos por norma, ou seja:

‐ Condutor com isolação PVC 70 C – 𝑇_𝑓 =160 C e 𝑇_𝑖 =70 C

‐ Condutor com isolação EPR ou XLPE – 𝑇_𝑓 =250 C e 𝑇_𝑖 =90 C

Queda de Tensão

REVISÃO

DISJUNTORES