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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO PIAUÍ ± UESPI
CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO ± CTU
CURSO: ENGENHARIA ELÉTRICA ± BLOCO: 07
DISCIPLINA: INSTALAÇÕES ELÉTICAS I ± PROF.: RAFAEL
____________________________________________________________________ _______
PROTEÇÃO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS
AUGUSTO AYRES LIMA
EDUARDO PINHO VANDERLEY FERREIRA
TERESINA, JULHO DE 2010
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Sumário
1. Introdução................................ ................................ ................................ ................................ ... 4
2. Proteção contra efeitos térmicos ................................ ................................ ................................ 5
2.1 Definição ................................ ................................ ................................ ............................... 5
2.2 Medidas de prevenção................................ ................................ ................................ ........... 5
2.3 Exemplo de dispositivo de proteção................................ ................................ ....................... 6
2.3.1 DSI Dispositivo supervisor de isolamento................................ ................................ 6
3. Proteção contra choques elétricos................................ ................................ .............................. 7
3.1Dispositivos DR ................................ ................................ ................................ ..................... 7
3.1.1 Tipos de DRs................................ ................................ ................................ .............. 7
3.1.2 Funcionamento do DR................................ ................................ ............................... 7
3.1.3 Componentes do DR................................ ................................ ................................ .. 7
3.1.4 Classificação dos DRs................................ ................................ ................................ . 8
4. Proteção contra sobretensões................................ ................................ ................................ ..... 8
4.1Definição ................................ ................................ ................................ ............................... 8
4.2Efeito das descargas atmosféricas................................ ................................ .......................... 8
4.3DPS................................ ................................ ................................ ................................ ........ 9
4.3.1 Curva do óxido de zinco................................ ................................ ............................ 10
4.3.2 Locação do dispositivo................................ ................................ .............................. 10
5. Proteção contra sobrecorrentes................................ ................................ ................................ .10
5.1 Definição ................................ ................................ ................................ .............................. 10
5.1.1 Corrente de sobrecarga................................ ................................ ............................ 11
5.1.2 Corrente de curto-circuito ................................ ................................ ........................ 11
5.2 Omissão de proteção................................ ................................ ................................ ............11
5.2.1 Caso corrente sobrecarga................................ ................................ ......................... 11
5.2.2 Caso corrente curto-circuito ................................ ................................ .....................11
5.3 Locação dos dispositivos................................ ................................ ................................ .......12
5.4 Exemplos de dispositivos................................ ................................ ................................ ......12
5.4.1 Fusíveis ................................ ................................ ................................ ....................12
5.4.1.1 Tipos de fusíveis................................ ................................ ................................ .12
5.4.1.2 Fusível rápido e retardado ................................ ................................ .................12
5.4.1.3 Fusível rolha, cartucho ou faca................................ ................................ ...........13
5.4.1.4 Fusível NH ................................ ................................ ................................ ..........13
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5.4.1.5 Fusível DIAZED ................................ ................................ ................................ ...13
5.4.1.6 Fusível NEOZED................................ ................................ ................................ ..14
5.4.2 Disjuntores termomagnéticos ................................ ................................ ..................14
5.4.2.1 Classificação ................................ ................................ ................................ ......14
5.4.2.2 Tipos................................ ................................ ................................ ..................15
5.4.2.3 Dimensionamento ................................ ................................ ............................. 15
5.4.2.4 Principais parte de um disjuntor ................................ ................................ ........16
5.4.2.5 Atuação do disjuntor ................................ ................................ .......................... 16
6 Conclusão................................ ................................ ................................ ................................ ...17
7 Bibliografia ................................ ................................ ................................ ................................ .18
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1. Introdução
No trabalho a seguir serão descritas algumas formas de proteção de circuitos elétricos
de acordo com a norma NBR 5410, responsável por normatizar todo o esquema de instalações
elétricas d baixa tensão.
Vai-se discutir na próximas páginas as seguintes proteções:
Proteção contra efeitos térmicos
Proteção contra choques elétricos
Proteção contra sobretensões
Proteção contra sobrecorrentes
Vai-se ressaltar a importância de proteger não só as instalações, bem como pessoas
equipamentos e animais contras esses quatro tipos de perigo .
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2. Proteção contra efeitos térmicos
2.1 Definição
A NBR 5410 diz que:
³... as pessoas, bem como os equipamentos e materiais fixos adjacentes a
componentes da instalação elétrica devem ser protegidos contra os efeitos térmicos
prejudiciais que possam ser produzidos por esses componentes, tais como:
a) risco de queimaduras;
b)
combustão ou degradação dos materiais;c) comprometimento da segurança de funcionamento dos componentes
instalados.´
A fim de que isso aconteça, a norma define, ao longo de suas páginas diversas
medidas de proteção que devem ser tomadas: elas vão desde a locação dos equipamentos no
espaço físico até a isolação e disposição do cabeamento de energia e das máquinas
propriamente ditas.
2.2 Medidas de prevenção
De maneira geral, os componentes da instalação não devem representar perigo de
incêndio para os materiais adjacentes.
Equipamentos cujas componentes externas possam atingir altas temperaturas devem
estar devidamente isolados termicamente ou afastados o suficiente de equipamentos que
possam ser afetados por está elevação.
Equipamentos suscetíveis de produzir arcos ou centelhamento devem ser isolados, pelos devidos materiais (que devem ser incombustíveis, apresentar baixa condutividade
térmica e possuir espessura capaz de assegurar estabilidade mecânica), dos equipamentos que
possam ser prejudicados ou afastados o suficiente dos mesmos.
Referindo-se agora a rotas de fuga em casos de incêndios também recebem
recomendações nesse sentido. Por exemplo:
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As linhas elétricas não devem ser dispostas em rota de fuga (vias de escape), a menos
que fique garantido, pelo tempo especificado nas normas aplicáveis a elementos
construtivos de saídas de emergência, ou por 2 h na inexistência de tais normas:
a) que a linha elétrica não venha a propagar nem contribuir para a propagação de
um incêndio;
b) que a linha elétrica não venha a atingir temperatura alta o suficiente para
inflamar materiais adjacentes.
A linha deve ser tão curta quanto possível
As partes acessíveis de componentes da instalação posicionados dentro da zona de
alcance normal não devem atingir temperaturas que possam causar queimaduras em
pessoas
Essas são apenas alguns exemplos, mas diversas outras recomendações são feitas.
2.3 Exemplo de dispositivo de proteção
2.3.1 DSI - Dispositivo Supervisor de Isolamento
O dispositivo supervisor de isolamento (DSI) é o dispositivo exigido pela NBR 5410
para monitorar permanentemente a resistência de isolamento e indicar a primeira falta à massaou à terra.
Em out trás palavras, ele supervisiona a resistência de isolamento em cargas
temporariamente ou a maior parte do tempo desenergizadas alimentadas por sistemas TT, TN
ou IT. Durante o estado desenergizado fatores como umidade, por exemplo, podem provocar
falhas de isolamento na fiação ou carga, as quais podem passar despercebidas. A ligação do
equipamento pode levar à comutação do dispositivo de proteção ou mesmo ocasionar fogo no
motor impossibilitando o uso do equipamento.
Após a detecção da falha na isolação o dispositivo sinaliza com alarme sonoro ouvisual, quando não os dois.
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3. Proteção contra choques elétricos
3.1 Dispositivos DR
São dispositivos que se referem a proteção diferencial-residual.
Tem a função de evitar que as correntes de fuga à terra sejam transmitidas ao
ser humano.
Dispositivos mais caros que os normais
3.1.1 Tipos de DRs
Os dispositivos DR mais comuns são: Interruptores diferencial-residuais
Disjuntores com proteção diferencial-residual incorporada
Tomadas com interruptor DR incorporado
3.1.2 Funcionamento do DR
Medição permanente da soma vetorial das correntes que existem em um
circuito Essa soma vetorial deve ser aproximadamente 0
Quando ocorrem correntes de fuga a terra, essa soma vetorial é modificada
O dispositivo desliga o circuito em questão.
Uma pessoa tem contato direto com um circuito energizado
A soma vetorial das correntes é modificada como se acorresse corrente de fuga
a terra.
O Dispositivo desliga o circuito em questão ou toda a alimentação.
3.1.3 Componentes do DR
Um TC de detecção, toroidal, sobre o qual são enrolados, de forma idêntica,
cada um dos condutores do circuito, e que acomoda também o enrolamento de
detecção, responsável pela medição das diferenças entre as correntes dos diferentes
condutores.
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Um elemento de "processamento" do sinal e que comanda o disparo do DR,
geralmente designado relé diferencial ou relé sensível.
3.1.4 Classificação dos DR
O modo de funcionamento;
± dependente ou não de fonte auxiliar.
A sensibilidade;
± baixa/alta
Os tipos de correntes de falta detectáveis
As características de atuação.
±
instantânea/temporizada Número de pólos.
± unipolar, bipolar, etc.
4. Proteção contra sobretensões
4.1 Definição
São elevações anormais de tensão que ocorrem em um sistema. Suas origens dão-se basicamente em duas fontes:
Manobras da instalação ou do sistema elétrico ou etc...
Descargas atmosféricas
As descargas atmosféricas, ou raios, é a forma mais facilmente vista de surtos de
tensão em instalações. É mais difícil encontrar equipamentos ou uma manobra em uma
instalação que possa causar esse tipo de surto.Sendo o raio a forma mais comum então, vamos a ele.
4.2 Efeito das descargas atmosféricas
As descargas atmosféricas podem afetar um sistema de 03 maneiras:
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Diretamente
Quando o raio atinge uma edificação e causa danos tanto na construção
quanto nos equipamentos. A proteção nesse caso é feita através de pára-raios, tipo
Franklin e/ou gaiola de Faraday.
Indiretamente
Quando o raio cai nas proximidades de uma edificação e sua sobrecarga
danifica equipamentos através de rede elétrica. A proteção é através de
aterramento elétrico com dispositivos protetores de surtos (DPS).
Interferência eletromagnética
A queda de um raio nas proximidades gera potentes ondas
eletromagnéticas, capazes de induzir tensões elevadas e danificar equipamentos.
Proteção é feita através de DPS.
4.3 DPS ± Dispositivo de Proteção contra Surtos
Devido a sua função, esse dispositivo é também conhecido com para raio eletrônico.
Utilizando o mesmo princípio de condução ele protege o circuito contra surtos de tensão.
No interior de um DPS existe um varistor de óxido de zinco (ZnO) e um dispositivo
de segurança (responsável por indicar se o varistor está ou não funcionando adequadamente.
Devido as suas propriedades químicas, o óxido de zinco comporta-se como um
circuito aberto enquanto a tensão guarda valores normais. A partir de determinado ponto, em
que a tensão é anormal, ou seja, quando o corre um surto, pode -se dizer com certa segurança
que o ZnO passa de circuito aberto para um curto-circuito, desviando o surto para a terra. Acapacidade de condução do varistor é proporcional a intensidade do surto. Esta propriedade
desta substância é mais bem visualizada em um gráfico de tensão x corrente.
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4.3.1 Curva do óxido de zinco
O gráfico mostrado na figura acima é muito provavelmente de um varistor eletrônico,
dadas as baixas tensões, mas ela ilustra perfeitamente o comportamento do oxido de zinco
quando a tensão limite do varistor é ultrapassada e este atua no sentido de proteger o cirtuito
4.3.2 Locação do dispositivo
No geral, são ligados no quadro geral de distribuição, onde cada um pega uma fase e
no final se interligam e são aterrados.
Podem ser instalados diretamente na tomada onde são utilizados equipamentos mais
sensíveis, como computadores, a fim de protegê-los, ou ainda em equipamentos que possam
gerar surtos de tensão, como máquinas de solda, evitando assim que o mesmo se propague
pela instalação.
5. Proteção contra sobrecorrentes
5.1 Definição
São correntes que excedem a corrente nominal calculada durante o projeto de um
circuito. Podem ser de dois tipo: corrente de curto-circuito ou corrente se sobrecarga.
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5.1.1 Corrente de sobrecarga
São decorrentes de uma solicitação de carga que excede as dimensionadas durante o
projeto. São capazes de produzir efeitos térmicos bastante danosos.
5.1.2 Correntes de curto-circuito
Decorrentes de falhas na instalação (falha ou rompimento da isolação de fase e
neutro/terra/fase). Devido à baixa impedância, pode gerar correntes altíssimas, da ordem de
1000% a 10000% do valor da corrente nominal.
5.2 Omissão de proteção
Em geral, deve-se proteger um circuito, entretanto, há situações em que há a
possibilidade de omissão e outros em que é recomendável a omissão por questões de
segurança.
5.2.1 Caso corrente sobrecarga
Há a possibilidade de omissão de proteção nos seguintes casos:
em linha que, situada a jusante de uma mudança de seção, de natureza, de
maneira de instalar ou de constituição, seja efetivamente protegida contra
sobrecargas por um dispositivo de proteção localizado a montante;
em linha não sujeita à circulação de correntes de sobrecarga, protegida contra
curtos-circuitos e que não possua derivação ou tomada de corrente;
nas linhas de sinal, incluindo circuitos de comando.
5.2.2 Caso corrente curto-circuito
Há a possibilidade de omissão de proteção nos seguintes casos:
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linhas ligando geradores, transformadores, retificadores e baterias de
acumuladores aos quadros de comando ou distribuição correspondentes,
estando os dispositivos de proteção localizados nesse quadro;
alguns circuitos de medição;
circuitos cujo desligamento possa significar perigos para a instalação
correspondente (neste caso RECOMENDÁVEL omitir a proteção contra
sobrecarga). São equipamentos como circuitos de excitação de máquinas
rotativas ou circuitos de motores usados em serviços de segurança (ex.:
bombas de incêndio, sistemas de extração de fumaça).
5.3 Locação dos dispositivos
A NBR 5410 diz que deve haver proteção em todos os pontos onde hajam mudanças
que acarretem mudança na capacidade de condução de corrente do condutor(valido para
correntes de sobrecarga e correntes de curto-circuito).
5.4 Exemplo de dispositivos
Nesta seção serão tratados os disjuntores termomagnéticos e os fusíveis.
5.4.1 Fusíveis
São dispositivos simples e econômicos e por isso amplamente utilizados
Usados em correntes de curto-circuito ou contra sobrecargas de longa duração
Sua atuação ocorre devido à fusão de um elemento elo fusível por efeito Joule,
em conseqüência da brusca elevação de corrente no circuito.
O material utilizado na confecção do elo fusível tem propriedades físicas tais
que o seu ponto de fusão seja inferior ao da liga de cobre com alumínio
5.4.1.2 Tipos de Fusíveis
Segundo as características de desligamento em efeito rápido ou retardado
Segundo a tensão de alimentação
Segundo a corrente nominal
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Em equipamentos eletrônicos os mais utilizados são fusíveis em cilindro de
vidro
Em instalações elétricas residenciais são usados fusíveis de rolha e de cartucho.
Em instalações industriais são usados fusíveis NH e DIAZED
5.4.1.3 Fusível rápido e retardado
Os fusíveis de efeito rápido são empregados em circuitos em que não há
variação considerável entre a corrente de partida (primeiros instantes em que o
circuito é energizado) e a corrente de regime (funcionamento normal após a etapa de
partida).
Por sua vez, os fusíveis de efeito retardado são apropriados para uso emcircuitos cuja corrente de partida atinge valores muitas vezes superiores ao valor da
corrente nominal e em circuitos que estejam sujeitos a sobrecargas de curta duração.
Os de efeitos rápido são geralmente utilizados em circuitos com
semicondutores e os de efeitos retardado em motores.
5.4.1.4 Fusível rolha, cartucho ou faca
São de fabricação muito simples e fácil aquisição no mercado. Tipo rolha cobrem uma faixa entre 6 e 30 A
Tipo cartucho cobrem uma faixa entre 10 até 60 A
Tipo Faca cobrem uma faixa acima de 600 A
5.4.1.5 Fusível NH
Utilizado em instalações industriais
Limitadores de corrente, possuem elevada capacidade de interrupção de 120kA
em até 500VCA ou 100kA em até 250VCC.
A montagem é feita de tal forma que o compartimento onde ocorre a fusão do
elemento fusível fica totalmente preenchido pela areia de sílica.
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5.4.1.6 Fusível DIAZED
Utilizado em instalações industriais,residenciais e comerciais.
Atendem as correntes nominais de 2 a 100A.
Elo fusível imerso em sílica. Isso evita arco voltaico ou explosões na hora do
rompimento.
5.4.1.7 Fusível NEOZED
Fusível de tamanho reduzido.
Mais utilizado na proteção de curto-circuito de instalações residenciais.
Correntes nominais de 2 a 63A.
5.4.2 Disjuntores Termomagnéticos
5.4.2.1 Classificação
Quanto ao número de pólos
o Monopolar
o Bipolar
o Tripolar
Quanto a tensão de operação
o Disjuntores de alta tensão
o Disjuntores de baixa tensão
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5.4.2.2 Tipos
São eles:
NEMA
DIM
Os disjuntores tipo NEMA têm a tendência de serem substituídos pelos disjuntores
DIM. Este último é mais rápido e eficaz em sua ação, além de poder ser utilizado no
acionamento de motores.
5.4.2.3 Dimensionamento
Segundo a norma do disjuntor deve atender a duas especificações:
I p In Iz
I2 1,45Iz
onde:
I p corrente do projeto do circuito
In corrente nominal do dispositivo de proteção
Iz capacidade de condução dos condutores
I2 corrente que assegura efetivamente a atuação do dispositivo de proteção; na
prática é considerada a corrente convencional de atuação dos disjuntores
Um fator que deve ser realçado é um modificador da segunda regra: está é aplicável
quando a condição de sobrecarga no condutor não seja mantida por um tempo superior a 100h
durante 12 meses ou 500h durante toda a vida do condutor, caso uma dessas condições ocorra:I2 Iz.
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5.4.2.4 Principais partes do disjuntor
1 - Atuator ± utilizada para desligar ou resetar manualmente o disjuntor. Também
indica o estado do disjuntor (Ligado/Desligado ou desarmado). A maioria dos
disjuntores são projetados de forma que o disjuntor desarme mesmo que o atuador
seja segurado ou travado na posição ³liga´.
2 - Mecanismo atuator - une os contatos juntos ou independentes.
3 - Contatos ± Permitem que a corrente flua quando o disjuntor está ligado e seja
interrompida quando desligado.
4 - Terminais Trip bimetálico
5 - Parafuso calibrador ± permite que o fabricante ajuste precisamente a corrente de
trip do dispositivo após montagem.6 - Solenóide
7 - Extintor de arco
5.4.2.5 Atuação do disjuntor
Por corrente de curto-circuito
1)
O disparador magnético atua liberando a alavanca de engate.2) Após isso a alavanca foice se libera e abre o disjuntor.
3) Deve-se notar que o atuator permanece na condição intermediária, indicando
atuação da proteção do disjuntor
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Por corrente de sobrecarga
1) A alta corrente aquece o bimetálico que começa a se encurvar
2) Sua curvatura libera a alavanca de engate liberando a alavanca foice, abrindo o
disjuntor.
3) Deve-se notar que o atuator permanece na condição intermediária, indicando
atuação da proteção do disjuntor
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6. Conclusão
Podemos concluir que os dispositivos de proteção são de importância vital nas
instalações elétricas, tanto na proteção do ser humano, quanto na proteção de aparelhos
eletrônicos e até mesmo a própria construção (incêndio).
Cada projeto deve ser estudado minuciosamente para decidir qual a proteção mais útil a ser
usada, a relação custo benefício e por ultimo o calculo para o dimensionamento de cada
proteção.
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7. ibliograf ia
[1] NBR 5410:2004
[2] Dispositivos DR e disjuntores DR ± Siemens
[3] COTRIM, Ademaro A. M. B. I nstalações Elétricas, 4ª edição, Pearson Prentice Hall. São
Paulo ± SP:2005
[4] CREDER, Hélio. I nstalações Elétricas, 15ª edição, LTC.Rio de Janeiro ± RJ:2007
[5] CAVALIN, Geraldo. I nstalações Elétricas Prediais, 9ª edição, Editora Érica. São Paulo ±
SP:2003
[6] http://carlosmatheus.com.br/?p=11
[7] http://carlosmatheus.com.br/?p=71
[8] Dispositivos de Proteção e Manobra ± Senai/SP : 2009[9] SOUZA, Tatiana. Dispositivo Diferencial Residual e Dispositivo de Proteção Contra
Surtos. UERJ : 2009
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