Universidade Federal do Pará Campus universitário de Tucuruí Faculdade de Engenharia Mecânica
Dispositivos de Proteção de um Sistema S istema Elétrico
Tucuruí, Junho de 2011
Universidade Federal do Pará Campus universitário de Tucuruí Faculdade de Engenharia Mecânica
Título: Dispositivos de Proteção de um Sistema Elétrico
Equipe: André Luís Guimarães Oliveira Cleonice da Silva Correa Diego Almeida Barros Hortência Noronha dos Santos
(09133003118) (09133002818) (09133001918) (09133001918) (09133003218)
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Sumário
Introdução..................................................................................................................02 Funcionamento do disjuntor termomagnético............................................................03 Características nominais dos disjuntores...................................................................05 Relés..........................................................................................................................06 Funcionamento do interruptor de corrente de fuga....................................................14 Considerações Finais.................................................................................................16 Bibliografia..................................................................................................................17 Lista de Exercícios.....................................................................................................18 Apêndice.....................................................................................................................20
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INTRODUÇÃO
A compreensão de eletricidade em seus aspectos estáticos e dinâmicos é de alta relevância em todas as suas áreas de atuação, sendo de suma importância, não apenas para as engenharias, mas para todas as áreas, sendo utilizado em praticamente todos os sistemas, dos mais fundamentais, até os mais complexos. Em toda a sua gama de conhecimento, um dos conceitos mais utilizados e importantes da eletricidade é o de dispositivos de proteção , que tem como finalidade proteger o sistema de sobrecorrente, sobretensão, altas temperaturas, descargas elétricas, correntes de fuga, dentre outras, sendo imprescindível a sua aplicação nos circuitos e sistemas elétricos a fim de garantir a integridade dos componentes e equipamentos mecânicos e eletroeletrônicos. Neste trabalho serão abordados as principais características e o funcionamento dos dispositivos de proteção de baixa tensão mais comumente utilizados nas redes de fornecimento de eletricidade.
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FUNCIONAMENTO DO DISJUNTOR TERMOMAGNÉTICO Denominam-se disjuntores os dispositivos de manobra e proteção, capazes de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito. Os disjuntores possuem um dispositivo de interrupção da corrente constituído por lâminas de metais de coeficientes de dilatação térmica diferentes (latão e aço), soldados. A dilatação desigual das lâminas, por efeito de aquecimento, provocado por uma corrente de sobrecarga faz interromper a passagem da corrente no circuito. Esses dispositivos bimetálicos são relés térmicos e, em certos tipos de disjuntores, são ajustáveis. Além dos relés bimetálicos, os disjuntores são providos de relés magnéticos (bobinas de abertura), que atuam mecanicamente, desligando o disjuntor quando a corrente é de curta duração (relés de máxima). Desarmam, também, quando ocorre um curto-circuito em uma ou nas três fases. Os tipos que possuem “bobina de mínima” desarmam quando falta tensão em uma das fases.
(NISKIER, 2005) Os disjuntores protegem os circuitos contra curto-circuito e sobrecarga, disparando quando se verifica uma destas situações e prevenindo assim danos na instalação que podem levar até ao incêndio. A sobrecarga é aquela situação que acontece, por exemplo, quando ligamos muitos aparelhos a uma mesma tomada. Como a potência dos aparelhos ligados vai aumentando, a corrente respectiva desse circuito também aumenta. Se o aumento for exagerado, como a corrente aquece os condutores por onde passa, corremos o risco de estes aquecerem demasiado e danificarem o material isolante e inclusive provocar um incêndio. Antes que os condutores aqueçam demasiado, o disjuntor dispara, pois foi calibrado para um determinado valor de corrente (que tem a ver com a secção dos condutores utilizados) que, logo que ultrapassado faz disparar o disjuntor. No curto-circuito, o aumento da corrente é instantâneo e muito acentuado, razão porque o disjuntor atua de imediato. Antigamente os circuitos eram protegidos por fusíveis, que foram substituídos pelos disjuntores, pois estes são mais seguros. 03
Os fios que constituíam os fusíveis eram muitas vezes substituídos por fios de maior secção para, assim, não dispararem, o que constitui, como é óbvio, uma situação de perigo para a instalação. A Figura 02 deste tópico mostra o esquema simplificado de um disjuntor termomagnético do tipo comum em instalações residenciais. Entre os bornes 1 e 2, a corrente passa pela resistência de baixo valor R (que está próxima da lâmina bimetálica B), pela bobina do eletroímã E e pelo par de contatos C. Esse tende a abrir pela ação da mola M2, mas o braço atuador A impede com ajuda da mola M1. O eletroímã E é dimensionado para atrair a extremidade do atuador A somente em caso de corrente muito alta (curto circuito) e, nessa situação, A gira no sentido indicado, liberando a abertura do par de contatos C pela ação de M2. De forma similar, R e o bimetal B são dimensionados para que este último não toque a extremidade de A dentro da corrente nominal do disjuntor. Acima dessa, o aquecimento leva o bimetal a tocar o atuador A, interrompendo o circuito de forma idêntica à do eletroímã.
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CARACTERÍSTICAS NOMINAIS DOS DISJUNTORES
Tensão Nominal (Un):
É a tensão para a qual o disjuntor foi projetado para operar em condições normais (sem perturbações). São também estipulados outros valores de tensão correspondentes a condições transitórias. Corrente nominal (In):
E a máxima corrente que um disjuntor (com um rele disparador de sobre corrente) pode conduzir indefinidamente, a uma temperatura ambiente especificada pelo fabricante, sem superar os valores limites de temperatura das partes condutoras. Capacidade nominal de interrupção de curto-circuito (Icu ou Icn):
E o maior valor eficaz (prospectivo) da correte simétrica que o disjuntor e capaz de interromper sem ser danificado. A verificação e feita em circulo 0 - 3 min –CO. Se o ciclo de religamento for de 0 – 3 min – CO-3min-CO a capacidade de interrupção será designada por Ics (corrente de interrupção em serviço) e poderá ser de 25%, 50%, 75% ou 100% de Icu. Após ensaios de interrupção os disjuntores são submetidos a outros ensaios para assegurar se: -A suportabilidade dielétrica . -O comportamento como seccionador(função secionador o de isolação). -Operação correta em proteção contra sobrecarga não foram prejudicadas. Tensão de isolação nominal (Ui):
É o valor de tensão ao qual são referidas a tensão de ensaios dielétricos(geralmente maior que 2 x Ui) e a distancia de escoamento. O valor Maximo da tensão nominal nunca pode exceder a tensão nominal de isolação isso e Ue
