Disjuntores e interruptores de Baixa Tensão

Publicado: 19 de outubro de 2017 Categoria: Artigos técnicos

Tanto disjuntores como interruptores são mecanismos que constante marcam presença no dia-a-dia dos nossos profissionais. Mas será que conhece o seu funcionamento tão bem quanto pensa? Descubra tudo em mais um artigo técnico da autoria de Eng.º Manuel Bolotinha.

Disjuntores e interruptores de Baixa Tensão

1. DISJUNTORES DE BAIXA TENSÃO

Os disjuntores de baixa tensão (BT¹) são equipamentos de corte, manobra e protecção, cuja principal função é a protecção dos circuitos de utilização e de alimentação de quadros eléctricos e dos equipamentos contra sobrecargas e curto-circuitos, incorporando para tal disparadores adequados para essa função

As características, dimensionamento, instalação e ensaios dos disjuntores BT obedecem a um conjunto de documentos legais – os Regulamentos, devendo em Portugal devem ser observado o seguinte:

RTIEBT (Regras Técnicas das Instalações Eléctricas em Baixa Tensão) – Portaria nº 949-A/2006 de 11 de Setembro.

As normas habitualmente utilizadas para a definição das características e ensaios destes equipamentos são:

NP e NP EN (Normas Portuguesas e Normas Portuguesas Harmonizadas com as Normas Europeias)
EN (Normas Europeias)
IEC (International Electrical Commission), designadamente
- 60038 – IEC standard voltages:
- 60364 – Electrical installations for buildings
- 60439 – Low voltage switchgear and controlgear assemblies
- 60947 – Low voltage switchgear and controlgear
- 61912 – Low voltage switchgear and controlgear – overcurrent protection devices
- 60934 – Circuit breaker for equipments (CBE)
- 60898 – Electrical accessories – Circuit breaker for overcurrent protection for household and similar installations
- 60755 – General requirements for residual current operated devices
- 61000 – Electromagnetic compatibility (EMC)
- 60529 - Degrees of protection provided by enclosures (IP Code)
- 62262 - Degrees of protection provided by enclosures for electrical equipment against external mechanical impacts (IK code)

Os disparadores dos disjuntores BT são dos seguintes tipos:

Térmicos, com elementos bimetálicos)², para a protecção contra sobrecargas (designação TO, de acordo com a Norma IEC 60934).
Magnéticos, por meio de um solenoide, para a protecção contra curto-circuitos (designação MO, de acordo com a Norma IEC 60934).
Uma combinação de ambos (designação TM, de acordo com a Norma IEC 60934).

Os disjuntores BT podem ainda ser equipados com disparadores sensíveis à corrente diferencial-residual, para protecção das pessoas contra defeitos à terra (protecção diferencial – ver Capítulo 3).

As curvas Tempo-Corrente permitem determinar a rapidez do disparo do disjuntor em função do valor da corrente, estando divididas em duas partes, como se mostra na Figura 1:

Componente da protecção contra sobrecargas (parte superior da curva).
Componente da protecção contra curto circuitos (parte inferior da curva).

Figura 1 – Curva típica Tempo-Corrente de um disjuntor BT

Estas curvas são apresentadas em bandas, podendo a actuação do disjuntor acontecer para qualquer valor situado no interior da banda. Os tipos de curvas habituais, de acordo com as Normas IEC 60898 e 60947 são:

Tipo B: limiar de disparo magnético muito baixo (utilizável em circuitos muito longos com correntes de curto-circuitos de valor reduzido).
Tipo C: o seu limiar de disparo magnético permite-lhe a utilização na maioria das situações comuns.
Tipo D: limiar de disparo magnético alto permite utilizá-lo na protecção de circuitos com elevadas pontas de corrente de arranque, como é, por exemplo o caso dos motores.

Existem ainda disjuntores destinados exclusivamente à protecção de motores, dos seguintes tipos:

Disjuntores magnéticos: estes disjuntores dispõem apenas de disparadores magnéticos, destinados à protecção contra curto-circuitos, sendo utilizados em associação com relés térmicos. O disjuntor não dispara em caso de sobrecarga e suporta os picos de corrente provocados pelo arranque do motor.
Disjuntores-motor: estes disjuntores dispõem de disparadores térmicos reguláveis, destinados à protecção de sobrecargas e disparadores magnéticos, destinados à protecção contra curto-circuitos.

Nos disjuntores BT o corte é feito no ar, fazendo-se a extinção do arco numa câmara própria para o efeito (por divisão do arco eléctrico).

Podem ter 1, 2, 3 ou 4 pólos (nos disjuntores de 2 e 4 pólos de corrente alternada, o pólo do condutor de neutro não tem habitualmente disparador).

Na Figura 2 mostra-se um exemplo da câmara de corte de um disjuntor BT.

Figura 2 – Câmara de corte de um disjuntor BT

As características dos disjuntores BT são:

Tensão estipulada³
- Corrente alternada: 60; 120; 240/120; 220; 230; 240; 380/220; 400/230; 415/240; 380; 400; 415; 440 V.
- Corrente contínua: 12; 24; 48; 60; 120; 240; 250 V.
Corrente estipulada (I_n) – de 2 A a 6300 A, dependendo do modelo.
Poder de corte estipulado – até 150 kA, dependendo do modelo e da corrente estipulada.
Corrente convencional de funcionamento (I_f) – corrente mínima que provoca a actuação do disjuntor.
Corrente convencional de não funcionamento (I_nf) – valor da corrente que o disjuntor é capaz de conduzir sem actuação, durante um tempo definido (designado por tempo convencional), expresso como um múltiplo de I_n (exemplo: I_nf = 1,25xI_n).

Os disjuntores BT são habitualmente instalados em quadros eléctricos BT e são construídos basicamente em três modelos:

Disjuntores modulares (ou miniatura), designados pela sigla inglesa MCB (Miniature circuit breaker): para correntes estipuladas entre 2 A e 100 A; são normalmente montados em calha DIN (Figura 3).
Disjuntores compactos (ou em caixa moldada), designados pela sigla inglesa MCCB (Molded case circuit breaker): para correntes estipuladas entre 125 A e 2500/3200 A (Figura 4).

Disjuntor para correntes elevadas: para correntes estipuladas entre 2500/3200 A e 6300 A (Figura 5).

Figura 3 – Disjuntor BT modular montado em calha DIN

Figura 4 – Disjuntor BT compacto

Figura 5 – Disjuntor BT para correntes elevadas

Os disjuntores BT são habitualmente comandados local e manualmente, mas para aplicações específicas (por exemplo, paralelo de transformadores) podem ser motorizados e comandados à distância e automaticamente.

A selectividade entre disjuntores pode ser definida como a coordenação entre eles, para que um defeito seja eliminado pelo disjuntor imediatamente localizado a montante do ponto de defeito, e apenas por esse.

São utilizados dois princípios para estabelecer a selectividade:

Discriminação em corrente.
Discriminação em tempo.

A discriminação em corrente é utilizada para as protecções contra sobrecargas, garantindo-se habitualmente a selectividade se a relação da regulação dos disparadores térmicos de dois disjuntores consecutivos for igual ou superior a 1,6.

A discriminação em tempo é utilizada para as protecções contra curto-circuitos, garantindo-se habitualmente a selectividade se a relação da regulação dos disparadores magnéticos de dois disjuntores consecutivos for igual ou superior a 1,5.

2. INTERRUPTORES DE BAIXA TENSÃO

Os interruptores BT são equipamentos de corte e manobra, utilizados habitualmente para isolamento dos circuitos, com capacidade para o estabelecimento e a interrupção da corrente de serviço, fazendo-se a extinção do arco no ar, numa câmara própria para o efeito.

Os interruptores BT obedecem aos mesmos regulamentos e normas que os disjuntores BT, são também habitualmente instalados em quadros eléctricos BT e podem, tal como os disjuntores BT, ser equipados com disparadores sensíveis à corrente diferencial-residual.

Os interruptores BT podem ter 1, 2, 3 ou 4 pólos (nos interruptores de 2 e 4 pólos de corrente alternada) e as suas características são:

Tensão estipulada.
- Corrente alternada: 60; 120; 240/120; 220; 230; 240; 380/220; 400/230; 415/240; 380; 400; 415; 440 V.
- Corrente contínua: 12; 24; 48; 60; 120; 240; 250 V.
Corrente estipulada (I_n) – de 20 A a 6300 A, dependendo do modelo.

Os interruptores BT são construídos basicamente em três modelos:

Interruptores modulares: para correntes estipuladas entre 20 A e 125 A; são normalmente montados em calha DIN.
Interruptores compactos: para correntes estipuladas entre 125 A e 2500/3200 A.
Interruptor para correntes elevadas: para correntes estipuladas entre 2500/3200 A e 6300 A.

Os interruptores BT são habitualmente comandados local e manualmente, mas para aplicações específicas (por exemplo, nos inversores automáticos rede-grupo ou no deslastre de cargas) podem ser motorizados e comandados à distância e automaticamente.

3. DISPARADORES SENSÍVEIS À CORRENTE DIFERENCIAL-RESIDUAL (PROTECÇÃO DIFERENCIAL)

Como referido anteriormente os disjuntores e interruptores BT podem ser equipados com disparadores sensíveis à corrente diferencial-residual, para protecção das pessoas contra defeitos à terra.

Estes dispositivos de corte e protecção são designados por disjuntores diferenciais e interruptores diferenciais, respectivamente, sendo o seu princípio de funcionamento ilustrado na Figura 6.

Figura 6 – Princípio de funcionamento dos dispositivos à corrente residual-diferencial

Em situações normais, sem defeito, verifica-se que a soma das correntes que é vista pelo toro é nula, isto é:

I₁+I₂+I₃+I_N = 0

Em caso de defeito tal não acontece, isto é:

I₁+I₂+I₃+I_N ≠ 0 I₁+I₂+I₃+I_N = -I_F

Para além das características definidas nos capítulos anteriores para os disjuntores e interruptores BT, outra característica que é necessário considerar nestes dispositivos é a corrente residual-diferencial estipulada (I_Δn), que em Portugal, de acordo com as RTIEBT é definida como a “soma algébrica dos valores instantâneos das correntes que percorrem todos os condutores activos de um circuito num dado ponto da instalação eléctrica” em situação de defeito fase-terra.

Os dispositivos sensíveis à corrente residual-diferencial estão divididos em três grupos, de acordo com os valores daquela corrente:

Alta sensibilidade: 6; 10; 30 mA.
Média sensibilidade: 100; 300; 500; 1000 mA.
Baixa sensibilidade: 3; 10; 30 A.

A sensibilidade dos disjuntores e interruptores diferenciais BT a adoptar depende do tipo de circuito e do tipo de local, encontrando-se, em Portugal, os seus valores máximos definidos nas RTIEBT.

Ainda segundo este regulamento, nas instalações e circuitos sem condutor de protecção (PE), a utilização de dispositivos diferenciais, ainda que de corrente diferencial-residual estipulada I_Δn ≤ 30 mA, não deve ser considerada como uma medida de protecção suficiente contra os contactos indirectos.

Manuel Bolotinha, MSc, é licenciado em Engenharia Electrotécnica (Ramo de Energia e Sistemas de Potência) pelo IST/UL – 1974 – e Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores pela FCT-UNL – 2017.
A sua actividade profissional desenvolve-se nas áreas do projecto, fiscalização de obras e gestão de contratos de empreitadas de instalações eléctricas de alta média e baixa tensão, não só em Portugal, mas também em África, na Ásia e na América do Sul.
É membro Sénior da Ordem dos Engenheiros e membro do IEEE, Formador Profissional, credenciado pelo IEFP, conduzindo cursos de formação, de cujos manuais é autor, em Portugal, África e Médio Oriente e autor de diversos artigos técnicos publicados em Portugal e no Brasil e de livros técnicos, em português e inglês, e tem proferido palestras na OE, ANEP, FCT-UNL, IST e ISEP.

[1] BT: U ≤ 1 kV (ca), de acordo com o estipulado na Norma IEC 60038 – IEC standard voltages.
[2] Os elementos bimetálicos são constituídos por dois metais diferentes, com coeficientes de dilatação diferentes. Quando ocorre uma sobrecarga a dilatação dos metais provoca um “encurvamento” da placa bimetálica, que origina o disparo do disjuntor.
[3] Valor estipulado (para equipamentos): Valor de uma grandeza fixado, em regra, pelo fabricante para um dado funcionamento especificado de um componente, de um dispositivo ou de um equipamento; este valor corresponde ao anteriormente designado por “valor nominal”, designação que actualmente é apenas utilizada para redes.