A protecção das instalações eléctricas contra sobrecargas e curto-circuitos deve obedecer a regras que estão explicitas nas Regras Técnicas de Instalações Eléctricas de Baixa Tensão – RTIEBT. A selecção da corrente estipulada do aparelho de protecção contra sobrecargas faz-se comparando-a com a intensidade máxima admissível na canalização em questão, pois trata-se de regimes permanentes. A escolha da protecção contra curtos-circuitos, que são regimes de funcionamento fortuitos e bruscos, é feita comparando o tempo de corte do aparelho de protecção com o tempo que a canalização suporta essa corrente sem se danificar.
15.5.3. Protecção contra sobrecargas
A protecção contra sobrecargas de uma instalação eléctrica (seja com fusível ou com disjuntor magnetotérmico) estará assegurada se se verificarem as seguintes condições:
1) A corrente estipulada do dispositivo de protecção (In) deve ser maior ou igual à corrente de serviço da canalização respectiva (IB) e menor ou igual que a corrente máxima admissível na canalização (Iz):
IB ≤ In ≤ Iz
2) A corrente convencional de funcionamento do dispositivo de protecção (I2) deve ser menor ou igual que 1,45 vezes a corrente máxima admissível (Iz):
Iz ≤ 1,45 × Iz
Na Figura 31 representa-se uma recta de carga com as relações entre as correntes indicadas acima, com valores crescentes da esquerda para a direita.
Figura 31 · Selecção da proteção contra sobrecargas.
Do exposto, pode concluir-se que os relés tanto podem funcionar integrados em disjuntores, como independentemente deles com as funções mais variadas. Em qualquer dos casos, a função dele é sempre a de “detectar” e dar ordens. São, por isso, dois aparelhos que podem ser distintos.
Existem fundamentalmente dois tipos de disjuntores: o disjuntor magnetotérmico e o disjuntor diferencial. O cérebro de qualquer um deles é sempre um relé. Assim, no disjuntor magnetotérmico, o cérebro é a combinação de um relé eletromagnético e de um relé térmico. No caso do disjuntor diferencial, o cérebro é um relé diferencial. O disjuntor diferencial será estudado mais adiante.
EXEMPLO DE APLICAÇÃO – Pretende-se dimensionar a corrente estipulada de um disjuntor magnetotérmico para proteger, contra sobrecargas, uma canalização eléctrica constituída por condutores H07V-U, com secções de 2,5 mm2, em tubo, que vai alimentar uma máquina de lavar. A máquina de lavar tem uma corrente de serviço de 14,2 A.
RESOLUÇÃO:
1.ª condição: IB ≤ In ≤ Iz
1) Determinação de Iz: Por consulta do Quadro 28 – resumo de um dos Quadros das RTIEBT – e considerando o Método de Referência A – canalização embebida – para condutores de cobre de secção igual a 2,5 mm2, obtemos:
S = 2,5 mm2 > Iz = 19,5 A
Quadro 28 · Correntes admissíveis, em amperes, para os métodos de referência A, B e C.
2) Escolha da corrente estipulada do disjuntor: a corrente estipulada deve ser escolhida entre os valores normalizados – 6 A, 10 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, e muitos outros e ser maior ou igual que IB = 14,2 A. Logo, a corrente estipulada será de 16 A.
3) Verificação da 1.ª condição:
IB ≤ In ≤ Iz ⇔ 14,2 A < 16 A < 19,5 A
Confirma!
2.ª condição: I2 ≤ 1,45 × Iz
1) Determinação de I2: a corrente convencional de funcionamento do disjuntor de 16 A é I2 = 23 A, consultando o Quadro 29 – Resumo do Quadro 26, apresentado no número anterior da Revista.
Quadro 29 · Caraterísticas dos disjuntores.
2) Verificação da 2.ª condição:
I2 ≤ 1,45 × Iz
⇔ 23 A < 1,45 × 18,5 A ⇔ 23 A < 28 A
Confirma!
Visto que são verificadas as duas condições regulamentares, então a corrente estipulada de 16 A escolhida serve perfeitamente.
15.5.4. Escolha da proteção contra curtos-circuitos
A protecção contra curtos-circuitos das instalações eléctricas é assegurada desde que as características dos aparelhos de protecção satisfaçam simultaneamente as duas condições seguintes:
1) Regra do poder de corte – O poder de corte Pdc do aparelho de protecção não deve ser inferior à corrente de curto-circuito máxima Icc,máx presumida no ponto de localização:
Icc,máx ≤ Pdc
A corrente de curto-circuito Icc,máx presumida no local é calculada, em função das características da canalização, ou é fornecida pelo distribuidor de energia.
2) Regra do tempo de corte – O tempo de corte t resultante de um curto-circuito em qualquer ponto do circuito não deverá ser superior ao tempo correspondente à elevação da temperatura do condutor ao seu valor máximo admissível. Para curtos-circuitos de duração inferior ou igual a 5 s (cinco segundos) e >0,1s, o tempo de actuação do aparelho é obtido pela expressão:
em que:
t – tempo de corte máximo do aparelho de protecção (s)
S – secção dos condutores da canalização (mm2)
I cc,mín – corrente de curto-circuito (mínima) no extremo, mais a jusante, da canalização (A)
A constante K tem os seguintes valores:
115 – para os condutores de cobre isolados a policloreto de vinilo;
134 – para os condutores de cobre isolados a borracha para uso geral ou a borracha butílica;
143 – para os condutores de cobre isolados a polietileno reticulado ou a etileno-propileno;
76 – para os condutores de alumínio isolados a policloreto de vinilo;
89 – para os condutores de alumínio isolados a borracha butílica;
94 – para os condutores de alumínio isolados a polietileno reticulado ou a etilenopropileno;
Conforme vimos já em ponto anterior, a protecção contra curto-circuitos pode ser feita por fusível ou por disjuntor. Na Figura 32 representa-se a curva característica de um fusível e a curva de fadiga térmica da canalização a proteger. Para Icc2 > Icc1, verifica-se que o tempo de fusão do fusível (t2f) é inferior ao tempo t2c que a canalização pode suportar Icc2, pelo que a canalização fica então protegida.
Figura 32 · Curva de funcionamento de fusível e curva de fadiga térmica de uma canalização.
Na Figura 33 representa-se a curva caraterística de um disjuntor e a curva de fadiga térmica da canalização a proteger. Para Icc > Ia, verifica-se que o tempo de atuação do disjuntor é inferior ao tempo que a canalização pode suporta-la, pelo que a canalização fica então protegida.
Figura 33 · Protecção de uma canalização contra curtos-circuitos, por disjuntor magnetotérmico; C – Curva I (t) correspondente à solicitação térmica admissível nos condutores protegidos; D1 - Curva I (t) de funcionamento do disjuntor.
EXEMPLO DE APLICAÇÃO – Verifique se o disjuntor utilizado na protecção contra sobrecargas da máquina de lavar do problema anterior também protege a canalização contra curtos-circuitos, sabendo que a resistência eléctrica da canalização a montante do QE, a 20º C, é de 0,04 Ω e o comprimento da canalização que alimenta a máquina de lavar é de 8 metros.
Resolução:
a) Cálculo do poder de corte do disjuntor:
O cálculo da corrente de curto-circuito máxima exige que a resistência eléctrica de todas as canalizações seja à temperatura de 82,5º C, pelo que obtemos:
Rm,82,5ºC = Rm,20ºC × [ 1 + α . (t2 – t1)] = 0,04 × [ 1 + 0,004 × (82,5 – 20)] = 0,04 × 1,25 = 0,06 Ω
Os disjuntores a utilizar neste Quadro Elétrico devem ter, por isso, um poder de corte superior a 4,6 kA, pelo que escolheríamos um disjuntor com poder de corte normalizado de 6 kA. De acordo com as RTIEBT, este disjuntor pode ter um poder de corte inferior desde que o aparelho de proteção a montante proteja a canalização contra o excesso de corrente diferencial.
b) Cálculo de Icc,mín e do tempo de corte
A corrente de curto-circuito mínima de uma canalização é a que se verifica na extremidade mais a jusante dessa canalização, portanto junto ao receptor (neste caso, a máquina de lavar). É, por isso, necessário calcular a impedância da canalização:
Figura 34 · Correntes de curto-circuito máxima e mínima.
Quando se dá um curto-circuito, a corrente aumenta muito, pelo que a temperatura dos condutores também aumenta, fazendo aumentar também a resistência eléctrica dos condutores. Por essa razão, é necessário calcular a nova resistência eléctrica dos condutores quando se dá o curto-circuito. No cálculo de Icc,mín, considera-se a temperatura de 145º C como valor a utilizar nos condutores isolados a PVC; esta temperatura corresponde a multiplicar a resistência eléctrica, a 20º C, por um fator de 1,5. Vejamos porquê!
Zcanaliz,145ºC = Zcanaliz,,20ºC × [ 1 + α . (t2 – t1)] = 0,1728 × [ 1 + 0,004 × (145 – 20) ] = 0,1728 × 1,5 = 0,2592 Ω
A impedância a montante do QE também deve ser corrigida para a temperatura de 145º C, obtendo-se:
Zm,145ºC = Zm,,20ºC × 1,5 = 0,04 × 1,5 = 0,06 Ω
A corrente de curto-circuito mínima, no extremo da canalização, será:
O tempo máximo que a canalização suporta esta corrente de curto-circuito será:
Conclui-se que a canalização fica protegida contra curto-circuitos, pois temos: 0,1 s < t < 5 s. Em qualquer dos casos, não era necessário verificar a regra do tempo de corte visto que o disjuntor já protegia o circuito contra sobrecargas e, além disso, tínhamos escolhido um disjuntor com poder de corte superior à corrente de curto-circuito máxima Icc,Max no ponto onde está instalado (Quadro de Entrada).
A proteção simultânea contra sobrecargas e curtos-circuitos pode ser feita de duas formas:
1) Utilizando apenas um disjuntor magnetotérmico;
2) Utilizando um combinado de fusível + disjuntor.
Em locais residenciais, comerciais, locais recebendo público, gabinetes, escritórios, entre outros locais, utiliza-se geralmente o disjuntor magnetotérmico. Nas zonas fabris onde há geralmente máquinas eléctricas, utiliza-se geralmente o combinado fusível (aM) + disjuntor industrial.
AUTOR: José V. C. Matias, Licenciado em Engenharia Electrotécnica (IST), Professor do Ensino Secundário Técnico, Autor de livros técnico-didáticos de eletricidade e eletrónica
Fonte: Revista "O Electricista"