Continuando com o tema geral ‘Instalações Elétricas de Baixa Tensão’, abordamos o tema específico ‘Proteção contra sobreintensidades’ – sobrecargas e curtos-circuitos - com disjuntores magnetotérmicos, fusíveis e relés e respetivas tabelas com as correntes estipuladas e convencionais de funcionamento e não funcionamento.
15.5.2. Proteção contra sobreintensidades – continuação
B – Disjuntores magnetotérmicos
Disjuntor é, de acordo com as RTIEBT, o aparelho mecânico de conexão capaz de estabelecer, de suportar e de interromper correntes nas condições normais do circuito. Este aparelho é ainda capaz de estabelecer, de suportar num tempo especificado, e de interromper correntes em condições anormais especificadas para o circuito, tais como as correntes de curto-circuito.
Nota: Um disjuntor é, em regra, previsto para funcionar pouco frequentemente, embora certos tipos de disjuntores sejam capazes de manobras frequentes.
Na prática, um disjuntor não é mais do que um dispositivo constituído por um detetor – o relé –, por um órgão de disparo – o disparador –, que atua no interruptor e dotado ainda de meios convenientes para extinção do arco elétrico. Assim, o relé deteta o defeito e dá ordem de atuação ao disparador que atua diretamente no interruptor do circuito. Na generalidade, os disjuntores de Baixa Tensão, o relé e o disparador fundem-se num só. Nesse caso o relé-disparador atua diretamente sobre o interruptor.
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 ‘detetar’ 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.
Figura 27 · Disjuntores Magnetotérmicos.
Dada a sua importância, vamos analisar aqui o funcionamento do relé térmico e o do relé eletromagnético, os quais fazem parte da constituição do disjuntor magnetotérmico.
O relé térmico é constituído por duas lâminas metálicas diferentes, portanto de diferentes coeficientes de dilatação linear, soldadas rigidamente, conforme se exemplifica na Figura 28.
Figura 28 · Princípio de funcionamento de um relé térmico. 1 – Lâmina 1; 2 – Lâmina 2; 3 - Enrolamento; 4 – Contactos elétricos.
Quando a corrente, que percorre o enrolamento que a envolve, ultrapassa o valor nominal (ou valor de regulação) a temperatura será suficiente para encurvar a lâmina bimetálica, abrindo assim o circuito onde está inserido em série.
O relé eletromagnético é constituído por um núcleo magnético com uma armadura B que bascula em torno de um eixo (e) e fecha um ou mais contactos quando a força magnética, devida à excitação do núcleo pela bobina A, é suficientemente intensa para vencer a ação antagonista da mola m.
Figura 29 · Relé eletromagnético.
A partir do princípio de funcionamento destes dois relés, podemos facilmente concluir qual o fim a que se destina cada um deles. Assim, o relé térmico, devido à sua atuação em função do aquecimento na lâmina bimetálica, tem uma atuação lenta, sendo tanto mais lenta quanto menor for o excesso de corrente. Daí que seja utilizado na proteção de canalizações e recetores, contra sobrecargas.
O relé eletromagnético, atuando por excitação do núcleo ferromagnético provocada por um determinado valor de intensidade, será praticamente instantâneo logo que esse valor seja ultrapassado. Daí que seja utilizado na proteção de canalizações e recetores, contra curtos-circuitos.
Existe uma grande variedade de relés que permitem que se efetue previamente uma temporização, isto é, uma regulação do tempo de atraso no funcionamento – são os relés temporizados. Nesse caso o relé só atua nas condições pré-determinadas, ao fim do tempo de regulação.
Quanto ao relé diferencial referi-lo-emos mais à frente, integrado no disjuntor diferencial.
Ainda quanto ao disjuntor magnetotérmico existem dois tipos principais: disjuntor tipo industrial e disjuntor tipo doméstico.
O disjuntor tipo industrial obedece à Norma CEI 60947 e tem caraterísticas próprias para ser utilizado em zonas fabris, onde existem influências externas muito diversificadas e funcionam máquinas elétricas de diferentes tipos e regimes de funcionamento, com arranques, acelerações, paragens, entre outros. As suas caraterísticas principais são:
• Corrente estipulada In – sem limites de valor e com possibilidade de regulação em muitos disjuntores;
• Tensão estipulada Un ≤ 1000 V;
• Poder de corte – depende do valor da corrente estipulada;
• Curva caraterística – definida pelo fabricante.
O disjuntor do tipo doméstico obedece à Norma CEI 60898. As suas caraterísticas principais são:
• Corrente estipulada In – limitada a 125 A e sem possibilidade de regulação;
• Tensão estipulada Un ≤ 400 V;
• Poder de corte – depende do valor da corrente estipulada.
Os valores normalizados do poder de corte são: 1,5 kA; 3 kA; 4,5 kA; 6 kA; 10 kA; 15 kA; 20 kA; 25 kA; 50 kA; entre outros.
A Norma CEI 60898 especifica os limites de intensidade para os quais os disjuntores residenciais devem disparar, em caso de curto-circuito, os quais são:
• Curva B: 3 × In a 5 × In
• Curva C: 5 × In a 10 × In
• Curva D: 10 × In a 14 × In
Para disjuntores industriais, a Norma IEC 947 define os seguintes limites dos disjuntores:
• Curva B: 3,2 × In a 4,8 × In
• Curva C: 7 × In a 10 × In
• Curva D: 10 × In a 14 × In
Na Figura 30 representam-se as curvas caraterísticas típicas de disjuntores magnetotérmicos, com proteção contra sobrecargas e contra curtos-circuitos. A proteção contra sobrecargas é feita pela curva de tempo inverso (do térmico) que é comum às três curvas (B, C, D); a proteção contra curtos-circuitos é feita quando a corrente atinge um valor situado nos limites indicados acima. Evidentemente que cada disjuntor tem só uma das curvas (B, C ou D) indicadas na Figura, contra curtos-circuitos. As curvas B, C e D têm as seguintes aplicações:
• Curva B: é utilizada na proteção das cargas mais favoráveis, como cargas resistivas, aquecimento, e outros;
• Curva C: é utilizada principalmente na proteção de tomadas de corrente e iluminação fluorescente;
• Curva D: é utilizada na proteção de cargas bastante indutivas, com correntes de arranque elevadas (motores elétricos potentes, por exemplo), transformadores, entre outros.
Figura 30 · Curvas B, C, D do funcionamento de um disjuntor magnetotérmico.
Tal como o fusível gG, também o disjuntor magnetotérmico é caraterizado pelas grandezas In, Inf e I2, com as seguintes definições:
• Corrente estipulada In de um disjuntor é o valor da corrente para o qual o disjuntor não atua;
• Corrente convencional de funcionamento I2 é o valor de corrente para o qual o disjuntor deve atuar durante o tempo convencional;
• Corrente convencional de não funcionamento Inf é o valor de corrente para o qual o disjuntor só deve atuar depois de expirar o tempo convencional.
Os valores de In, Inf e I2, bem como os tempos convencionais são indicados nos Quadros 25 e 26.
Quadro 25 · Tempos convencionais dos disjuntores do tipo doméstico.
Quadro 26 · Caraterísticas dos disjuntores.
No Quadro 27 comparam-se as caraterísticas dos dois tipos de disjuntores de Baixa Tensão – doméstico e industrial.
Quadro 27 · Caraterísticas dos disjuntores de Baixa Tensão.
José V. C. Matias
Licenciado em Engenharia Electrotécnica (IST)
Professor do Ensino Secundário Técnico
Autor de livros técnico-didáticos de eletricidade e eletrónica
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Nota: o autor opta por escrever de acordo com o novo Acordo Ortográfico