aula 12 seleÇÃo e dimensionamento de ......iecetec acionamentos elétricos 68 aula 12 seleÇÃo e...

IECETEC Acionamentos elétricos

68

AULA 12

SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE DISPOSITIVOS DE MANOBRA E PROTEÇÃO

1- Introdução

O dimensionamento e a especificação correta de materiais, equipamentos e dispositivos constituem fatores determinantes no desempenho de uma instalação industrial. Materiais e equipamentos não especificados corretamente podem acarretar sérios as pessoas bem como comprometer a instalação sob a ótica da confiabilidade. É Importante ressaltar que os materiais utilizados devem ser de qualidade, confeccionados dentro das determinações das normas técnicas. Se esta determinação não for seguida, de pouco adiantará o dimensionamento feito pelo projetista. Materiais de má qualidade afetam a segurança e o desempenho da instalação, por mais simples que seja. O outro ponto importante a ser ressaltado que todo trabalho de dimensionamento dever feito a luz das normas técnicas vigentes.

2- Contator Parâmetros para seleção

Nota: Categorias de emprego de contatores conforme IEC 947-4 Por meio da categoria de emprego são definidas as condições para estabelecer e interromper a corrente e a tensão nominal de serviço correspondente para a utilização em condições normais de operação do contator nos mais diversos tipos de aplicação para CA e CC.

3- Requisitos básicos de uma proteção elétrica Para que o sistema de proteção atinja a finalidade a que se propõe ele deve obedecer aos seguintes requisitos básicos:


69

I. Seletividade É a capacidade que possui o sistema de proteção de

selecionar a parte danificada do circuito e retirá‐la de serviço sem alterar os circuitos em condições normais;

II. Coordenação Ato ou efeito de dispor dois ou mais dispositivos de

proteção em série, de forma a atuarem em uma sequência de operação preestabelecida garantindo a seletividade da proteção;

III. Rapidez Capacidade de resposta dentro do menor tempo possível de modo a assegurar a continuidade do suprimento e a manutenção de condições normais de operação das partes não afetadas;

IV. Sensibilidade Capacidade de identificar uma condição anormal que excede um valor limite ou de pick-up para a qual inicia‐se uma ação de proteção. É a capacidade de resposta dentro de uma faixa esperada de ajuste, ou seja, é a

capacidade da proteção responder às sobrecargas e aos curtos-circuitos para os quais foi projetada;

V. Confiabilidade Probabilidade de um componente, equipamento ou

sistema funcionar corretamente quando sua atuação for requerida. A confiabilidade tem dois aspectos: * Confiança: É a certeza de uma operação correta mediante a ocorrência de uma falta. * Segurança: É a certeza de não haver operação indesejada.

4- Prescrições básicas das proteções contra sobrecorrentes em instalações industriais

Sobrecarga • Interroper as correntes de sobrecarga nos condutores dos circuitos e motores de modo a evitar o aquecimento da isolação dos fios e enrolamento dos motores;


70

• Dispositivos para proteção de motores não devem ser sensíveis a corrente de carga absorvida pelo mesmo; • A proteção de motores deve ter características compatíveis com o regime de corrente de partida, tempo admissível com rotor bloqueado e tempo de aceleração do motor.

Curto‐Circuito • Os dispositivos de proteção devem ter sua capacidade de interrupção ou de

ruptura igual ou superior ao valor da corrente de curto‐circuito presumida (calculada) no ponto de sua instalação; • A energia que o dispositivo de proteção deve deixar passar não pode ser superior à energia máxima suportada pelos dispositivos e condutores situados a jusante; • Os circuitos terminais que alimentam um só motor podem ser protegidos contra

curtos-circuitos utilizando‐se fusíveis do tipo NH ou diazed com retardo de tempo ou disjuntores.

5- Integral de Joule

Quando se trata de corrente de sobrecarga, o seu módulo é inferior ao módulo relativo à corrente de curto-circuito. Por esta razão, as correntes de falta costumam ser analisadas por processos mais detalhistas, como a integral de Joule. Este método é bastante representativo na análise matemática dos efeitos térmicos desenvolvidos pelas correntes de curto-circuito (MAMEDE).

∫ |𝑖(𝑡)|2. 𝑑𝑡 ≤ 𝐼𝑐𝑠2 𝑇

𝑡

0

Sendo:

𝐼𝑐𝑠2 : corrente de falta que atravessa o dispositivo de proteção (A)

𝑇: Tempo de duração da corrente de falta (s) Nota A integral de Joule de cabos e proteção é designada normalmente através ensaios de curto-circuito.

Característica da integral de joule típica de cabos de BT

A integral de joule é definida como “a energia necessária para elevar a temperatura de operação em serviço

contínuo até a temperatura de curto‐circuito”.

𝑱/Ω = 𝑨𝟐. 𝒔

Capacidade de corrente do cabo que nessas condições atinge a temperatura máxima para serviço contínuo.

Valor limite da corrente para a qual o aquecimento do condutor é adiabático, ou seja, sem troca de calor entre o condutor e a isolação.


71

A NBR 5410:2004 estabelece que a integral de joule a qual o dispositivo de proteção deve deixar passar não deve ser superior à integral de Joule necessária para aquecer o condutor desde a temperatura máxima de serviço contínuo até a

temperatura limite de curto‐circuito, ou seja:

∫ |𝑖(𝑡)|2. 𝑑𝑡 ≤ 𝐾2𝑆2𝑡

0

𝐾2𝑆2: Integral de joule para aquecimento do condutor desde a temperatura máxima para serviço contínuo até a temperatura de curto-circuito, admitindo-se aquecimento adiabático, sendo:

𝐾: 115 para condutores de cobre com isolação de PVC. 𝐾: 143 para condutores de cobre com isolação de EPR ou XLPE. 𝑆: seção do condutor (mm )

Para curto‐circuitos de qualquer duração, onde a assimetria da corrente não seja significativa, e para curtos‐circuitos simétricos de duração igual ou superior a 0,1s e igual ou inferior a 5s, pode‐se escrever:

𝐼𝑐𝑠2 . 𝑇 ≤ 𝐾2. 𝑆2 → 𝑇 ≤

𝐾2. 𝑆2

𝐼𝑐𝑠2

𝐼𝑐𝑠 :corrente de falta presumida simétrica (A) 𝑇: Tempo de duração da corrente de falta sendo 0,1 T 5 (s).

6- Proteção por dispositivo de proteção à corrente diferencial‐residual Fornece segurança à vida dos usuários de energia elétrica quando a instalação está protegida por um dispositivo dimensionado para uma corrente de fuga no valor não superior a 30 mA. Os dispositivos DR podem ser utilizados na proteção contra contatos indiretos qualquer que seja o sistema de aterramento utilizado, podendo ser utilizado tanto dispositivos de alta como de baixa sensibilidade, lembrando que os dispositivos de alta sensibilidade constituem proteção adicional contra contatos diretos. Nas instalações com esquema TT o DR é o único meio viável para proteção contra contatos indiretos, o mesmo ocorrendo com instalações alimentadas por rede pública em baixa tensão com esquema TN-C-S. A NBR 5410 admite, neste esquema, o uso de um único dispositivo DR, instalado na origem da instalação, proporcionando uma proteção geral contra contatos indiretos. Assim, nas unidades de consumo alimentadas por rede pública em baixa tensão, o dispositivo poderia ser localizado junto ao medidor, isto é: • na caixa de entrada de unidades isoladas (residências e pequenos estabelecimentos comerciais), conforme se observa na figura;


72

Instalação de um único DR em unidade isolada

no centro de medição de prédios com várias unidades (prédios comerciais ou residenciais e shopping centers), conforme se observa na figura a seguir;

Instalação de um único DR em um prédio com várias unidades.

Nota: Esquema de aterramento TT

É importante observar que: I. o DR único deverá ser, na maioria dos casos, de alta sensibilidade, tendo em

vista as necessidades de proteção adicional contra contatos diretos, como no caso de circuitos de tomadas de banheiros;


73

II. para que seja viável a utilização de único DR de alta sensibilidade é fundamental que ele não atue com a corrente de fuga total normal da instalação; por exemplo, no caso de um DR de 30 mA, a corrente de fuga em condições normais não deve ultrapassar 15 mA;

III. o surgimento de uma falta fase-massa que provoque o aparecimento de uma tensão de contato perigosa fará o dispositivo atuar, desligando toda a instalação. Assim, o uso de único DR é, via de regra, uma solução aplicável a instalações de pequeno e médio porte (tipicamente apartamentos de até 3 dormitórios). Quando não for possível ou recomendável utilizar um único DR, duas são as soluções mais indicadas:

instalar um DR de baixa sensibilidade como proteção geral (na origem ou quadro de distribuição da instalação) e disjuntores DR de alta sensibilidade nos circuitos terminais, conforme se vê na abaixo;

Instalação de DR na entrada e em circuitos terminais

instalar um interruptor DR em cada derivação da instalação, isto é, em cada um dos circuitos de distribuição, se existir mais de um, ou em cada subdivisão feita no próprio quadro, conforme se observa abaixo:

Instalação de DRs em cada subdivisão da instalação.

Dimensionamento No dimensionamento dos dispositivos DRs, a corrente nominal do dispositivo deve ser igual ou maior que o valor da corrente nominal do dispositivo de proteção


74

utilizado contra sobrecorrente. A Tabela apresenta exemplos de valores dos dispositvos DRs.

Curva tempo x corrente das reações fisiológicas

dos seres humanos.

zona 1: Não provoca distúrbios perceptíveis. zona 2: não provoca distúrbios fisiológicos prejudiciais. zona 3: provoca distúrbios fisiológicos sérios, porém reversíveis, tais como parada cardíaca, parada respiratória e contrações musculares. zona 4: provoca distúrbios fisiológicos graves e geralmente irreversíveis, tais como fibrilação cardíaca e parada respiratória. zona 5: representa a faixa de atuação do dispositivo de proteção DR para a corrente de fuga de 30mA.

7- Relé térmico O relé térmico não deve ser dimensionado com a corrente nominal do circuito situada no extremo superior de sua faixa de ajuste, pois se houver necessidade de o motor ser usado com o fator de serviço acima de, o relé não permitirá tal corrente mesmo que o motor suporte essa situação. O ajuste da corrente no relé é dado por:


75

𝑰𝒓 = 𝟏, 𝟏𝟓 𝒂𝒕é 𝟏, 𝟐𝟓 𝑰𝒏 Sendo:

𝑰𝒓: Corrente de ajuste do relé térmico; 𝑰𝒏: Corrente nominal do motor. No caso de motores com fator de serviço igual ou superior a 115% ou motores com elevação de temperatura admissível de 40º C, o ajuste pode ser até 125% da corrente nominal. Nos demais casos os relés térmicos devem ser ajustados em 115% da corrente nominal do motor. Os relés térmicos atuam com base em curvas de tempo x corrente tipo inverso. As curvas características de disparo reproduzem a relação entre tempo de disparo e a

corrente de disparo na forma de múltiplos da corrente de ajuste 𝐼𝑟 e são indicadas para cargas tripolares simétricas e para cargas bipolares a partir do estado a frio. A menor corrente na qual haverá um desligamento é chamada de corrente limite de disparo. Essa deve se situar em limites pré-determinados estabelecidos de acordo com a norma IEC 60947-4-1. A curva a seguir mostra valores médios da faixa de tolerância, com temperatura ambiente de 20 ºC partindo do estado frio. Ela mostra o tempo de disparo em relação à corrente nominal. Para uma temperatura de operação diferente, o tempo de disparo do relé térmico reduz-se para aproximadamente 25% do apresentado.

Tempo de Atuação da unidade térmica:

𝑴 =𝑰𝒓𝑰𝒏

𝑴: Múltiplo da corrente ajustada; 𝑰𝒓 :Corrente de ajuste da unidade térmica (A);

𝑰𝒏: Corrente "sentida" pelo relé (A). De maneira geral (serviço contínuo do motor – S1), temos:

𝑰𝒓 ≥ 𝑰𝒏 e 𝑰𝒓 ≤ 𝑰𝒄𝒏 𝑻𝒓𝒃 ≥ 𝑻𝒓 > 𝑻𝒑𝒎

𝑰𝒄𝒏: Corrente nominal do condutor (A); 𝑻𝒑𝒎: Tempo de partida do motor (s);

𝑻𝒓: Tempo de atuação do relé; 𝑻𝒓𝒃: Tempo de rotor bloqueado (s).

8- Disjuntor Termomagnético

Parâmetros elétricos: • Corrente nominal: circula permanentemente no disjuntor sem causar sua atuação;


76

• Tensão nominal: é aquela à qual estão referidas a capacidade de interrupção e asdemais características nominais do disjuntor.

• Capacidade nominal de interrupção de curto‐circuito: é a máxima corrente presumida de interrupção, de valor eficaz, que o disjuntor pode interromper, operando dentro de suas características nominais de tensão e frequência. Curva característica

9- Fusível I. O tempo de fusão: Os fusíveis devem suportar sem fundir o pico de corrente

de partida de um motor. Com os valores da corrente de pico e o tempo de partida do motor, pode se dimensionar o fusível através da consulta da sua curva característica;

II. Deve dimensionar o fusível para uma corrente superior a 20% da nominal do motor, evitando que um envelhecimento prematuro ocorra, aumentando sua vida útil.

Exemplo de curva de atuação de fusível


77

10- Coordenação Quando dois ou mais dispositivos de proteção contra sobrecorrente forem instalados em série, suas características de atuação devem ser escolhidas de modo que, no caso de circulação de uma sobrecorrente no circuito situado mais a jusante, só atue o dispositivo que protege esse circuito. Assim, no caso exposto na figura abaixo, o dispositivo B é seletivo em relação ao dispositivo A, instalado a montante se, em caso de falta em um ponto a jusante de B, só atue o dispositivo B.

Para obter essa coordenação, algumas regras práticas podem ser adotadas para as diferentes formas de ligação de dispositivos de proteção. Os itens seguintes apresentam as diferentes formas de ligação dos dispositivos de proteção e as condições que garantem uma boa coordenação da proteção.

I. Fusível em série com fusível. A figura abaixo apresenta um fusível em série com outro fusível.

Para se garantir a coordenação entre os dois fusíveis, suas curvas características devem ser similares aquelas apresentadas a da figura.

Percebe-se que as curvas nunca se cruzam, o que garante uma coordenação. Na prática, é interessante adotar o fusível a montante com a seguinte relação de corrente de atuação com o fusível situado a jusante:

Inominal do fusível a montante ≥ 1,6 x Inominal do fusível a jusante.


78

II. Fusível em série com disjuntor termomagnético. A figura apresenta um fusível em série com um disjuntor termomagnético.

Para se garantir a coordenação entre o fusível e o disjuntor, suas curvas características devem ser similares aquelas apresentadas anteriormente.

Tatuação do fusível ≥ Tatuação do disjuntor + 50ms

III. Disjuntor termomagnético em série com fusível

Curvas características de disjuntor em série com fusível

Tatuação do disjuntor ≥ Tatuação do fusível + 100ms IV. Disjuntor em série com disjuntor


79

Curvas características de disjuntor em série com disjuntor

Tatuação do disjuntor1 ≥ Tatuação do disjuntor2 + 150ms Iatuação do relé eletromagnético do disj. 1 ≥ 1,25* Iatuação do relé

eletromagnético do disj. 2

aula 12 seleÇÃo e dimensionamento de ......iecetec acionamentos elétricos 68 aula 12 seleÇÃo e...

Documents