UNIVERSIDADE ESTADUAL DO PIAUÍ – UESPI

CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – CTU

CURSO: ENGENHARIA ELÉTRICA – BLOCO: 07

DISCIPLINA: INSTALAÇÕES ELÉTICAS I – PROF.: RAFAEL

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PROTEÇÃO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

AUGUSTO AYRES LIMA

EDUARDO PINHO VANDERLEY FERREIRA

TERESINA, JULHO DE 2010

Sumário

1. Introdução 4

2. Proteção contra efeitos térmicos 5

2.1 Definição 5

2.2 Medidas de prevenção 5

2.3 Exemplo de dispositivo de proteção 6

2.3.1 DSI – Dispositivo supervisor de isolamento 6

3. Proteção contra choques elétricos 7

3.1Dispositivos DR 7

3.1.1 Tipos de DRs 7

3.1.2 Funcionamento do DR 7

3.1.3 Componentes do DR 7

3.1.4 Classificação dos DRs 8

4. Proteção contra sobretensões 8

4.1Definição 8

4.2Efeito das descargas atmosféricas 8

4.3DPS 9

4.3.1 Curva do óxido de zinco 10

4.3.2 Locação do dispositivo 10

5. Proteção contra sobrecorrentes 10

5.1 Definição 10

5.1.1 Corrente de sobrecarga 11

5.1.2 Corrente de curto-circuito 11

5.2 Omissão de proteção 11

5.2.1 Caso corrente sobrecarga 11

5.2.2 Caso corrente curto-circuito 11

5.3 Locação dos dispositivos 12

5.4 Exemplos de dispositivos 12

5.4.1 Fusíveis 12

5.4.1.1 Tipos de fusíveis 12

5.4.1.2 Fusível rápido e retardado 12

5.4.1.3 Fusível rolha, cartucho ou faca 13

5.4.1.4 Fusível NH 13

2

5.4.1.5 Fusível DIAZED 13

5.4.1.6 Fusível NEOZED 14

5.4.2 Disjuntores termomagnéticos 14

5.4.2.1 Classificação 14

5.4.2.2 Tipos 15

5.4.2.3 Dimensionamento 15

5.4.2.4 Principais parte de um disjuntor 16

5.4.2.5 Atuação do disjuntor 16

6 Conclusão 17

7 Bibliografia18

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1. Introdução

No trabalho a seguir serão descritas algumas formas de proteção de circuitos elétricos

de acordo com a norma NBR 5410, responsável por normatizar todo o esquema de instalações

elétricas d baixa tensão.

Vai-se discutir na próximas páginas as seguintes proteções:

• Proteção contra efeitos térmicos

• Proteção contra choques elétricos

• Proteção contra sobretensões

• Proteção contra sobrecorrentes

Vai-se ressaltar a importância de proteger não só as instalações, bem como pessoas

equipamentos e animais contras esses quatro tipos de perigo .

4

2. Proteção contra efeitos térmicos

2.1 Definição

A NBR 5410 diz que:

“... as pessoas, bem como os equipamentos e materiais fixos adjacentes a

componentes da instalação elétrica devem ser protegidos contra os efeitos térmicos

prejudiciais que possam ser produzidos por esses componentes, tais como:

a) risco de queimaduras;

b) combustão ou degradação dos materiais;

c) comprometimento da segurança de funcionamento dos componentes

instalados.”

A fim de que isso aconteça, a norma define, ao longo de suas páginas diversas

medidas de proteção que devem ser tomadas: elas vão desde a locação dos equipamentos no

espaço físico até a isolação e disposição do cabeamento de energia e das máquinas

propriamente ditas.

2.2 Medidas de prevenção

De maneira geral, os componentes da instalação não devem representar perigo de

incêndio para os materiais adjacentes.

Equipamentos cujas componentes externas possam atingir altas temperaturas devem

estar devidamente isolados termicamente ou afastados o suficiente de equipamentos que

possam ser afetados por está elevação.

Equipamentos suscetíveis de produzir arcos ou centelhamento devem ser isolados,

pelos devidos materiais (que devem ser incombustíveis, apresentar baixa condutividade

térmica e possuir espessura capaz de assegurar estabilidade mecânica), dos equipamentos que

possam ser prejudicados ou afastados o suficiente dos mesmos.

Referindo-se agora a rotas de fuga em casos de incêndios também recebem

recomendações nesse sentido. Por exemplo:

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As linhas elétricas não devem ser dispostas em rota de fuga (vias de escape), a menos

que fique garantido, pelo tempo especificado nas normas aplicáveis a elementos

construtivos de saídas de emergência, ou por 2 h na inexistência de tais normas:

a) que a linha elétrica não venha a propagar nem contribuir para a propagação de

um incêndio;

b) que a linha elétrica não venha a atingir temperatura alta o suficiente para

inflamar materiais adjacentes.

A linha deve ser tão curta quanto possível

As partes acessíveis de componentes da instalação posicionados dentro da zona de

alcance normal não devem atingir temperaturas que possam causar queimaduras em

pessoas

Essas são apenas alguns exemplos, mas diversas outras recomendações são feitas.

2.3 Exemplo de dispositivo de proteção

2.3.1 DSI - Dispositivo Supervisor de Isolamento

O dispositivo supervisor de isolamento (DSI) é o dispositivo exigido pela NBR 5410

para monitorar permanentemente a resistência de isolamento e indicar a primeira falta à massa

ou à terra.

Em out trás palavras, ele supervisiona a resistência de isolamento em cargas

temporariamente ou a maior parte do tempo desenergizadas alimentadas por sistemas TT, TN

ou IT. Durante o estado desenergizado fatores como umidade, por exemplo, podem provocar

falhas de isolamento na fiação ou carga, as quais podem passar despercebidas. A ligação do

equipamento pode levar à comutação do dispositivo de proteção ou mesmo ocasionar fogo no

motor impossibilitando o uso do equipamento.

Após a detecção da falha na isolação o dispositivo sinaliza com alarme sonoro ou

visual, quando não os dois.

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3. Proteção contra choques elétricos

3.1 Dispositivos DR

• São dispositivos que se referem a proteção diferencial-residual.

• Tem a função de evitar que as correntes de fuga à terra sejam transmitidas ao

ser humano.

• Dispositivos mais caros que os normais

3.1.1 Tipos de DRs

• Os dispositivos DR mais comuns são:

• Interruptores diferencial-residuais

• Disjuntores com proteção diferencial-residual incorporada

• Tomadas com interruptor DR incorporado

3.1.2 Funcionamento do DR

• Medição permanente da soma vetorial das correntes que existem em um

circuito

• Essa soma vetorial deve ser aproximadamente 0

• Quando ocorrem correntes de fuga a terra, essa soma vetorial é modificada

• O dispositivo desliga o circuito em questão.

• Uma pessoa tem contato direto com um circuito energizado

• A soma vetorial das correntes é modificada como se acorresse corrente de fuga

a terra.

• O Dispositivo desliga o circuito em questão ou toda a alimentação.

3.1.3 Componentes do DR

• Um TC de detecção, toroidal, sobre o qual são enrolados, de forma idêntica,

cada um dos condutores do circuito, e que acomoda também o enrolamento de

detecção, responsável pela medição das diferenças entre as correntes dos diferentes

condutores.

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• Um elemento de "processamento" do sinal e que comanda o disparo do DR,

geralmente designado relé diferencial ou relé sensível.

3.1.4 Classificação dos DR

• O modo de funcionamento;

– dependente ou não de fonte auxiliar.

• A sensibilidade;

– baixa/alta

• Os tipos de correntes de falta detectáveis

• As características de atuação.

– instantânea/temporizada

• Número de pólos.

– unipolar, bipolar, etc.

4. Proteção contra sobretensões

4.1 Definição

São elevações anormais de tensão que ocorrem em um sistema. Suas origens dão-se

basicamente em duas fontes:

Manobras da instalação ou do sistema elétrico ou etc...

Descargas atmosféricas

As descargas atmosféricas, ou raios, é a forma mais facilmente vista de surtos de

tensão em instalações. É mais difícil encontrar equipamentos ou uma manobra em uma

instalação que possa causar esse tipo de surto.

Sendo o raio a forma mais comum então, vamos a ele.

4.2 Efeito das descargas atmosféricas

As descargas atmosféricas podem afetar um sistema de 03 maneiras:

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Diretamente

Quando o raio atinge uma edificação e causa danos tanto na construção

quanto nos equipamentos. A proteção nesse caso é feita através de pára-raios, tipo

Franklin e/ou gaiola de Faraday.

Indiretamente

Quando o raio cai nas proximidades de uma edificação e sua sobrecarga

danifica equipamentos através de rede elétrica. A proteção é através de

aterramento elétrico com dispositivos protetores de surtos (DPS).

Interferência eletromagnética

A queda de um raio nas proximidades gera potentes ondas

eletromagnéticas, capazes de induzir tensões elevadas e danificar equipamentos.

Proteção é feita através de DPS.

4.3 DPS – Dispositivo de Proteção contra Surtos

Devido a sua função, esse dispositivo é também conhecido com para raio eletrônico.

Utilizando o mesmo princípio de condução ele protege o circuito contra surtos de tensão.

No interior de um DPS existe um varistor de óxido de zinco (ZnO) e um dispositivo

de segurança (responsável por indicar se o varistor está ou não funcionando adequadamente.

Devido as suas propriedades químicas, o óxido de zinco comporta-se como um

circuito aberto enquanto a tensão guarda valores normais. A partir de determinado ponto, em

que a tensão é anormal, ou seja, quando o corre um surto, pode-se dizer com certa segurança

que o ZnO passa de circuito aberto para um curto-circuito, desviando o surto para a terra. A

capacidade de condução do varistor é proporcional a intensidade do surto. Esta propriedade

desta substância é mais bem visualizada em um gráfico de tensão x corrente.

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4.3.1 Curva do óxido de zinco

O gráfico mostrado na figura acima é muito provavelmente de um varistor eletrônico,

dadas as baixas tensões, mas ela ilustra perfeitamente o comportamento do oxido de zinco

quando a tensão limite do varistor é ultrapassada e este atua no sentido de proteger o cirtuito

4.3.2 Locação do dispositivo

No geral, são ligados no quadro geral de distribuição, onde cada um pega uma fase e

no final se interligam e são aterrados.

Podem ser instalados diretamente na tomada onde são utilizados equipamentos mais

sensíveis, como computadores, a fim de protegê-los, ou ainda em equipamentos que possam

gerar surtos de tensão, como máquinas de solda, evitando assim que o mesmo se propague

pela instalação.

5. Proteção contra sobrecorrentes

5.1 Definição

São correntes que excedem a corrente nominal calculada durante o projeto de um

circuito. Podem ser de dois tipo: corrente de curto-circuito ou corrente se sobrecarga.

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5.1.1 Corrente de sobrecarga

São decorrentes de uma solicitação de carga que excede as dimensionadas durante o

projeto. São capazes de produzir efeitos térmicos bastante danosos.

5.1.2 Correntes de curto-circuito

Decorrentes de falhas na instalação (falha ou rompimento da isolação de fase e

neutro/terra/fase). Devido à baixa impedância, pode gerar correntes altíssimas, da ordem de

1000% a 10000% do valor da corrente nominal.

5.2 Omissão de proteção

Em geral, deve-se proteger um circuito, entretanto, há situações em que há a

possibilidade de omissão e outros em que é recomendável a omissão por questões de

segurança.

5.2.1 Caso corrente sobrecarga

Há a possibilidade de omissão de proteção nos seguintes casos:

em linha que, situada a jusante de uma mudança de seção, de natureza, de

maneira de instalar ou de constituição, seja efetivamente protegida contra

sobrecargas por um dispositivo de proteção localizado a montante;

em linha não sujeita à circulação de correntes de sobrecarga, protegida contra

curtos-circuitos e que não possua derivação ou tomada de corrente;

nas linhas de sinal, incluindo circuitos de comando.

5.2.2 Caso corrente curto-circuito

Há a possibilidade de omissão de proteção nos seguintes casos:

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linhas ligando geradores, transformadores, retificadores e baterias de

acumuladores aos quadros de comando ou distribuição correspondentes,

estando os dispositivos de proteção localizados nesse quadro;

alguns circuitos de medição;

circuitos cujo desligamento possa significar perigos para a instalação

correspondente (neste caso RECOMENDÁVEL omitir a proteção contra

sobrecarga). São equipamentos como circuitos de excitação de máquinas

rotativas ou circuitos de motores usados em serviços de segurança (ex.:

bombas de incêndio, sistemas de extração de fumaça).

5.3 Locação dos dispositivos

A NBR 5410 diz que deve haver proteção em todos os pontos onde hajam mudanças

que acarretem mudança na capacidade de condução de corrente do condutor(valido para

correntes de sobrecarga e correntes de curto-circuito).

5.4 Exemplo de dispositivos

Nesta seção serão tratados os disjuntores termomagnéticos e os fusíveis.

5.4.1 Fusíveis

• São dispositivos simples e econômicos e por isso amplamente utilizados

• Usados em correntes de curto-circuito ou contra sobrecargas de longa duração

• Sua atuação ocorre devido à fusão de um elemento elo fusível por efeito Joule,

em conseqüência da brusca elevação de corrente no circuito.

• O material utilizado na confecção do elo fusível tem propriedades físicas tais

que o seu ponto de fusão seja inferior ao da liga de cobre com alumínio

5.4.1.2 Tipos de Fusíveis

• Segundo as características de desligamento em efeito rápido ou retardado

• Segundo a tensão de alimentação

• Segundo a corrente nominal

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• Em equipamentos eletrônicos os mais utilizados são fusíveis em cilindro de

vidro

• Em instalações elétricas residenciais são usados fusíveis de rolha e de cartucho.

• Em instalações industriais são usados fusíveis NH e DIAZED

5.4.1.3 Fusível rápido e retardado

• Os fusíveis de efeito rápido são empregados em circuitos em que não há

variação considerável entre a corrente de partida (primeiros instantes em que o

circuito é energizado) e a corrente de regime (funcionamento normal após a etapa de

partida).

• Por sua vez, os fusíveis de efeito retardado são apropriados para uso em

circuitos cuja corrente de partida atinge valores muitas vezes superiores ao valor da

corrente nominal e em circuitos que estejam sujeitos a sobrecargas de curta duração.

• Os de efeitos rápido são geralmente utilizados em circuitos com

semicondutores e os de efeitos retardado em motores.

5.4.1.4 Fusível rolha, cartucho ou faca

• São de fabricação muito simples e fácil aquisição no mercado.

• Tipo rolha cobrem uma faixa entre 6 e 30 A

• Tipo cartucho cobrem uma faixa entre 10 até 60 A

• Tipo Faca cobrem uma faixa acima de 600 A

5.4.1.5 Fusível NH

• Utilizado em instalações industriais

• Limitadores de corrente, possuem elevada capacidade de interrupção de 120kA

em até 500VCA ou 100kA em até 250VCC.

• A montagem é feita de tal forma que o compartimento onde ocorre a fusão do

elemento fusível fica totalmente preenchido pela areia de sílica.

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5.4.1.6 Fusível DIAZED

• Utilizado em instalações industriais,residenciais e comerciais.

• Atendem as correntes nominais de 2 a 100A.

• Elo fusível imerso em sílica. Isso evita arco voltaico ou explosões na hora do

rompimento.

5.4.1.7 Fusível NEOZED

• Fusível de tamanho reduzido.

• Mais utilizado na proteção de curto-circuito de instalações residenciais.

• Correntes nominais de 2 a 63A.

5.4.2 Disjuntores Termomagnéticos

5.4.2.1 Classificação

Quanto ao número de pólos

o Monopolar

o Bipolar

o Tripolar

Quanto a tensão de operação

o Disjuntores de alta tensão

o Disjuntores de baixa tensão

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5.4.2.2 Tipos

São eles:

NEMA

DIM

Os disjuntores tipo NEMA têm a tendência de serem substituídos pelos disjuntores

DIM. Este último é mais rápido e eficaz em sua ação, além de poder ser utilizado no

acionamento de motores.

5.4.2.3 Dimensionamento

Segundo a norma do disjuntor deve atender a duas especificações:

Ip ≤ In ≤ Iz

I2 ≤ 1,45Iz

onde:

Ip → corrente do projeto do circuito

In → corrente nominal do dispositivo de proteção

Iz → capacidade de condução dos condutores

I2 → corrente que assegura efetivamente a atuação do dispositivo de proteção; na

prática é considerada a corrente convencional de atuação dos disjuntores

Um fator que deve ser realçado é um modificador da segunda regra: está é aplicável

quando a condição de sobrecarga no condutor não seja mantida por um tempo superior a 100h

durante 12 meses ou 500h durante toda a vida do condutor, caso uma dessas condições ocorra:

I2 ≤ Iz.

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5.4.2.4 Principais partes do disjuntor

1 - Atuator – utilizada para desligar ou resetar manualmente o disjuntor. Também

indica o estado do disjuntor (Ligado/Desligado ou desarmado). A maioria dos

disjuntores são projetados de forma que o disjuntor desarme mesmo que o atuador

seja segurado ou travado na posição “liga”.

2 - Mecanismo atuator- une os contatos juntos ou independentes.

3 - Contatos – Permitem que a corrente flua quando o disjuntor está ligado e seja

interrompida quando desligado.

4 - Terminais Trip bimetálico

5 - Parafuso calibrador – permite que o fabricante ajuste precisamente a corrente de

trip do dispositivo após montagem.

6 - Solenóide

7 - Extintor de arco

5.4.2.5 Atuação do disjuntor

Por corrente de curto-circuito

1) O disparador magnético atua liberando a alavanca de engate.

2) Após isso a alavanca foice se libera e abre o disjuntor.

3) Deve-se notar que o atuator permanece na condição intermediária, indicando

atuação da proteção do disjuntor

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Por corrente de sobrecarga

1) A alta corrente aquece o bimetálico que começa a se encurvar

2) Sua curvatura libera a alavanca de engate liberando a alavanca foice, abrindo o

disjuntor.

3) Deve-se notar que o atuator permanece na condição intermediária, indicando

atuação da proteção do disjuntor

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6. Conclusão

Podemos concluir que os dispositivos de proteção são de importância vital nas

instalações elétricas, tanto na proteção do ser humano, quanto na proteção de aparelhos

eletrônicos e até mesmo a própria construção (incêndio).

Cada projeto deve ser estudado minuciosamente para decidir qual a proteção mais útil a ser

usada, a relação custo benefício e por ultimo o calculo para o dimensionamento de cada

proteção.

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7. Bibliografia

[1] NBR 5410:2004

[2] Dispositivos DR e disjuntores DR – Siemens

[3] COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações Elétricas, 4ª edição, Pearson Prentice Hall. São

Paulo – SP:2005

[4] CREDER, Hélio. Instalações Elétricas, 15ª edição, LTC.Rio de Janeiro – RJ:2007

[5] CAVALIN, Geraldo. Instalações Elétricas Prediais, 9ª edição, Editora Érica. São Paulo –

SP:2003

[6] http://carlosmatheus.com.br/?p=11

[7] http://carlosmatheus.com.br/?p=71

[8] Dispositivos de Proteção e Manobra – Senai/SP : 2009

[9] SOUZA, Tatiana. Dispositivo Diferencial Residual e Dispositivo de Proteção Contra

Surtos. UERJ : 2009

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