Reflexão UFCD 19 – Circuitos de proteção

Reflexão UFCD 19 – Circuitos de proteção _________________________________________________________________________________ Proteção de instalações elétricas Importância dos sistemas de proteção Os Sistemas Especiais de Proteção (SEPs), que englobam os Esquemas de Controle de Emergências (ECEs) e os Esquemas de Controle de Segurança (ECSs), são sistemas automáticos de controle implantados nas estações de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica com o objetivo de:  permitir maior utilização dos sistemas de geração, transmissão e distribuição;  aumentar a confiabilidade da operação do sistema interligado;  prover proteção adicional a componentes do sistema elétrico;  melhorar a segurança do sistema, evitando tanto a propagação de desligamentos em cascata quanto de distúrbios de grande porte. Os SEPs recebem informações de grandezas elétricas de transformadores para instrumentos (TP e TC), de topologia da rede elétrica e de posições de disjuntores, seccionadores, chaves seletoras e outros dispositivos e atuam comandando:  abertura/fechamento de linhas de transmissão, geradores, transformadores e outros;  redução/elevação de potência de geradores;  alívio/restauração de cargas;  outras ações. Aparelhos de proteção Os aparelhos de proteção têm como função proteger todos os elementos que constituem uma instalação elétrica contra os diferentes tipos de defeitos que podem ocorrer. • Sobreintensidades • Sobretensões • Subtensões Sobreintensidade Se a corrente elétrica de serviço (IB) ultrapassar o valor máximo (Iz) permitido nos condutores diz-se que há uma sobreintensidade. Por exemplo, demasiados aparelhos ligados simultaneamente num mesmo circuito podem originar uma sobrecarga que é uma sobreintensidade em que a corrente de serviço no circuito é superior ou ligeiramente superior à intensidade máxima permitida nos condutores (IB>Iz). Se, por exemplo, dois pontos do circuito com potenciais elétricos diferentes entram em contacto direto entre si estamos na presença de um curto – circuito que é uma sobreintensidade em que a corrente de serviço no circuito é muito superior à intensidade máxima permitida nos condutores (IB>>Iz). Aparelhos de proteção contra sobreintensidades Para proteger os circuitos contra sobreintensidades (sobrecargas ou curto – circuitos) são usados disjuntores magneto-térmicos ou corta circuitos fusíveis que interrompem automaticamente a passagem da corrente no circuito, evitando um sobreaquecimento dos condutores que pode originar um incêndio. Disjuntores de baixa tensão Um disjuntor é constituído pelo relé, com um órgão de disparo (disparador) e um órgão de corte (o interruptor) e dotado também de convenientes meios de extinção do arco elétrico (câmaras de extinção do arco elétrico). Como disjuntor mais vulgar fabrica-se o disjuntor magneto-térmico que possui um relé electro-magnético que protege contra curto – circuitos e um relé térmico, constituído por uma lâmina bimetálica, que protege contra sobrecargas. Características dos disjuntores Corrente estipulada (vulgarmente designada por calibre): valor para o qual o disjuntor não atua. Correntes estipuladas: 6 – 10 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 – 125 A. Corrente convencional de não funcionamento: valor para o qual o disjuntor não deve funcionar durante o tempo convencional. Corrente convencional de funcionamento: valor para o qual o disjuntor deve funcionar antes de terminar o tempo convencional. Poder de corte: corrente máxima de curto-circuito que o disjuntor é capaz de interromper sem se danificar. Os poderes de corte estpulados normalizados são: 1,5 – 3 – 4,5 – 6 – 10 KA Curva característica do disjuntor Gráfico de curvas de disparo (tempo versus corrente) A norma de proteção estabelece que os disjuntores de curva B devem atuar para correntes de curto-circuito entre três e cinco vezes a corrente nominal. Enquanto isso, os de curva C atuam entre cinco e dez vezes a corrente nominal e, por fim, os disjuntores de curva D devem responder para correntes entre dez e vinte vezes a corrente nominal. Os disjuntores de curva B são indicados para cargas resistivas com pequena corrente de partida, como é o caso de aquecedores elétricos, fornos elétricos e lâmpadas incandescentes. Já os de curva C são indicados para cargas de média corrente de partida, como motores elétricos, lâmpadas fluorescentes e máquinas de lavar roupas. Por fim, os disjuntores de curva D são indicados para cargas com grande corrente de partida, a exemplo de transformadores BT/BT (baixa tensão). Caraterísticas e tipos de fusíveis Os fusíveis são dispositivos que protegem os circuitos elétricos contra danos causados por sobrecargas de corrente, que podem provocar até incêndios, explosões e eletrocussões. Os fusíveis são aplicados geralmente nos circuitos domésticos e na indústria leve, ao passo que os disjuntores são projetados principalmente para atender as necessidades da indústria pesada. Funcionam como válvulas, cuja finalidade básica é cortar o fluxo sempre que a quantidade de energia que passa por um determinado circuito for excessiva e puder causar danos ao sistema. O curto-circuito é o contato direto acidental entre os condutores de uma rede. Pode ser entre fases ou entre fase e neutro. Pode ocorrer devido a algum problema na própria rede ou no interior de alguma máquina ou equipamento. A corrente atinge valores elevados, limitados apenas pela resistência ohm dos condutores ou capacidade da fonte geradora. Sem uma proteção adequada, danos graves ocorrerão e o risco de incêndio é grande. O fusível é um dispositivo de proteção simples e económico e, por isso, amplamente utilizado. Nada mais é que um pequeno componente condutor de um material de baixo ponto de fusão. O aquecimento provocado por uma corrente elevada funde o elemento, abrindo o circuito. Os pequenos fusíveis usados em circuitos eletrónicos são geralmente simbolizados por . Em instalações elétricas é comum o símbolo . A principal característica de um fusível é a sua corrente nominal, isto é, o valor máximo de corrente que o mesmo suporta em regime contínuo sem abrir. Correntes maiores que a nominal irão provocar a rutura do fusível após algum tempo e esta relação, tempo x corrente de rutura é a curva característica do fusível. Os fusíveis também têm uma tensão máxima de operação que deve ser obedecida. Alguns tipos, as vezes chamados de retardados, apresentam um tempo relativamente longo para abrir. Outros, chamados rápidos, abrem em um tempo bem menor, na mesma corrente. Esta diversidade é necessária, uma vez que cargas comuns como motores têm um pico de corrente na partida que deve ser suportado e, portanto, o tipo retardado deve ser usado. Equipamentos sensíveis como os eletrónicos precisam de uma ação rápida para uma correta proteção. É importante evitar confusões. Um fusível rápido colocado no lugar de um retardado provavelmente irá abrir ao se ligar a carga. E um retardado no lugar de um rápido poderá não proteger os componentes em caso de um curto interno no equipamento. Fusíveis são uma boa proteção contra curtos-circuitos. Não são muito adequados contra sobrecargas. Para tais casos devem ser usados disjuntores. Os fusíveis são formados por um filamento projetado para suportar um determinado valor de corrente, que geralmente está marcado no próprio fusível. Quando a corrente que passa por ele atingir este valor limite, o filamento rompe-se abrindo o circuito. Elementos de proteção Dispositivos de Proteção Todos os circuitos deverão ser protegidos, a fim de garantir a integridade física das pessoas das instalações e equipamentos. Para isso, existem diversos dispositivos e equipamentos que podem ser utilizados, tais como fusíveis, disjuntores, supressores de surto, filtros de linha, estabilizadores e no-break. Fusíveis Estes dispositivos de proteção utilizam o seguinte princípio: quando uma corrente elétrica se desloca por um condutor. Há ocorrência do fenômeno de Joule, no qual o condutor se aquecerá progressivamente conforme o aumento da intensidade da corrente. O fusível é constituído de um invólucro isolante oco com dois contatos metálicos, um em cada extremidade do isolante, havendo no interior deste elemento um fio condutor ligando os dois contatos metálicos. Características Ao adquirir qualquer fusível é indispensável observar os seguintes itens: Tensão nominal – É o valor da tensão, à qual o fusível poderá ser submetido sem comprometer o dispositivo e o circuito. Corrente nominal – É o valor da intensidade da corrente, à qual o fusível poderá ser submetido, sem que haja a interrupção do circuito (fusão do filamento condutor). Funcionamento Toda a corrente elétrica a ser consumida pelo equipamento, passa primeiro através do fusível. Com isso, se a intensidade da mesma, sofrer um aumento, gerando então uma sobreintensidade, o filamento do fusível começa a se aquecer, devido ao efeito Joule, até que entre no estado de fusão (derrete), ocasionando a abertura do fusível, evitando que essa sobreintensidade entre no equipamento a ponto de danificá-lo. Mas, se a sobreintensidade for muito alta, o filamento do fusível se funde, mas surge dentro do fusível um arco elétrico, isto é, a corrente “salta” de um dos pólos para o outro, através do ar, que nesse caso não foi suficiente para isolar os pólos, ocorrendo uma rutura dielétrica. Disjuntores Disjuntores são dispositivos que, externamente, se parecem com os interruptores, mas, internamente, possuem um mecanismo que interrompe o circuito, em função do aquecimento de um elemento térmico gerado pela intensidade da corrente elétrica que o está atravessando. O disjuntor tem a mesma finalidade e princípio de funcionamento do fusível, mas apresenta uma grande vantagem que é a de não ser descartável após atuar em uma sobreintensidade. Quando o circuito é interrompido, automaticamente a alavanca de comando se desloca para a posição de desligado, permitindo que após o reparo da falha elétrica o mesmo possa ser reativado, levando a alavanca de volta à posição de ligado. Características Ao adquirir qualquer disjuntor, é indispensável observar os seguintes itens: Tensão nominal – É o valor da tensão ao qual o disjuntor poderá ser submetido sem comprometer o dispositivo e o circuito (deverá ter a mesma tensão disponível no circuito). Corrente nominal – É o valor da intensidade da corrente ao qual o disjuntor poderá ser submetido sem que haja a interrupção do circuito. Funcionamento O disjuntor tem seu funcionamento igual ao fusível, porém com uma vantagem: a de não ser descartável, porque ele não trabalha com fusão de materiais. Os disjuntores mais utilizados em baixa tensão são os termomagnéticos, sendo sensíveis ao aquecimento gerado pelo efeito Joule e pelo aumento do campo magnético em decorrência da maior intensidade da corrente elétrica havendo uma sobreintensidade, ele “desarma”, desligando o circuito. Passado o problema, basta “armá-lo” novamente, colocando sua alavanca na posição de ligado, que o circuito volta a funcionar. Equipamentos de Proteção Contra Falhas Elétricas Filtro de Linha Este dispositivo tem como finalidade filtrar a energia elétrica que será fornecida ao computador. O circuito do filtro de linha deve eliminar a presença de transientes e interferências EMI (Interferência Eletromagnética) e RFI (Interferência de Rádio Frequência). Infelizmente, a maioria dos filtros de linha comercializados no Brasil não passam de uma simples extensão de tomadas, em que não há nenhum circuito funcional a fim de suprir a sua real finalidade. Estabilizador O objetivo do estabilizador é manter estável a tensão que alimenta o computador. Para manter a tensão de saída do estabilizador em uma faixa especificada, o equipamento tenta compensar as variações da tensão de entrada. Assim, quando a tensão de entrada cai, o estabilizador eleva um pouco a tensão, compensando a queda, e vice-versa. Para possibilitar este mecanismo de compensação, a solução mais comum é usar um transformador com múltiplas saídas. No Break De forma geral, os sistemas ininterruptos de energia têm como características: filtrar, estabilizar e condicionar a energia elétrica; isolar o circuito da rede de distribuição (concessionárias), propensa a inerências e transientes; fornecer energia elétrica sem interrupção. O no-break mantém o fornecimento ininterrupto de energia para a carga, mesmo não havendo energia na entrada do no-break. Para que não ocorra a interrupção, o no break contém uma bateria carregada que deverá estar sempre pronta para fornecer energia à carga. Partindo do princípio da utilização da bateria, será necessário ao no-break um elemento que retifique a corrente alternada (fornecida na entrada) para uma corrente contínua com a mesma tensão da bateria (retificador); um elemento que faça a recarga da bateria sempre que necessário (carregador); e um elemento que faça a inversão da alimentação fornecida pela bateria, transformando-a em corrente alternada com a mesma tensão da rede (inversor). Há dois tipos básicos de no-break: os off-line e os online. As suas diferenças estão associadas ao funcionamento, o que neste caso não compromete o dimensionamento. Funcionamento No-Break Off-line Neste no-break, a alimentação de entrada é fornecida diretamente à saída do equipamento e ao retificador/ carregador. Quando há uma falha no fornecimento de energia, um circuito comutador fará o chaveamento do circuito de saída, que deixará de receber a energia diretamente da entrada, passando a receber alimentação proveniente da bateria. No-Break On-Line Neste no-break, a alimentação de entrada alimenta diretamente o retificador/carregador; o mesmo carrega a bateria continuamente e esta fornece energia para o inversor, que irá disponibilizar a alimentação ao circuito de saída. Quando há uma falha no fornecimento de energia, não há chaveamento, porque a carga está sendo alimentada continuamente pela bateria. Aterramento Chamamos de aterramento a ligação e instalação de um corpo condutor com a terra. Nas instalações elétricas são considerados dois tipos de aterramento: Aterramento Funcional Consiste na ligação à terra de um dos condutores do sistema, geralmente neutro, e está relacionado com o funcionamento correto, seguro e confiável da instalação, tendo como objetivo: estabilização da tensão do circuito em relação à terra durante o seu funcionamento; limitação de sobretensões decorrentes de manobras e descargas atmosféricas. Aterramento de Proteção Consiste na ligação à terra das massas e dos elementos condutores estranhos à instalação, visando a proteção contra choques elétricos por contato com a massa, tendo como objetivo: limitar o potencial a um valor suficientemente seguro sob condições normais e anormais de funcionamento entre massas, entre elementos condutores estranhos à instalação e massas e entre ambos e a terra; proporcionar um caminho de retorno à terra para as correntes de falta que será um caminho de retorno de baixa impedância (resistência elétrica em circuitos de corrente alternada). Funcionamento O aterramento consiste basicamente em introduzir ao solo corpos condutores de eletricidade, que podem ser cabos, hastes ou placas. A finalidade destes é permitir que as cargas elétricas “indesejáveis” ao circuito sejam escoadas para a terra, mantendo o circuito e seres vivos livres dos problemas que estas cargas possam causar (mal funcionamento de equipamentos, curtos circuitos e choques elétricos). Caso haja uma falha elétrica que proporcione algum tipo de fuga, esta energia terá para onde ir. Deixando de ficar acumulada na carcaça do equipamento, a mesma fluirá para o solo, devido à diferença de potencial, onde a carcaça apresenta um potencial elétrico maior que a do sistema de aterramento, que deverá ser de 0 volts. O computador é uma máquina digital, porque processa apenas dois dígitos distintos, os bits 0 e 1, quando o computador tem em seu circuito uma sequência de bits 1, esse circuito está energizado, quando ele passar a ter uma sequência de bits 0, houve um dreno dessa energia, que em condições normais flui para a terra do computador. Caso não haja um aterramento eficiente, essas cargas ficarão acumuladas na carcaça do computador devido à terra dos circuitos estarem conectados à carcaça. Toda a geração de bits 0 estaria comprometida, porque se a carcaça estiver energizada não haverá D.D.P. entre o circuito e a mesma. Com isso, o circuito não conseguiria mais escoar a energia do bit 1 para gerar o bit 0. Curso: Técnico de Instalações Elétricas – EFA-NS Formador: Maia Miguel Formando: Fernando Miguel Costa Silva Nº 11 10 de julho de 2013