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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Dispositivos de proteçãoConceitos básicos e aplicações
Giovanni Manassero Junior
Depto. de Engenharia de Energia e Automação ElétricasEscola Politécnica da USP
14 de março de 2013
EPUSP Giovanni Manassero Junior 1
Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Introdução
Sistemas de proteçãoDefinições
Sistemas de proteção são sistemas que tem o objetivo de desligar aparcela do sistema elétrico de potência que se encontra defeituosa, ouoperando fora das suas condições normais;
Nesse contexto, os sistemas de proteção devem atuar rapidamentepara minimizar riscos à vida humana e danos aos equipamentos quecompõem os sistemas elétricos de potência;
Normalmente, há duas situações que podem produzir danos:
Sobrecargas de longa duração; e
Curtos-circuitos.
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Condições de operação
Condições anormais de operaçãoFalha no sistema de proteção
http://www.youtube.com/watch?v=oDLzgZdt8ZM
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Componentes dos sitemas de proteção
Componentes dos sistemas de proteçãoSistema de proteção de linhas de transmissão
Os elementos dos sistemas de proteção mais complexos estãoilustrados na figura.
de potencial
de corrente
Disjuntor
Canal deComunicação
Transformador
Transformador
DispositivoEletrônicoInteligente
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Componentes dos sitemas de proteção
Componentes dos sistemas de proteçãoDescrição dos componentes
Transformadores de instrumentação: responsáveis por adequar osvalores dos sinais de tensões e correntes, que circulam no sistemaprotegido, a valores que podem ser lidos pelos dispositivos eletrônicosinteligentes;
Transformador de corrente: responsável por adequar os valoresdos sinais de corrente;
Transformador de potencial: responsável por adequar os valoresdos sinais de tensão.
Dispositivos eletrônicos inteligentes (relés de proteção): responsáveispor avaliar se o sistema elétrico encontra-se operando normalmente ouse há alguma condição anormal de operação (sobrecarga oucurto-circuito);
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Componentes dos sitemas de proteção
Componentes dos sistemas de proteçãoDescrição dos componentes
Dispositivos eletrônicos inteligentes (cont.);
Relés de proteção eletromecânicos: são equipamentos utilizadosamplamente, cujo princípio de operação é mecânico;
Relés de proteção eletrônicos: são equipamentos utilizadosdurante um curto período, cuja operação é baseada emcomponentes eletrônicos analógicos;
Dispositivos eletrônicos inteligentes (relés numéricos ou relésdigitais): são equipamentos desenvolvidos concomitantemente aodesenvolvimento dos processadores digitais, cuja operação ébaseada em rotinas de software.
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Sistemas de proteção
Sistemas de proteçãoDescrição dos componentes
Disjuntores: são elementos capazes de seccionar o circuito elétrico quese encontra operando fora das condições anormais de operação,mesmo quando a magnitude da corrente é elevada e há a formação dearco elétrico;
Canais de comunicação: são compostos pelo meio físico decomunicação e pelos equipamentos capazes de proporcionar a trocade informações entre os relés de proteção, de modo a melhorar odesempenho global do sistema de proteção como um todo.
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Sistemas de proteção
Formação do arco elétricoSeccionamento de rede de 500 [kV]
http://www.youtube.com/watch?v=6GiIVze2Tac
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Introdução
Funções de proteçãoTipos de função de proteção
Existem diversas funções de proteção, que foram desenvolvidas para aproteção dos equipamentos dos sistemas elétricos de potência(geradores, transformadores, linhas de transmissão, alimentadores dedistribuição, etc.);
Dentre as diversas funções de proteção pode-se destacar as funçõesde sobrecorrente, largamente empregadas em instalações elétricas debaixa tensão:
Sobrecorrente instantânea e temporizada (ANSI 50/51);
Sobrecorrente direcional instantânea e temporizada (ANSI 67).
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Funções de proteção
Proteção de sobrecorrenteExemplo
A figura ilustra o exemplo de um dispositivo de proteção desobrecorrente.
FonteDispositivoEletrônicoInteligente
Carga
Corrente de carga
FonteDispositivoEletrônicoInteligente
CargaCurto-circuito
Corrente elevada
(a) Situação normal
(b) Situação de sobrecorrente
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Componentes do sistema de proteção
Proteção de instalações elétricas de baixa tensãoComponentes do sistema de proteção
Sistemas de proteção para instalações elétricas de baixa tensãonormalmente são mais simples e apresentam um custo menor do queos sistemas de proteção para instalações elétricas mais sofisticadas;
Nesse caso, os dispositivos que discernem as situações normais dassituações de sobrecarga e/ou curto-circuito (relés de proteção)confundem-se com os dispositivos que efetuam o desligamento docircuito (disjuntores);
Os dispositivos de proteção que encontram-se nessa categoria são:
Elos fusíveis;
Disjuntores (quicklags).
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Grandezas características
Corrente nominalDefinições
É o máximo valor eficaz da intensidade de corrente que pode circularpelo dispositivo de proteção (elo fusível ou disjuntor quicklag) semcausar seu desligamento automático;
É uma característica técnica do dispositivo de proteção em questão e,portanto, é parâmetro de projeto quando da seleção do dispositivo deproteção mais conveniente para os diversos circuitos da instalaçãoelétrica;
Fonte Carga(pode variar)
I = Corrente de carga
Inominal < max{ I }Dispositivode proteção
nas condições da instalaçãocorrente suportada pelo condutor
Normalmente é a máxima
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Grandezas características
Corrente nominalDefinições
O dispositivo de proteção (elo fusível e/ou disjuntor) se comportasegundo as equações:
I < Inominal → não ocorre o desligamento;
I > Inominal → ocorre o desligamento em ∆t = f{
I−1}O tempo para seccionamento do circuito elétrico, que é protegido pelodispositivo de proteção, é dado por:
∆t = tinício curto − textinção
Esse tempo é inversamente proporcional à magnitude da corrente desobrecarga ou curto-circuito, isto é, quanto maior essa corrente, menoro tempo para o dispositivo de proteção desligar o circuito.
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Grandezas características
Curva “Tempo vs. Corrente”Característica de atuação dos dispositivos para proteção contra sobrecorrente
A curva “Tempo vs. Corrente”, ilustrada na figura, descreve ocomportamento descrito pelas equações apresentadas anteriormente.
Corrente máxima
tem
po -
[s]
corrente - [A]
t mínimo
de carga
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Grandezas características
Capacidade disruptivaDefinições
É o máximo valor eficaz da corrente que pode ser interrompida pelodispositivo de proteção;
Assim como a corrente nominal, também é uma característica técnicado dispositivo de proteção em questão e, portanto, é parâmetro deprojeto quando da seleção do dispositivo de proteção mais convenientepara os diversos circuitos da instalação elétrica;
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Grandezas características
Capacidade disruptivaDefinições
Normalmente é expressa em termos de corrente máxima ou depotência aparente máxima que o dispositivo de proteção é capaz deinterromper: Sdisruptiva =
√3Vnominal · Idisruptiva → circuito trifásico;
Sdisruptiva = Vnominal · Idisruptiva → circuito monofásico.
Onde:Vnominal Tensão eficaz nominal de linha [V ];
Idisruptiva Corrente disruptiva [A];
Sdisruptiva Capacidade disruptiva [VA].
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Grandezas características
Capacidade disruptivaDimensionamento incorreto
http://www.youtube.com/watch?v=ZhFY7wepItQ
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Definições
Elos fusíveisDefinições
Elos fusíveis são dispositivos de proteção constituídos por elementocondutor, de composição especial, dimensionado de modo a fundir comintensidade de corrente especificada;
O processo de fusão ocorre em um intervalo de tempo bemdeterminado;
O calor para a fusão provém da corrente que o atravessa, por efeitoJoule;
Os tipos de fusíveis mais comuns, utilizados em instalações elétricasde baixa tensão, são: tipo rosca; cartucho (faca ou virola); diazed; eNH, que possui alta capacidade disruptiva.
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Tipos
Elos fusíveisTipo rosca
A figura a seguir ilustra um fusível do tipo rosca.
http://hifusi.com.br
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Tipos
Elos fusíveisFusível cartucho do tipo virola
A figura a seguir ilustra um fusível cartucho do tipo virola.
http://hifusi.com.br
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Tipos
Elos fusíveisFusível cartucho do tipo faca
A figura a seguir ilustra um fusível cartucho do tipo faca.
http://hifusi.com.br
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Tipos
Elos fusíveisTipo diazed
A figura a seguir ilustra um fusível do tipo diazed.
http://portuguese.alibaba.com
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Tipos
Elos fusíveisTipo NH
A figura a seguir ilustra um fusível do tipo NH, que possui altacapacidade disruptiva.
http://www.eletricapaulista.com.br/
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Tipos
Fusível tipo NHPrincípio de funcionamento
http://www.youtube.com/watch?v=ZhFY7wepItQ
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Característica de operação
Característica de operação dos fusíveisCurva “Tempo vs. Corrente”
A curva “Tempo vs. Corrente”, ilustrada na figura, descreve ocomportamento genérico de um dispositivo de proteção do tipo fusível.
Corrente máxima
tem
po -
[s]
corrente - [A]
t mínimo
de carga
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Definições
DisjuntoresDefinições
Disjuntores de baixa tensão (quicklags) são dispositivos do tipo nofuse, pois interrompem o circuito pela abertura de uma chave;
Possuem dois elementos que “percebem” a ocorrência desobrecorrente devido à sobrecarga ou curto-circuito:
Elemento térmico: responsável pela detecção de eventos desobrecarga de longa duração;
Elemento magnético: responsável pela detecção de eventos decurto-circuito.
Além desses elementos, os disjuntores possuem uma chave e umacâmara de extinção do arco elétrico que se forma durante a abertura dachave.
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Aspectos construtivos
Aspectos construtivosArranjo típico
A figura ilustra o arranjo de um disjuntor de baixa tensão.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Circuitbreaker.jpg
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Aspectos construtivos
Elemento térmicoPrincípio de funcionamento
http://www.youtube.com/watch?v=AEkX6GEm06g
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Aspectos construtivos
Elemento magnético e extinção do arcoPrincípio de funcionamento
http://www.youtube.com/watch?v=AEkX6GEm06g
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Característica de operação
Característica de operação dos disjuntoresCurva “Tempo vs. Corrente”
A curva “Tempo vs. Corrente”, ilustrada na figura, descreve ocomportamento genérico de um dispositivo de proteção do tipodisjuntor.
Corrente máxima
tem
po -
[s]
corrente - [A]
t mínimo
de cargaCorrente mínimade curo-circuito
Sobrecarga Curto-circuito
Atuação pelo elemento térmico Atuação pelo elementomagnético
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Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção
Coordenação
Coordenação da proteçãoExemplo
Circuito "n"
I = Corrente de carga total
Inominal < max{ I }Disjuntor
nas condições da instalaçãocorrente suportada pelo condutor
Normalmente é a máximaQuadro de Medição
Quadro de Distribuição
Circuito 1
1I
nI
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