Disjuntores: Visão Geral e Aplicações

Os disjuntores são elementos fundamentais para uma instalação elétrica segura e em conformidade com o código. Condutores e equipamentos elétricos estão expostos a danos e mau funcionamento, e há sempre o risco de alguém conectar um dispositivo incorretamente ou usá-lo para a aplicação errada. Essas condições podem fazer com que um dispositivo consuma corrente acima de seu valor nominal e o disjuntor correspondente desarme para desconectar a falha.

Antes de fornecer uma visão geral dos disjuntores, é importante entender a diferença entre as duas principais condições de corrente que causam o desarme de um disjuntor.

• Um corrente de sobrecarga ocorre quando um dispositivo consome corrente acima de seu valor nominal, mas não por uma margem drástica. Por exemplo, um motor com potência nominal de 60 Amperes, mas que consome 75 Amperes, provavelmente está sofrendo uma condição de sobrecarga.
• A Corrente de falha é ordens de magnitude superior à corrente nominal de um circuito e ocorre quando um condutor energizado toca outro com uma tensão diferente (curto-circuito) ou uma superfície condutora (falta à terra). Há uma corrente de alta magnitude em ambos os casos, uma vez que o contato de baixa resistência é estabelecido através de uma diferença de tensão. Por exemplo, um circuito residencial que normalmente transporta 20 Amperes pode experimentar alguns milhares de Amperes durante uma falta.

Um disjuntor deve desarmar em ambas as condições, mas a resposta de disparo ideal é diferente para cada caso:

• A resposta a uma corrente de sobrecarga deve ter um atraso. Alguns tipos de equipamentos consomem corrente acima de seu valor nominal por curtos períodos de tempo como parte de sua operação normal. Por exemplo, motores elétricos consomem uma corrente de partida de até 8 vezes a corrente nominal quando iniciam.

• A resposta a uma corrente de falta deve ser instantânea. Estas correntes não são normais sob quaisquer condições de operação e devem ser eliminadas imediatamente quando detectadas.

Dada esta combinação de requisitos de desempenho, a maioria dos disjuntores possui, na verdade, dois mecanismos de proteção em um único dispositivo. Existe um mecanismo de proteção térmica que responde à corrente de sobrecarga e um mecanismo de proteção magnética que responde às correntes de falta.

Sua instalação elétrica está bem protegida?

Proteção Térmica e Magnética

O mecanismo de proteção térmica em um disjuntor é baseado em um contato em expansão: o circuito é interrompido quando o contato se expande além de um determinado ponto. O disjuntor é calibrado para que o contato não abra abaixo da corrente nominal, mas qualquer condição de corrente que exceda poderá eventualmente causar um desarme. Como a corrente é a fonte de calor que expande o contato, condições de sobrecarga mais severas causam uma expansão mais rápida e um tempo de disparo mais curto.

O mecanismo de proteção magnética é baseado em indução. A corrente passa por uma bobina dentro do disjuntor, criando um campo magnético que abre a conexão. O campo é muito fraco para desarmar o disjuntor em condições normais de operação, mas correntes de alta magnitude causam um forte campo magnético que força a abertura do disjuntor.

Principais tipos de disjuntores

A maioria dos disjuntores encontrados em edifícios residenciais e comerciais são disjuntores miniatura (MCB) ou disjuntores em caixa moldada (MCCB). Os MCBs são mais compactos como seu nome indica, mas os MCCBs estão disponíveis em classificações de corrente muito mais altas e vêm com recursos de desempenho adicionais. Os MCBs estão normalmente disponíveis com uma corrente nominal de até 100 amperes, enquanto os MCCBs atingem até 2.500 amperes.

Você provavelmente não encontrará MCCBs em pequenas casas e empresas, mas eles são comuns em construções maiores, como os edifícios multifamiliares e de escritórios encontrados em toda a cidade de Nova York.

Disjuntores Miniatura

Os disjuntores miniatura vêm em duas versões principais: os MCBs montáveis ​​em trilho DIN podem ser instalados junto com outros dispositivos de proteção e controle que também usam trilhos DIN, enquanto os MCBs plug-in são inseridos em centros de carga com slots especialmente projetados. Tenha em mente que os MCBs para trilho DIN são projetados para trilhos padrão, enquanto os MCBs plug-in só cabem em centros de carga correspondentes do mesmo fabricante.

MCBs para trilho DIN (esquerda) e MCBs plug-in (direita).

Os MCBs plug-in têm de um a três pólos, dependendo do número de condutores energizados no circuito que está sendo protegido. Os disjuntores em trilho DIN podem ter até 4 pólos, para desconectar o condutor neutro junto com os condutores energizados. Independentemente do tipo de disjuntor, é importante selecionar um disjuntor adequado corrente nominal e capacidade de ruptura.

• O corrente nominal é determinado pelo circuito que está sendo protegido. Qualquer valor acima deste eventualmente desarma o mecanismo de proteção térmica.
• O capacidade de interrupção é a maior corrente de falta que a unidade pode interromper sem sofrer danos permanentes. Caso uma falta exceda este valor, existe uma capacidade de interrupção final onde o disjuntor ainda pode eliminar a falta, mas fica permanentemente danificado. Qualquer falha acima da capacidade de interrupção final não pode ser eliminada pelo disjuntor e deve ser tratada por um sistema de proteção de maior capacidade conectado a montante.

Os disjuntores miniatura também são classificados em três tipos com base em sua resposta às correntes de falta: Tipo B, C e D. O tipo determina o limite onde a proteção magnética assume o controle da proteção térmica, causando um disparo instantâneo. A tabela a seguir descreve a resposta para cada tipo:

Por exemplo, se você tiver um dispositivo que consome 400% da corrente nominal durante a inicialização, um disjuntor Tipo B desarmará, mas um disjuntor Tipo C ou D não. Outra carga que consumisse 800% da corrente nominal durante a partida desarmaria os disjuntores Tipo B e C, deixando o Tipo D como a única opção.

Disjuntores em caixa moldada

Os MCCBs são mais volumosos que os MCBs e estão disponíveis com classificações de corrente mais altas. Muitos modelos também apresentam configurações de viagem ajustáveis, permitindo uma resposta de proteção muito precisa se uma carga específica precisar.

Alguns MCCBs também vêm com uma unidade de disparo removível que pode ser substituída por uma unidade de menor capacidade, para recondicionar o disjuntor para uma carga com corrente reduzida. Entretanto, você não pode atualizar para uma unidade de disparo maior que exceda o tamanho do quadro do MCCB.

Existem MCCBs modernos que não utilizam o mecanismo termomagnético convencional, mas sim um circuito eletrônico que mede a corrente e simula a resposta de disparo. Isto permite um ajuste muito preciso das configurações de proteção.

Dois subtipos de MCCB são projetados especificamente para as necessidades de proteção de motores elétricos: disjuntores de proteção do motor (MPCB) e protetores do circuito do motor (MCP). A principal diferença é que um MPCB inclui proteção térmica e magnética, enquanto um MCP vem apenas com proteção magnética e precisa de um relé de sobrecarga externo para oferecer proteção total.

Conclusão

Selecionar o tipo certo de disjuntor é muito importante para garantir o operação segura de sistemas de construção que incluem componentes elétricos. Disjuntores subdimensionados desarmam continuamente e interrompem a operação do equipamento, enquanto disjuntores superdimensionados não fornecem proteção confiável contra corrente de sobrecarga. Se uma sobrecarga não for interrompida, o efeito de aquecimento pode danificar o isolamento do condutor e eventualmente causar uma falha à terra ou um curto-circuito.

Na cidade de Nova York, sua instalação deve ser projetada de acordo com o Código Elétrico de Nova York, que também inclui o Código Elétrico Nacional NFPA 70. O Código de Conservação de Energia de Nova York não afeta diretamente a seleção do disjuntor, mas o uso de equipamentos mais eficientes leva a um menor consumo de corrente e possivelmente ao uso de disjuntores menores.