Classificações de corrente dos disjuntores: como escolher o disjuntor adequado

Dispositivos para desligar a eletricidade durante sobrecargas e curto-circuitos são instalados na entrada de qualquer rede doméstica. É necessário calcular corretamente as classificações de corrente dos disjuntores, caso contrário, seu funcionamento será ineficaz. Você concorda?

Vamos explicar como é feito o cálculo dos parâmetros do disjuntor, com base nos quais este dispositivo de proteção é selecionado. No artigo que propomos, você aprenderá como escolher o aparelho necessário para proteger a rede elétrica. Seguindo nossos conselhos, você adquirirá a opção que dispara claramente no momento perigoso para a fiação.

Parâmetros dos disjuntores

Para garantir a seleção correta da classificação dos dispositivos de desligamento, é necessário compreender os princípios de seu funcionamento, condições e tempo de disparo.

Os parâmetros operacionais dos disjuntores são padronizados por documentos normativos russos e internacionais.

Elementos principais e marcação

Na construção do disjuntor estão incluídos dois elementos que reagem ao excesso da corrente em relação à faixa de valores estabelecida:

• A lâmina bimetálica, sob influência da corrente que passa, aquece e, ao dobrar-se, pressiona o acionador, que separa os contatos. Esta é a “proteção térmica” contra sobrecarga.
• O solenoide, sob influência de uma corrente forte no enrolamento, gera um campo magnético que pressiona o núcleo, e este por sua vez atua no acionador. Esta é a “proteção de corrente” contra curto-circuito, que reage a tal evento muito mais rapidamente do que a lâmina.

Os tipos de dispositivos de proteção elétrica possuem uma marcação pela qual é possível determinar seus parâmetros principais.

Em cada disjuntor estão indicadas suas principais características. Isso permite não confundir os dispositivos quando estão instalados no quadro de distribuição.

O tipo de característica tempo-corrente depende da faixa de ajuste (valor da corrente no qual ocorre o disparo) do solenoide. Para proteção da fiação e aparelhos em apartamentos, casas e escritórios, são usados disjuntores do tipo “C” ou, muito menos comuns – “B”. Não há diferença significativa entre eles no uso doméstico.

O tipo “D” é usado em salas auxiliares ou marcenarias quando há equipamentos com motores elétricos que possuem altos índices de potência de partida.

Existem dois padrões para dispositivos de desligamento: residencial (EN 60898-1 ou GOST R 50345) e o mais rigoroso industrial (EN 60947-2 ou GOST R 50030.2). Eles diferem pouco e os disjuntores de ambos os padrões podem ser usados em áreas residenciais.

Para a corrente nominal, a série padrão de disjuntores para uso doméstico inclui dispositivos com os seguintes valores: 6, 8, 10, 13 (raro), 16, 20, 25, 32, 40, 50 e 63 A.

Características tempo-corrente de disparo

Para determinar a rapidez de atuação do disjuntor em sobrecarga, existem tabelas especiais que relacionam o tempo de desligamento com o fator de sobrecarga, que é igual à razão entre a corrente real e a nominal:

K = I / I_n.

A queda abrupta do gráfico ao atingir o valor do coeficiente na faixa de 5 a 10 unidades é devida à atuação do disparador eletromagnético. Para disjuntores tipo “B”, isso ocorre com valores de 3 a 5 unidades, e para o tipo “D”, de 10 a 20.

O gráfico mostra a dependência da faixa de tempo de atuação dos disjuntores tipo “C” em relação à razão entre a corrente e o valor estabelecido para esse disjuntor.

Com K = 1,13, o disjuntor não desligará a linha por 1 hora com certeza, e com K = 1,45, desligará com certeza no mesmo período. Esses valores são estabelecidos na seção 8.6.2 do GOST R 50345-2010.

Para entender quanto tempo a proteção levará para atuar, por exemplo, com K = 2, é necessário traçar uma linha vertical a partir desse valor. Como resultado, de acordo com o gráfico apresentado, o desligamento ocorrerá entre 12 e 100 segundos.

Uma dispersão tão grande de tempo se deve ao fato de que o aquecimento da placa depende não apenas da potência da corrente que passa por ela, mas também dos parâmetros ambientais. Quanto maior a temperatura, mais rápido o disjuntor atua.

Regras para seleção da classificação

A geometria das redes elétricas internas de apartamentos e casas é individual, portanto não existem soluções padrão para instalação de disjuntores de uma determinada corrente nominal. As regras gerais para calcular os parâmetros admissíveis dos disjuntores são bastante complexas e dependem de muitos fatores. É necessário considerar todos eles, caso contrário, pode ocorrer uma situação de emergência.

Princípio da disposição da fiação interna do apartamento

As redes elétricas internas têm uma estrutura ramificada em forma de “árvore” – um grafo sem ciclos. A observância desse princípio de construção é chamada de seletividade dos disjuntores, segundo a qual todos os tipos de circuitos elétricos são equipados com dispositivos de proteção.

Isso melhora a estabilidade do sistema em caso de emergência e simplifica o trabalho de reparo. Além disso, a distribuição de carga, a conexão de aparelhos de alta potência e a alteração da configuração da fiação se tornam muito mais fáceis.

Na base do gráfico está o disjuntor geral, e imediatamente após a ramificação, para cada circuito elétrico individual, são colocados disjuntores de grupo. Este é um esquema padrão testado ao longo dos anos.

A função do disjuntor geral é controlar a sobrecarga geral – evitar que a corrente exceda o valor permitido para a instalação. Se isso acontecer, há risco de danos à fiação externa. Além disso, é provável que os dispositivos de proteção fora do apartamento, que já pertencem à propriedade comum do edifício ou às redes de energia locais, sejam acionados.

A função dos disjuntores de grupo é controlar a corrente em linhas individuais. Eles protegem o cabo em um trecho específico e o grupo de consumidores de energia elétrica a ele conectados contra sobrecarga. Se, durante um curto-circuito, esse dispositivo não atuar, o disjuntor geral atua como reserva.

Mesmo para apartamentos com poucos consumidores elétricos, é recomendável ter uma linha separada para iluminação. Ao desligar o disjuntor de outro circuito, a luz não se apagará, permitindo solucionar o problema em condições mais confortáveis. Praticamente em todo quadro de distribuição, o valor nominal do disjuntor geral é menor que a soma dos nominais dos disjuntores de grupo.

Potência total dos aparelhos elétricos

A carga máxima no circuito ocorre quando todos os aparelhos elétricos são ligados simultaneamente. Portanto, normalmente, a potência total é calculada pela simples soma. No entanto, em alguns casos, esse valor será menor.

Para algumas linhas, o funcionamento simultâneo de todos os aparelhos elétricos a elas conectados é improvável e, às vezes, impossível. Em algumas residências, são instaladas restrições especiais para o funcionamento de dispositivos de alta potência. Para isso, é necessário evitar ligá-los simultaneamente ou usar um número limitado de tomadas.

A probabilidade de funcionamento simultâneo de todos os equipamentos de escritório, iluminação e equipamentos auxiliares (chaleiras, geladeiras, ventiladores, aquecedores, etc.) é muito baixa, portanto, no cálculo da potência máxima, utiliza-se um fator de correção.

Na eletrificação de edifícios de escritórios, para os cálculos, é frequentemente utilizado um coeficiente empírico de simultaneidade, cujo valor é adotado na faixa de 0,6 a 0,8. A carga máxima é calculada multiplicando a soma das potências de todos os aparelhos elétricos pelo coeficiente.

Nos cálculos, existe um detalhe – é necessário considerar a diferença entre a potência nominal (aparente) e a potência consumida (ativa), que estão relacionadas pelo fator de potência (cos (f)).

Isso significa que, para o funcionamento do dispositivo, é necessária uma corrente de potência igual à consumida dividida por este coeficiente:

I_p = I / cos (f)

Onde:

• I_p – a intensidade da corrente nominal, que é utilizada nos cálculos de carga;
• I – a intensidade da corrente consumida pelo aparelho;
• cos (f) <= 1.

Normalmente, a corrente nominal é indicada diretamente ou através da especificação do valor de cos (f) na ficha técnica do aparelho elétrico.

Por exemplo, o valor do coeficiente para fontes de luz fluorescente é 0,9; para lâmpadas LED, cerca de 0,6; para lâmpadas incandescentes comuns, 1. Se a documentação for perdida, mas a potência consumida dos aparelhos domésticos for conhecida, para garantia adota-se cos (f) = 0,75.

Os valores recomendados do fator de potência indicados na tabela podem ser utilizados no cálculo de cargas elétricas quando não houver dados sobre a corrente nominal.

Sobre como selecionar um disjuntor automático pela potência de carga, está escrito no próximo artigo, cujo conteúdo recomendamos que você conheça.

Seleção da seção transversal dos condutores

Antes de instalar o cabo de alimentação do quadro de distribuição até um grupo de consumidores, é necessário calcular a potência dos aparelhos elétricos durante seu funcionamento simultâneo. A seção de qualquer ramal é escolhida conforme tabelas de cálculo, dependendo do tipo de metal da fiação: cobre ou alumínio.

Os fabricantes de fios acompanham seus produtos com materiais de referência semelhantes. Se eles não estiverem disponíveis, orientam-se pelos dados do manual “Pravila ustroystva elektrooborudovaniya” ou realizam o cálculo da seção do cabo.

No entanto, muitas vezes os consumidores se precavêm e escolhem não a seção mínima permitida, mas uma um passo maior. Por exemplo, ao comprar um cabo de cobre para uma linha de 5 kW, escolhem a seção dos condutores de 6 mm², quando pela tabela o valor de 4 mm² é suficiente.

A tabela de referência apresentada na PUE permite escolher a seção necessária da série padrão para diferentes condições de operação do cabo de cobre.

Isso é justificado pelos seguintes motivos:

• Maior vida útil do cabo grosso, que raramente é submetido à carga máxima permitida para sua seção. Reinstalar a fiação elétrica é um trabalho difícil e caro, especialmente se o ambiente já foi reformado.
• A margem de capacidade de condução permite conectar novos aparelhos elétricos ao ramal da rede sem problemas. Assim, na cozinha, é possível adicionar um freezer extra ou transferir para lá a máquina de lavar do banheiro.
• O funcionamento de dispositivos com motores elétricos gera fortes correntes de partida. Neste caso, observa-se uma queda de tensão, que não se manifesta apenas na oscilação das lâmpadas de iluminação, mas também pode causar danos à parte eletrônica do computador, ar condicionado ou máquina de lavar. Quanto mais grosso o cabo, menor será o pico de tensão.

Infelizmente, há muitos cabos no mercado que não são fabricados de acordo com o GOST, mas conforme os requisitos de diversas TU.

Frequentemente, a seção transversal dos seus condutores não atende aos requisitos, ou eles são feitos de um material condutor com resistência maior do que o permitido. Por isso, a potência máxima real, na qual o aquecimento admissível do cabo ocorre, costuma ser menor do que a indicada nas tabelas normativas.

Esta foto mostra as diferenças entre cabos fabricados de acordo com GOST (à esquerda) e conforme TU (à direita). É evidente a diferença na seção transversal dos condutores e na densidade de aderência do material isolante.

Cálculo da classificação do disjuntor para proteção do cabo

O disjuntor instalado no quadro deve garantir o desligamento da linha quando a corrente ultrapassar os limites permitidos para o cabo elétrico. Portanto, é necessário calcular a corrente nominal máxima permitida para o disjuntor.

De acordo com o PUE, a carga contínua admissível para cabos de cobre instalados em caixas ou ao ar (por exemplo, sobre um teto falso) é obtida da tabela acima. Esses valores são destinados a situações de emergência com sobrecarga de potência.

Alguns problemas surgem ao comparar a corrente nominal do disjuntor com a corrente admissível contínua, se feito de acordo com o GOST R 50571.4.43-2012 vigente.

É apresentado um fragmento do parágrafo 433.1 do GOST R 50571.4.43-2012. Na fórmula “2” há uma imprecisão, e para o correto entendimento da definição da variável In é necessário considerar o Apêndice “1”.

Primeiramente, a decodificação da variável I_n como potência nominal é enganosa, se não observar o Apêndice “1” deste parágrafo do GOST. Em segundo lugar, na fórmula “2” existe um erro de digitação: o coeficiente 1,45 foi adicionado incorretamente, e muitos especialistas constatam esse fato.

De acordo com o parágrafo 8.6.2.1. do GOST R 50345-2010, para disjuntores domésticos com corrente nominal de até 63 A, o tempo condicional é de 1 hora. A corrente de disparo estabelecida é igual ao valor nominal multiplicado pelo coeficiente 1,45.

Assim, de acordo com a primeira e a segunda fórmula modificada, a corrente nominal do disjuntor deve ser calculada pela seguinte fórmula:

I_n <= I_Z / 1,45

Onde:

• I_n – corrente nominal do disjuntor;
• I_Z – corrente admissível contínua do cabo.

Vamos calcular os valores nominais dos disjuntores para seções padrão de cabos em conexão monofásica com dois condutores de cobre (220 V). Para isso, dividiremos a corrente admissível contínua (quando instalado ao ar livre) pelo fator de disparo 1,45.

Selecionaremos o disjuntor de modo que seu valor nominal seja menor que este valor:

• Seção 1,5 mm²: 19 / 1,45 = 13,1. Valor nominal: 13 A;
• Seção 2,5 mm²: 27 / 1,45 = 18,6. Valor nominal: 16 A;
• Seção 4,0 mm²: 38 / 1,45 = 26,2. Valor nominal: 25 A;
• Seção 6,0 mm²: 50 / 1,45 = 34,5. Valor nominal: 32 A;
• Seção 10,0 mm²: 70 / 1,45 = 48,3. Valor nominal: 40 A;
• Seção 16,0 mm²: 90 / 1,45 = 62,1. Valor nominal: 50 A;
• Seção 25,0 mm²: 115 / 1,45 = 79,3. Valor nominal: 63 A.

Disjuntores automáticos de 13A raramente estão disponíveis no mercado, por isso, em vez deles, usam-se mais frequentemente dispositivos com potência nominal de 10A.

Cabos com condutores de alumínio raramente são usados hoje em dia na instalação de fiação interna. Para eles, também existe uma tabela que permite selecionar a seção de acordo com a carga.

De forma semelhante, para cabos de alumínio, calcularemos os valores nominais dos disjuntores:

• Seção 2,5 mm²: 21 / 1,45 = 14,5. Valor nominal: 10 ou 13 A;
• Seção 4,0 mm²: 29 / 1,45 = 20,0. Valor nominal: 16 ou 20 A;
• Seção 6,0 mm²: 38 / 1,45 = 26,2. Valor nominal: 25 A;
• Seção 10,0 mm²: 55 / 1,45 = 37,9. Valor nominal: 32 A;
• Seção 16,0 mm²: 70 / 1,45 = 48,3. Valor nominal: 40 A;
• Seção 25,0 mm²: 90 / 1,45 = 62,1. Valor nominal: 50 A.
• Seção 35,0 mm²: 105 / 1,45 = 72,4. Valor nominal: 63 A.

Se o fabricante de cabos de potência declarar uma relação diferente entre a potência admissível e a área da seção, então é necessário recalcular o valor para os disjuntores.

As fórmulas da relação entre corrente e potência para rede monofásica e trifásica são diferentes. Muitas pessoas que possuem aparelhos projetados para tensão de 380 Volts cometem um erro nesta etapa.

Como determinar os parâmetros técnicos de um disjuntor automático pela marcação, é detalhadamente explicado aqui. Recomendamos que você leia o material informativo.

Prevenção de sobrecarga devido ao funcionamento dos consumidores

Às vezes, na linha é instalado um disjuntor com potência nominal significativamente menor do que o necessário para garantir a preservação da funcionalidade do cabo elétrico.

É razoável reduzir o valor nominal do disjuntor se a potência total de todos os dispositivos no circuito for significativamente menor do que o cabo pode suportar. Isso ocorre por razões de segurança, quando, após a instalação da fiação, parte dos aparelhos foi removida da linha.

Então, a redução da potência nominal do disjuntor é justificada pela sua resposta mais rápida a sobrecargas que ocorrem.

Por exemplo, quando o rolamento de um motor elétrico emperra, a corrente no enrolamento aumenta abruptamente, mas não até valores de curto-circuito. Se o disjuntor reagir rapidamente, o enrolamento não derreterá, salvando o motor de um caro processo de rebobinagem.

Também se usa um valor nominal menor que o calculado devido a restrições rigorosas em cada circuito. Por exemplo, para uma rede monofásica na entrada de um apartamento com fogão elétrico, é instalado um disjuntor de 32 A, o que resulta em 32 * 1,13 * 220 = 8,0 kW de potência admissível. Suponha que, ao fazer a distribuição pelo apartamento, foram organizadas 3 linhas com disjuntores de grupo de 25 A.

Se o número de disjuntores de grupo instalados no quadro de distribuição for grande, eles devem ser etiquetados e numerados. Caso contrário, pode-se confundir.

Suponha que em uma das linhas ocorra um aumento lento da carga. Quando a potência consumida atingir o valor igual ao disparo garantido do disjuntor de grupo, para as outras duas seções restarão apenas (32 – 25) * 1,45 * 220 = 2,2 kW.

Isso é muito pouco em relação ao consumo total. Com esse esquema de quadro de distribuição, o disjuntor de entrada desarmará com mais frequência do que os dispositivos nas linhas.

Portanto, para preservar o princípio da seletividade, é necessário instalar disjuntores de 20 ou 16 ampères nas seções. Então, com o mesmo desequilíbrio de potência consumida, as outras duas seções receberão um total de 3,8 ou 5,1 kW, o que é aceitável.

Consideremos a possibilidade de instalação de um disjuntor de 20 A no exemplo de uma linha separada dedicada à cozinha.

A ela estão conectados e podem ser ligados simultaneamente os seguintes aparelhos elétricos:

• Geladeira, com potência nominal de 400 W e corrente de partida de 1,2 kW;
• Dois freezers, com potência de 200 W;
• Forno, com potência de 3,5 kW;
• Durante o funcionamento do forno elétrico, é permitido ligar apenas mais um aparelho, o mais potente dos quais é a chaleira elétrica, que consome 2,0 kW.

Um disjuntor de 20 ampères permite passar corrente com potência de 20 * 220 * 1,13 = 5,0 kW por mais de uma hora. O desligamento garantido em menos de uma hora ocorrerá ao passar corrente de 20 * 220 * 1,45 = 6,4 kW.

Na cozinha, o equipamento de refrigeração e o fogão devem ter conexão elétrica permanente. Se houver risco de excesso de corrente, o funcionamento simultâneo dos outros dispositivos pode ser evitado, reservando apenas duas tomadas para eles.

Ao ligar simultaneamente o forno e a chaleira elétrica, a potência total será de 5,5 kW ou 1,25 vezes a capacidade nominal do disjuntor. Como a chaleira funciona por pouco tempo, não ocorrerá desligamento. Se nesse momento a geladeira e ambos os freezers forem ligados, a potência será de 6,3 kW ou 1,43 vezes a capacidade nominal.

Esse valor já está próximo do parâmetro de disparo garantido. No entanto, a probabilidade de ocorrer tal situação é extremamente baixa e a duração do período será insignificante, pois o tempo de funcionamento dos motores e da chaleira é curto.

A corrente de partida gerada ao ligar a geladeira, mesmo somada a todos os dispositivos em funcionamento, não será suficiente para acionar o disparador eletromagnético. Assim, nas condições dadas, pode-se usar um disjuntor de 20 A.

O único detalhe é a possibilidade de aumento da tensão para 230 V, o que é permitido por documentos normativos. Em particular, a GOST 29322-2014 (IEC 60038:2009) define a tensão padrão como 230 V com a possibilidade de uso de 220 V.

Atualmente, na maioria das redes, a eletricidade é fornecida com tensão de 220 V. Se o parâmetro de corrente for ajustado ao padrão internacional de 230 V, então é possível recalcular as capacidades nominais de acordo com esse valor.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Dispositivo do disjuntor. Seleção do disjuntor de entrada de acordo com a potência conectada. Regras de distribuição de energia:

Seleção do disjuntor de acordo com a capacidade de condução do cabo:

O cálculo da corrente nominal do disjuntor é uma tarefa complexa, para a qual é necessário considerar várias condições. Do disjuntor instalado dependem a facilidade de manutenção e a segurança da rede elétrica local.

Em caso de dúvida sobre a possibilidade de fazer a escolha correta, é necessário consultar eletricistas experientes.

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