O que é um DR: construção, princípio de funcionamento, tipos existentes e marcação do DR

Qualquer rede elétrica deve ter um dispositivo de proteção, mas nem todos sabem o que é um DR e qual o seu princípio de funcionamento. A decodificação da abreviatura é a seguinte – dispositivo de proteção diferencial.

Este aparelho elétrico de baixa tensão destina-se a desligar a seção protegida do circuito quando ocorre uma corrente diferencial que excede o valor nominal para este dispositivo.

Em nosso artigo, tentaremos analisar detalhadamente o dispositivo e o princípio de funcionamento do DR, examinar as variedades existentes e entender quais informações contém a marcação dos dispositivos de proteção diferencial.

Finalidade do aparelho de proteção

O circuito de aterramento do DR é um condutor PE dos invólucros condutores neutros ou de partes de mecanismos elétricos com resistência não superior a 4 ohms.

Quando ocorre uma corrente de fuga, esses elementos do equipamento podem ficar sob tensão, representando perigo para a vida de pessoas e animais em caso de contato, bem como para a propriedade em geral.

Salvar de choques elétricos é a vocação dos dispositivos de proteção. Ao detectar uma corrente de fuga, eles desligam a tensão.

O maior perigo reside no fato de que tais falhas no circuito são invisíveis e, em casos raros, perceptíveis, quando ao tocar no aparelho é possível sentir um leve choque elétrico.

A principal causa desse fenômeno é a violação da camada isolante da fiação. Processos não controlados podem causar grandes danos, por isso o equipamento de proteção está ganhando grande popularidade em ambientes domésticos.

O impacto das redes condutoras no corpo humano pode ter consequências lamentáveis. Este problema foi resolvido com o uso de dispositivos de medição e controle DR, pertencentes ao segmento de proteção. Os principais requisitos de instalação e uso são descritos na IEC 60364.

O uso do DR é mais difundido em redes monofásicas de corrente alternada com aterramento da linha neutra, bem como com níveis de tensão de até 1 kW no formato de fornecimento de energia doméstico.

Configuração construtiva do RCD

As características opcionais do mecanismo de proteção ajudarão a entender o princípio de funcionamento do DDR, nomeadamente a reação reproduzível do aparelho a uma fuga de corrente.

Os principais componentes operacionais incluem:

• sensor diferencial do transformador;
• órgão de disparo — mecanismo que interrompe o circuito elétrico que funciona incorretamente;
• relé eletromagnético;
• unidade de controle.

Ao sensor estão conectados enrolamentos opostos – fase e neutro. No modo de operação normal da rede, esses elementos semicondutores criam fluxos magnéticos no núcleo com direções opostas entre si. Com isso, o fluxo magnético é igual a zero.

O transformador consiste em um núcleo de aço fechado, sobre o qual são colocadas duas bobinas: a primária – conectada à fonte de corrente alternada, a secundária – conectada à carga. Na mesma proporção em que o transformador aumenta a tensão da corrente alternada, a corrente diminui.

À bobina secundária, enrolada no núcleo magnético do transformador, é conectado um relé eletromagnético. Se as condições padrão de operação forem observadas na rede, ele não é acionado.

Quando ocorre uma fuga de corrente, todo o funcionamento muda drasticamente. Os condutores de fase e neutro começam a conduzir diferentes magnitudes de corrente. Agora, o valor e a direção dos fluxos magnéticos no núcleo do transformador também terão parâmetros diferentes.

Nas espiras secundárias surge uma corrente e, ao atingir os valores definidos, ocorre o acionamento do relé eletromagnético. Ele está conectado em conjunto com o mecanismo de disparo. Essa combinação reage no momento necessário e desarma a rede elétrica.

De acordo com os requisitos de segurança contra incêndio, as verificações de controle do dispositivo de proteção diferencial são realizadas regularmente, pelo menos uma vez por mês. Para isso, o aparelho possui um botão especial «TESTE».

O nó de verificação é representado por um mecanismo de resistência — uma carga específica conectada em derivação ao sensor diferencial. Este elemento simula uma fuga de corrente e, assim, a verificação do funcionamento do aparelho é realizada. Mais detalhes sobre os métodos de verificação foram discutidos neste artigo.

O princípio de funcionamento do DDR é o seguinte: fornecimento de corrente da linha de fase para a resistência de controle e, em seguida, para o fio neutro, ignorando o sensor.

Assim, são criadas condições de diferentes valores de corrente na entrada e na saída do aparelho. Esse desequilíbrio deve levar ao acionamento do nó de desligamento.

Dependendo dos fabricantes, o esquema do circuito pode variar, no entanto, o princípio utilizado no funcionamento do DDR será idêntico em todos os modelos.

Princípio de acionamento do mecanismo de proteção

Vejamos para que é necessário usar o RCD. O funcionamento do dispositivo de proteção é baseado em um método de medição.

Os parâmetros de entrada e saída das correntes que passam pelo transformador são registrados. Se o primeiro valor for maior que o segundo, significa que há uma fuga de corrente no circuito elétrico e o dispositivo realiza o desligamento. Se os parâmetros forem idênticos, o dispositivo não atua.

Em um sistema de dois fios, o dispositivo diferencial não atua se a corrente que passa pelos condutores de fase e neutro tiver a mesma intensidade. Se houver diferença nesses valores, significa que há uma falha de isolamento na rede e o mecanismo de proteção desligará a seção danificada.

Para melhor entendimento, vejamos como o RCD funcionará em um quadro de distribuição residencial com sistema bipolar.

Aos blocos de terminais superiores está conectado o fio de entrada de dois condutores (fase e neutro). Aos terminais inferiores estão conectados a fase e o neutro, que vão até a seção de carga, por exemplo, a tomada de alimentação do boiler ou da chaleira elétrica. O aterramento de proteção do dispositivo será feito por um cabo, ignorando o RCD.

No modo de operação padrão, o movimento dos elétrons ocorre pela linha de fase, desde o cabo de entrada até o aquecedor elétrico do boiler/chaleira, passando pelo dispositivo de proteção diferencial. De volta, eles se movem para a terra novamente através do RCD, mas pela linha de neutro.

Se uma pessoa tocar na carcaça de um aparelho condutor, na qual surgiu um potencial devido a uma falha, nessa situação a fuga de corrente passará pelo corpo da pessoa, ao que o dispositivo reage quase instantaneamente, desligando o sistema de alimentação.

Por exemplo, no resistor de aquecimento do aparelho, o isolamento foi danificado. Assim, através da água no interior, a corrente será parcialmente conduzida pela carcaça e, em seguida, irá para a terra através da fiação do dispositivo de proteção.

O restante da corrente retornará pela linha neutra através do RCD. No entanto, sua intensidade será menor pelo valor da fuga em comparação com a corrente de entrada.

A diferença dos valores é calculada pelo transformador diferencial. Se o valor for maior que o permitido, o dispositivo reage instantaneamente e interrompe o circuito.

Em outro artigo nosso, fornecemos recomendações para a escolha e a conexão correta do RCD para boiler.

Justificativa do uso do DR

Vejamos para que é necessário usar o RCD e contra quais fatores negativos de impacto o dispositivo oferece proteção.

Em primeiro lugar — curto-circuito da fase com a carcaça dos equipamentos elétricos. Principalmente, as áreas problemáticas incluem as resistências de aquecimento de aquecedores e máquinas de lavar. Vale notar que a falha ocorre apenas quando o componente gerador de calor é aquecido pela ação da corrente.

Também no caso de conexão incorreta dos fios. Por exemplo, se forem usadas torções sem caixa de bornes, que posteriormente são embutidas na parede e cobertas com uma camada de gesso. Como a superfície tem alta umidade, essa torção será uma ruptura, causando fuga para a parede.

O mecanismo de proteção diferencial, neste caso, desenergizará constantemente a linha até que a seção seque completamente ou até que o ponto de conexão seja refeito.

A proteção automática é eficazmente aplicada em condições domésticas: em grupos elétricos para banheiro, cozinha e tomadas, com grande número de aparelhos alimentados. A situação ideal é quando esse tipo de dispositivo está instalado em cada grupo de tomadas.

O campo de aplicação dos dispositivos de proteção diferencial é bastante variado — desde edifícios públicos até grandes empresas. Eles equipam construções e esquemas eletrotécnicos destinados à recepção e distribuição: quadros elétricos em residências, sistemas de fornecimento de corrente para consumo individual, etc. O principal é – escolher corretamente o DR pela potência.

Tipos de dispositivos e sua classificação

As empresas desenvolvedoras dotam seus produtos de diversas capacidades, que devem ser consideradas ao determinar o tipo necessário de DR, com base nas condições específicas de operação da rede elétrica.

Para que o consumidor comum consiga escolher o dispositivo de proteção necessário entre a variedade de modelos oferecidos, foi criado um sistema de classificação baseado nas seguintes características:

• princípio de funcionamento;
• tipo de corrente diferencial;
• atraso no tempo da corrente diferencial de desligamento;
• número de polos;
• método de instalação.

A seguir, examinaremos cada uma dessas classificações em detalhe.

Classificação #1 — pelo método de conexão

Existem apenas dois métodos de ativação – eletromecânico e eletrônico. No primeiro caso, o disjuntor desligará a alimentação na linha danificada independentemente da tensão da rede. O principal órgão de trabalho é um núcleo toroidal com enrolamentos.

Quando ocorre uma fuga, no circuito secundário é gerada uma tensão para ativar o relé de polarização, o que leva à ativação do mecanismo de desligamento.

Para dispositivos do tipo eletromecânico, não é necessária tensão externa. A fonte para seu acionamento é a corrente diferencial na linha danificada.

O funcionamento do aparelho com componentes eletrônicos depende totalmente de uma tensão adicional, ou seja, é necessária alimentação externa. Aqui, o órgão de trabalho é uma placa eletrônica com amplificador.

Dentro desse mecanismo, não há fontes adicionais que acumulem energia, portanto, para o funcionamento do circuito, é usada a eletricidade da rede externa e, se não houver tensão, o dispositivo não interromperá o circuito.

Determinação do tipo de dispositivo: soldar dois fios aos terminais de uma pilha AA. Ligar o RCD e conectar um fio à entrada do bloco de proteção e o outro à saída. Os fios são conectados a um polo. Se o aparelho desligar, significa que é do tipo eletromecânico; se não, é eletrônico.

Exemplo de funcionamento de um RCD eletrônico instalado em uma linha com tomada que alimenta um micro-ondas: ocorreu uma ruptura do neutro e, adicionalmente, uma falha na fiação do micro-ondas, causando curto-circuito da fase com o chassi, ou seja, surge um potencial perigoso no chassi.

Se você tocar no forno, a proteção eletrônica não será acionada, pois não há rede de alimentação. Exatamente por ser menos confiável em comparação com o análogo eletromecânico, este dispositivo teve menor difusão.

Classificação #2 — pelo tipo de corrente de fuga

Todos os modelos de dispositivos de segurança fabricados são adicionalmente classificados pela corrente de carga que passa pelo dispositivo. Eles processam a tensão de um formato de oscilação específico.

O valor nominal da tensão de operação é indicado no invólucro de todos os dispositivos e no manual. Este parâmetro deve corresponder à faixa de corrente nominal do equipamento elétrico.

O tipo AC é ativado quando ocorre instantaneamente o surgimento de tensão alternada de fuga no circuito controlado ou quando há aumento gradual em forma de onda. Esses aparelhos são marcados com a insrição «AC» ou o símbolo «~».

O formato mais adequado para uso doméstico – RCD tipo AC. Este modelo é o mais barato entre dispositvos de ação similar. No manual do equipamento elétrico, os fabricantes frequentemente indicam o modelo específico do dispositivo de proteção adequado para este produto.

O tipo A atua quando há formação instantânea de corrente de fuga alternada ou pulsante no circuito controlado, ou quando há aumento gradual dessas correntes.

Esse mecanismo pode ser usado em todas as situações apresentadas. No invólucro do dispositivo está gravada a abreviatura «A» ou o símbolo, como na imagem gráfica dentro de um retângulo. .

Na maioria das vezes, o tipo A é conectado a circuuitos onde é realizado o controle de carga por meio do corte do topo da senoide, por exemplo, ajuste da velocidade de rotação do motor por um conversor tiristorizado.

O custo do modelo A é várias vezes mais caro em comparação com o AC, pois aqui é realizado adicionalmente o controle da tensão contínua que surge em equipamentos de conversão de potência.

RCDs do subtipo B são eficazes para reproduzir a resposta em um circuuito elétrico subordinado de corrente de fuga contínua, alternada ou convertida (retificada).

Este é um equipamento de alto custo, destinado a instalações industriais. Em condições domésticas, eles não são utilizados.

Os dispositivos de proteção contra desligamento dos tipos A, B e AC apresentados são projetados para um tempo de ativação de 0,02-0,03 s.

Classificação #3 — pelo tipo de retardo de tempo

Esta classificação pressupõe a diferença em dois tipos: S e G. A proteção automática do tipo S pode ser caracterizada por uma reação de formato seletivo. O retardo de tempo de disparo corresponde ao intervalo de 0,15-0,5 s. É aconselhável escolhê-lo no caso de conexão em grupo de DRs.

Esquema de um quadro de apartamento com dois grupos de carga, onde estão conectados dois tipos diferentes de dispositivos de proteção: AC ou A, e S

De acordo com o esquema, no quadro há dois grupos de carga na forma de tomada nº1 e nº2, nos quais está conectado um DR tipo A, e na entrada do cômodo, um segundo disjuntor – S.

Se ocorrer uma falha em um dos feixes, o dispositivo de entrada só será ativado quando o dispositivo coletivo não cumprir sua função e não desligar o trecho defeituoso.

A seletividade de ativação do rompimento do circuito pode ser realizada usando outro método – por meio dos ajustes de corrente de fuga. Este método é o mais difundido.

Esquema de um quadro de apartamento com dois grupos de carga, onde estão conectados dois tipos diferentes de dispositivos de proteção: AC com ajuste de falha, e o segundo A, mas com valor maior

Tomemos um esquema semelhante ao anterior e o modifiquemos da seguinte forma: escolhemos o disjuntor de grupo do tipo AC apenas com ajuste de corrente diferencial de 0,03 A, e na entrada será um dispositivo análogo apenas de 0,1 A.

Há situações em que a corrente diferencial no circuito com defeito excede os ajustes nominais de dois dispositivos de proteção. Para o primeiro esquema, a seletividade não será violada, mas no segundo, a corrente de corte pode ser fornecida por qualquer um dos dispositivos conectados.

O dispositivo de fator de forma G também apresenta um princípio seletivo de disparo e possui um retardo de 0,06-0,08 s. Todos os tipos seletivos descritos são projetados para suportar correntes extremas – até 15 kA.

Alguns modelos de DR possuem um sistema de regulação do ajuste do órgão diferencial, outros não têm essa possibilidade. No entanto, para fins domésticos, a segunda versão é adequada.

A corrente de limitação é um parâmetro importante na escolha, pois é justamente por meio dela que se garante a segurança.

Por exemplo, em ambientes com alta umidade, a alimentação de aparelhos elétricos é feita com a conexão de dispositivos de desligamento com ajuste de 0,01 A. Para condições domésticas padrão – 0,03 A.

Para organização da segurança contra incêndio em edifícios – 0,1-0,3 A. Recomendamos consultar as dicas sobre escolha de DR contra incêndio e os detalhes de sua instalação.

Classificação #4 — pelo número de polos

Visto que o dispositivo automático funciona pelo princípio de comparação das intensidades de corrente que passam por ele, o número de polos do disjuntor será idêntico ao número de linhas condutoras de corrente.

O dispositivo diferencial residual (DDR) bipolar é designado como 2P. Ele é inserido em um circuito monofásico para garantir a proteção de pessoas e prevenir possíveis causas de incêndio.

A marcação dos DDRs quadripolares é 4P. Eles são projetados para operar em uma rede trifásica. Também é possível uma combinação de instalação, por exemplo, um dispositivo com quatro polos é introduzido em uma rede de dois condutores.

No entanto, dessa forma, nem todo o potencial do dispositivo será aproveitado, o que é economicamente desvantajoso.

Ao instalar um disjuntor de proteção, deve-se considerar a possibilidade de a corrente de carga exceder os valores máximos de operação do dispositivo. Portanto, é instalado adicionalmente um disjuntor automático com tensão nominal não superior à corrente de operação do sistema de segurança.

Classificação #5 — pelo modo de instalação do dispositivo

Como os dispositivos de proteção diferencial são fabricados em diferentes invólucros, eles podem ser usados como estacionários ou portáteis.

No segundo caso, o aparelho é fornecido com um cabo de extensão. Os dispositivos fixados em trilho DIN são montados no quadro elétrico, que é instalado no corredor ou no apartamento.

Também existem variantes como DDR-tomada e DDR-ficha. Tanto no primeiro como no segundo caso, qualquer aparelho elétrico ligado por meio desse mecanismo não representa perigo para as pessoas em caso de avaria.

Decodificação completa dos valores de marcação

Obrigatoriamente, no corpo do dispositivo consta o nome da empresa fabricante. Em seguida, há uma marcação padronizada com a indicação do número de série.

Para decodificar a abreviatura, usaremos o seguinte exemplo [F][X]00[X]-[XX]:

• [F] – dispositivo de proteção diferencial;
• [X] – formato de execução;
• 00 – designações numéricas ou alfanuméricas da série;
• [X] – número de polos: 2 ou 4;
• [XX] – características conforme o tipo de corrente de fuga: AC, A e B.

Além disso, aqui também estão indicados os parâmetros nominais do dispositivo, aos quais se deve prestar atenção especial na escolha.

Decodificação da abreviatura: 1 – marca; 2 – tipo de dispositivo; 3 – tipo seletivo; 4 – conformidade com as normas europeias; 5 – corrente nominal de operação e disparo; 6 – tensão alternada máxima de operação; 7 – corrente nominal que o dispositivo pode suportar; 8 – capacidade diferencial de ligar e desligar; 9 – esquema elétrico; 10 – verificação manual de funcionamento; 11 – marcação da posição do interruptor

Os parâmetros máximos para os quais os dispositivos são projetados incluem: tensão Un, corrente In, valor diferencial da corrente de disparo do circuito IΔn, capacidade de ligar e desligar Im, capacidade de comutação em curto-circuito Icn.

Os principais valores de marcação devem ser dispostos de modo a permanecerem visíveis após a instalação do aparelho. Alguns parâmetros podem ser aplicados na lateral ou na parte traseira, visíveis apenas antes da montagem do produto.

As saídas destinadas apenas à conexão do condutor neutro são designadas pelo símbolo latino «N». O modo desligado do DR é indicado pelo símbolo «O» (círculo), e o modo ligado, por uma barra vertical curta «I».

Nem todos os produtos possuem as indicações de temperatura ambiente ideais. Nos modelos que possuem o símbolo — significa que a faixa de operação é de -25 a +40 °C; se não houver nenhuma indicação, os padrões são de -5 a +40 °C.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Material em vídeo com uma visão detalhada de todos os elementos constituintes dos mecanismos de proteção, sua finalidade e princípio de interação entre si:

Descrição de todos os tipos de disjuntores de proteção, bem como dicas de como fazer a escolha certa:

Resposta para a eterna questão: em que escolher – no disjuntor diferencial ou no DR? + segredos de montagem:

A aplicação do DR é uma solução vantajosa e correta, não apenas do ponto de vista econômico, mas também da segurança contra incêndios e proteção de pessoas.

Recomenda-se aproveitar ao máximo seu potencial em condições domésticas, instalando-o em todos os grupos de equipamentos elétricos para garantir o completo isolamento contra a exposição à eletricidade.

Você ainda tem dúvidas sobre o princípio de funcionamento ou classificação dos dispositivos de proteção diferencial? Ou deseja complementar o material apresentado com informações úteis? Por favor, escreva seus esclarecimentos no bloco de comentários, faça perguntas – os especialistas e visitantes competentes do nosso site tentarão respondê-lo da forma mais abrangente possível.