Escolha do disjuntor: tipos e características dos disjuntores elétricos

Certamente muitos de nós já se perguntaram por que os disjuntores substituíram tão rapidamente os fusíveis obsoletos dos esquemas elétricos? A atividade de sua implementação é justificada por uma série de argumentos muito convincentes, entre eles a possibilidade de comprar este tipo de proteção, perfeitamente adequado aos dados tempo-corrente de tipos específicos de equipamentos elétricos.

Você está em dúvida sobre qual disjuntor precisa e não sabe como escolhê-lo corretamente? Nós ajudaremos a encontrar a solução certa – no artigo é abordada a classificação destes dispositivos. E também as características importantes nas quais você deve prestar muita atenção ao escolher um disjuntor.

Para que você possa entender melhor os disjuntores, o material do artigo é complementado com fotos ilustrativas e recomendações em vídeo úteis de especialistas.

Classificação dos disjuntores

O disjuntor desliga praticamente instantaneamente a linha que lhe é confiada, evitando danos à fiação e aos equipamentos alimentados pela rede. Após o desligamento, o ramo pode ser reiniciado imediatamente, sem a necessidade de substituir o dispositivo de proteção.

Normalmente os disjuntores são escolhidos com base em quatro parâmetros principais – capacidade nominal de interrupção, número de polos, característica tempo-corrente, corrente nominal de trabalho.

Pela capacidade nominal de interrupção

Esta característica indica a corrente de curto-circuito (CC) admissível na qual o disjuntor atuará e, abrindo o circuito, desenergizará a fiação e os aparelhos a ela conectados.

Com base neste parâmetro, distinguem-se três tipos de disjuntores – 4,5 kA, 6 kA, 10 kA.

1. Disjuntores de 4,5 kA (4500 A) geralmente são usados para evitar danos às linhas de energia de residências particulares. A resistência da fiação da subestação até o local do curto-circuito é de aproximadamente 0,05 Ohm, resultando em uma corrente limite de cerca de 500 A.
2. Dispositivos de 6 kA (6000 A) são usados para proteção contra curto-circuito em áreas residenciais e locais públicos, onde a resistência das linhas pode chegar a 0,04 Ohm, aumentando a probabilidade de um curto-circuito de até 5,5 kA.
3. Disjuntores de 10 kA (10000 A) são usados para proteger instalações elétricas industriais. Uma corrente de até 10000 A pode ocorrer em um circuito elétrico curto localizado próximo à subestação.

Antes de escolher a modificação ideal do disjuntor, é importante entender se são possíveis correntes de curto-circuito superiores a 4.5 kA ou 6 kA?

A capacidade nominal de interrupção é indicada na documentação do disjuntor e no corpo em forma de código – 4500 A, 600 A, 10000 A ou 4,5 kA, 6 kA, 10 kA. Na parte frontal do dispositivo há informações sobre o fabricante, modelo, tensão nominal, composta pelos dados da característica tempo-corrente, corrente de operação

O desligamento do disjuntor ocorre em caso de curto-circuito com valores especificados. Na maioria das vezes, para uso doméstico, são utilizados disjuntores da modificação 6000 A.

Os modelos de 4500 A para proteção de redes elétricas modernas praticamente não são utilizados, e em alguns países seu uso é proibido.

Se você tem interesse em como converter corretamente Amperes em Watts, recomendamos a leitura do material apresentado no seguinte artigo.

Quando o disjuntor detecta um curto-circuito, o desligamento é realizado pela bobina eletromagnética (situação A). Quando as correntes nominais são excedidas, a rede é aberta pela lâmina bimetálica (situação B).

A função do disjuntor automático é proteger a fiação (e não os equipamentos e usuários) contra curtos-circuitos e contra o derretimento do isolamento quando correntes acima dos valores nominais passam.

Pelo número de polos

Esta característica indica o número máximo possível de fios que podem ser conectados ao disjuntor para proteção da rede.

O desligamento ocorre quando surge uma situação de emergência (quando os valores permitidos de corrente são excedidos ou quando o nível da curva tempo-corrente é ultrapassado).

Esta característica indica o número máximo possível de fios que podem ser conectados ao disjuntor para proteção da rede. O desligamento ocorre quando surge uma situação de emergência (quando os valores permitidos de corrente são excedidos ou quando o nível da curva tempo-corrente é ultrapassado).

Disjuntores automáticos unipolares

O disjuntor do tipo unipolar é a modificação mais simples do disjuntor. Ele é projetado para proteger circuitos individuais, bem como fiação monofásica, bifásica e trifásica. Na construção do disjuntor, é possível conectar 2 fios – o fio de alimentação e o fio de saída.

A função do dispositivo desta classe inclui apenas a proteção do fio contra ignição. O neutro da fiação é colocado no barramento neutro, contornando o disjuntor, e o fio terra é conectado separadamente ao barramento de terra.

A conexão de um disjuntor monopolar é feita com fio de um único condutor, mas às vezes são usados cabos de dois condutores. A alimentação é conectada na parte superior do disjuntor e a linha protegida na parte inferior, o que simplifica a instalação. A montagem é feita em um trilho DIN de 18 mm.

O disjuntor monopolar não desempenha a função de entrada, pois quando é desligado forçadamente, ocorre uma interrupção na linha de fase, enquanto o neutro permanece conectado à fonte de tensão, o que não oferece 100% de garantia de proteção.

Disjuntores bipolares

Quando é necessário um desligamento completo da rede elétrica da tensão, utiliza-se um disjuntor bipolar.

Ele é usado como disjuntor de entrada, quando durante um curto-circuito ou falha da rede, toda a fiação elétrica é desenergizada simultaneamente. Isso permite realizar trabalhos de reparo e modernização dos circuitos de forma totalmente segura.

Disjuntores bipolares são usados em casos em que é necessário um disjuntor separado para um aparelho elétrico monofásico, como aquecedor de água, caldeira, máquina.

A conexão de um disjuntor bipolar é feita de acordo com o esquema elétrico de proteção, utilizando fio de 1 ou 2 condutores (o número de condutores depende do esquema de distribuição). A montagem é feita em um trilho DIN de 36 mm.

O disjuntor é conectado ao dispositivo protegido usando 4 fios, dois dos quais são fios de alimentação (um deles é conectado diretamente à rede e o outro fornece alimentação através de um jumper) e dois são fios de saída que precisam de proteção, podendo ser de 1, 2 ou 3 condutores.

Disjuntores tripolares

Para proteção de uma rede trifásica de 3 ou 4 fios, são usados disjuntores tripolares. Eles são adequados para conexão em estrela (o fio neutro é deixado sem proteção e os fios de fase são conectados aos polos) ou em triângulo (sem fio central).

Em caso de falha em uma das linhas, as outras duas são desligadas automaticamente.

A conexão de um disjuntor tripolar é feita com fios de 1, 2 ou 3 condutores. Para a instalação, será necessário um trilho DIN de 54 mm de largura.

O disjuntor tripolar serve como disjuntor de entrada e geral para qualquer tipo de carga trifásica. Frequentemente, essa modificação é usada na indústria para fornecer corrente a motores elétricos.

Até 6 fios são conectados ao modelo, 3 dos quais são fios de fase da rede elétrica trifásica. Os 3 restantes são os protegidos. Eles representam três circuitos monofásicos ou um circuito trifásico.

Disjuntores automáticos de quatro polos

Para proteger uma rede elétrica trifásica ou tetrafásica, por exemplo, um motor potente conectado no princípio de “estrela com ponto neutro acessível”, utiliza-se um disjuntor de quatro polos. Ele é usado como interruptor de entrada em uma rede trifásica de quatro condutores.

A conexão do disjuntor de quatro polos é feita com fio de 1, 2, 3 ou 4 condutores; o esquema depende do tipo de conexão; a carcaça deve ser montada em trilho DIN de 73 mm de largura

É possível conectar oito fios ao corpo do disjuntor, dos quais três são fios fase da rede elétrica (+ um neutro) e quatro são fios de saída (3 fases + 1 neutro).

Os consumidores monofásicos são alimentados por tensão de 220 V, que pode ser obtida tomando-se uma das fases e o condutor neutro (neutro) da rede elétrica. Ou seja, neste caso, além das três fases da rede elétrica, há mais um condutor – o neutro, portanto, para proteção e comutação dessa rede elétrica, instalam-se disjuntores automáticos de quatro polos, que realizam a interrupção de todos os quatro condutores.

Pela característica tempo-corrente

Os disjuntores podem ter o mesmo valor de potência nominal de carga, mas as características de consumo de energia dos aparelhos podem ser diferentes.

A potência consumida pode ser fornecida de forma irregular, variando conforme o tipo e a carga, bem como ao ligar, desligar ou durante a operação contínua de um determinado dispositivo.

As flutuações da potência consumida podem ser bastante significativas, e a faixa de variação é ampla. Isso leva ao desligamento do disjuntor devido ao excesso de corrente nominal, o que é considerado um desligamento falso da rede.

Para eliminar a probabilidade de atuação indevida do disjuntor durante alterações padrão não emergenciais (aumento de corrente, variação de potência), utilizam-se disjuntores com características tempo-corrente (VTH) específicas.

Isso permite operar disjuntores com os mesmos parâmetros de corrente com cargas permitidas arbitrárias sem desligamentos falsos.

As VTH mostram após quanto tempo o disjuntor atuará e quais serão os indicadores da relação entre a corrente e a corrente nominal do disjuntor nesse momento.

Características dos disjuntores com curva B

O disjuntor com a curva indicada desliga em 5 a 20 segundos. O valor da corrente é de 3 a 5 vezes a corrente nominal do disjuntor. Essas modificações são usadas para proteger circuitos que alimentam aparelhos domésticos padrão.

Na maioria das vezes, o modelo é usado para proteger a fiação de apartamentos e casas particulares.

Curva C – princípios de operação

O disjuntor com a designação C desliga em 1 a 10 segundos com 5 a 10 vezes a corrente nominal.

Os disjuntores deste grupo são utilizados em todas as áreas — em casa, construção civil, indústria, mas são mais exigidos na área de proteção elétrica de apartamentos, casas e residências.

Operação de disjuntores com característica D

Disjuntores classe D são utilizados na indústria e estão disponíveis em versões tripolares e quadripolares. Eles são usados para proteger motores elétricos potentes e vários dispositivos trifásicos.

O tempo de atuação do disjuntor é de 1 a 10 segundos com corrente múltipla de 10 a 14, o que permite sua aplicação eficaz na proteção de várias instalações elétricas.

Na parte inferior do gráfico é apresentada a multiplicidade dos valores da corrente nominal, na linha vertical — o tempo de desligamento. Para a característica B, o desligamento ocorre com excedentes de 3 a 5 vezes a corrente real sobre a nominal, para C — 5 a 10 vezes, para D — 10 a 14 vezes.

Motores industriais potentes funcionam exclusivamente com disjuntores de característica D.

Talvez você também tenha interesse em conhecer a marcação dos disjuntores automáticos em outro artigo nosso.

Pela corrente nominal de trabalho

Existem 12 modificações de disjuntores, que diferem quanto ao indicador de corrente nominal de trabalho – 1A, 2A, 3A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A. O parâmetro é responsável pela velocidade de atuação do disjuntor quando a corrente real excede a nominal.

A tabela ilustra a potência máxima de cada modificação do disjuntor, de acordo com o esquema de conexão e a tensão da rede. O rendimento máximo do disjuntor ocorre quando a carga é conectada em configuração triângulo.

A seleção do disjuntor pela característica indicada é feita considerando a potência da instalação elétrica, a corrente admissível que a fiação pode suportar em condições normais. Se o valor da corrente for desconhecido, ele é determinado por meio de fórmulas, utilizando os dados de seção do fio, seu material e método de instalação.

Disjuntores de 1A, 2A, 3A são usados para proteger circuitos de baixa corrente. Eles são adequados para fornecer eletricidade a um pequeno número de aparelhos, como lâmpadas ou lustres, um refrigerador de baixa potência e outros dispositivos cuja potência total não exceda a capacidade do disjuntor.

O disjuntor de 3A é operado eficazmente na indústria se for conectado trifásico em configuração triângulo.

Disjuntores de 6A, 10A, 16A podem ser usados para fornecer eletricidade a circuitos elétricos individuais, pequenos cômodos ou apartamentos.

Estes modelos são usados na indústria, fornecendo energia para motores elétricos, solenóides, aquecedores, soldadores automáticos, conectados por uma linha separada.

Disjuntores tripolares e quadripolares de 16A são usados como entrada em esquemas de alimentação trifásica. Na produção, dá-se preferência a dispositivos com curva D.

Disjuntores de 20A, 25A, 32A são usados para proteger a fiação de apartamentos modernos; eles podem fornecer eletricidade a máquinas de lavar, aquecedores, secadores elétricos e outros equipamentos de alta potência. O modelo de 25A é usado como disjuntor de entrada.

Disjuntores de 40A, 50A, 63A pertencem à classe de dispositivos de alta potência. Eles são usados para fornecer eletricidade a equipamentos de alta potência em residências, indústrias e construção civil.

Escolha e cálculo dos disjuntores

Conhecendo as características do disjuntor, é possível determinar qual disjuntor é adequado para cada finalidade. Mas antes de escolher o modelo ideal, é necessário realizar alguns cálculos, com os quais se pode determinar com precisão os parâmetros do dispositivo necessário.

Passo #1 – determinação da potência do disjuntor

Ao escolher um disjuntor, é importante considerar a potência total dos aparelhos conectados.

Por exemplo, é necessário um disjuntor para conectar os aparelhos da cozinha à eletricidade. Suponha que serão conectados à tomada: uma cafeteira (1000 W), um refrigerador (500 W), um forno (2000 W), um micro-ondas (2000 W) e uma chaleira elétrica (1000 W). A potência total será 1000+500+2000+2000+1000=6500 (W) ou 6,5 kW.

A tabela mostra a potência nominal de alguns aparelhos domésticos, necessária para seu funcionamento. De acordo com os dados normativos, é determinada a seção do fio de alimentação e o disjuntor para proteção da fiação.

Se observarmos a tabela de disjuntores por potência de conexão, considerando que a tensão padrão da fiação residencial é de 220 V, então para uso será adequado um disjuntor unipolar ou bipolar de 32A com potência total de 7 kW.

Deve-se considerar que pode ser necessária uma maior potência de consumo, pois durante a operação pode ser necessário conectar outros aparelhos elétricos que não foram considerados inicialmente. Para prever essa situação, nos cálculos do consumo total é utilizado um fator de aumento.

Suponha que, devido à adição de equipamentos elétricos extras, seja necessário um aumento de potência de 1,5 kW. Então, deve-se pegar o fator 1.5 e multiplicá-lo pela potência calculada obtida.

Nos cálculos, às vezes é aconselhável usar um fator de redução. Ele é aplicado quando o uso simultâneo de vários aparelhos é impossível.

Suponha que a potência total da fiação da cozinha seja de 3.1 kW. Então, o fator de redução é igual a 1, pois é considerado o número mínimo de aparelhos conectados simultaneamente.

Se um dos aparelhos não puder ser conectado com os outros, então o fator de redução é menor que um.

Passo #2 – cálculo da potência nominal do disjuntor

A potência nominal é aquela na qual o desligamento da fiação não ocorre.

Ela é calculada pela fórmula:

M = N * CT * cos(φ),

Onde

• M – potência (Watt);
• N – tensão da rede elétrica (Volt);
• CT – corrente que pode passar pelo disjuntor (Amperes);
• cos(φ) – valor do cosseno do ângulo, que assume o valor do ângulo de defasagem entre as fases e a tensão.

O valor do cosseno geralmente é 1, pois praticamente não há defasagem entre as fases da corrente e da tensão.

Da fórmula, expressamos CT:

CT = M/N,

A potência já foi determinada, e a tensão da rede geralmente é 220 Volts.

Se a potência total for igual a 3,1 kW, então:

CT = 3100/220 = 14.

A corrente obtida será igual a 14 A.

Para o cálculo com carga trifásica, utiliza-se a mesma fórmula, mas consideram-se os deslocamentos angulares, que podem atingir grandes valores. Normalmente, eles estão indicados no equipamento a ser conectado.

Passo #3 – cálculo da corrente nominal

Calcular a corrente nominal pode ser feito pela documentação da instalação elétrica, mas se não houver, determina-se com base nas características do condutor.

Para os cálculos, são necessários os seguintes dados:

• área da seção transversal do condutor;
• material usado para os condutores (cobre ou alumínio);
• método de instalação.

Em condições domésticas, a fiação geralmente está localizada na parede.

Para calcular a área da seção transversal, será necessário um micrômetro ou um paquímetro. É necessário medir exclusivamente o condutor, e não o fio e o isolamento.

Feitas as medições necessárias, calculamos a área da seção transversal:

S = 0,785 * D * D,

Onde

• D – é o diâmetro do condutor (mm);
• S – é a área da seção transversal do condutor (mm²).

Em seguida, utilizamos a tabela abaixo.

Determinando o material dos condutores e calculando a área da seção transversal, é possível determinar os valores de corrente e potência que a fiação da rede elétrica suporta. Os dados são fornecidos para fiação embutida na parede.

Com base nos dados obtidos, selecionamos a corrente de operação do disjuntor, bem como sua classificação. Ela deve ser igual ou menor que a corrente de operação. Em alguns casos, é permitido o uso de disjuntores com classificação superior à corrente efetiva da fiação.

Passo #4 – determinação da característica tempo-corrente

Para determinar corretamente a CTC (característica tempo-corrente), é necessário considerar as correntes de partida das cargas conectadas.

Os dados necessários podem ser obtidos usando a tabela abaixo.

A tabela apresenta alguns tipos de dispositivos elétricos, bem como as relações de corrente de partida e as durações dos pulsos em segundos.

Através dos dados da tabela, é possível determinar a corrente (em Ampères) na ativação do aparelho, bem como o período após o qual a corrente limite ocorrerá novamente.

Por exemplo, se considerarmos um moedor de carne elétrico, cuja potência é de 1,5 kW, calcular a corrente de trabalho a partir das tabelas (será 6,81 A) e, considerando a multiplicidade da corrente de partida (até 7 vezes), obtemos o valor da corrente 6,81*7=48 (A).

A corrente dessa magnitude flui com uma periodicidade de 1 a 3 segundos. Considerando as curvas TTC para a classe B, pode-se observar que, em caso de sobrecarga, o disjuntor atuará nos primeiros segundos após a partida do moedor.

Obviamente, a multiplicidade deste aparelho corresponde à classe C, portanto, um disjuntor com característica C deve ser usado para garantir o funcionamento do moedor de carne elétrico.

Para uso doméstico, geralmente são usados disjuntores com características B, C. Na indústria, para equipamentos com grandes correntes múltiplas (motores, fontes de alimentação, etc.), a corrente pode chegar a até 10 vezes o valor nominal, portanto, é aconselhável usar modificações D do dispositivo.

No entanto, deve-se considerar a potência desses aparelhos, bem como a duração da corrente de partida.

Os disjuntores automatizados autônomos diferem dos comuns por serem instalados em quadros de distribuição separados.

As funções do dispositivo incluem proteger o circuito contra picos de tensão imprevistos e desligar a energia em toda a rede ou em uma seção específica.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

A seleção do disjuntor (AB) pela característica de corrente e um exemplo de cálculo da corrente são apresentados no seguinte vídeo:

O cálculo da corrente nominal do disjuntor (AB) é demonstrado no seguinte vídeo:

Os disjuntores são montados na entrada da casa ou apartamento. Eles são colocados em caixas de plástico robustas. A presença de disjuntores (AB) no esquema da rede elétrica doméstica é garantia de segurança. Os dispositivos permitem desligar a linha elétrica em tempo hábil se os parâmetros da rede excederem o limite definido.

Considerando as características principais dos disjuntores automáticos e realizando os cálculos corretos, pode-se fazer a escolha adequada deste dispositivo e sua instalação.

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