O que é seletividade dos disjuntores + princípios de cálculo da seletividade

A seletividade dos disjuntores é um ponto-chave para garantir o funcionamento confiável do circuito elétrico. Essa função ajuda a prevenir situações de emergência e eleva a segurança a um nível superior.

Em caso de sobrecarga na linha ou curto-circuito, apenas a proteção da linha danificada é acionada, enquanto o restante da instalação elétrica permanece em funcionamento. Por que isso acontece? Analisaremos detalhadamente neste artigo, abordando as principais funções da proteção seletiva, os esquemas de conexão e suas particularidades.

Também daremos atenção ao cálculo da seletividade e às regras para criar o mapa, fornecendo material com diagramas ilustrativos, tabelas e fotos. E complementaremos o artigo com explicações detalhadas em vídeos.

Importância e principais funções da proteção seletiva

A operação segura e o funcionamento estável das instalações elétricas são as tarefas atribuídas à proteção seletiva. Ela calcula instantaneamente e isola a zona danificada sem interromper o fornecimento de energia para as áreas intactas. A seletividade reduz as cargas na instalação e diminui as consequências de curto-circuito.

Com o funcionamento ajustado dos disjuntores, as demandas relativas à garantia de fornecimento ininterrupto de energia e, consequentemente, do processo tecnológico são atendidas ao máximo.

Quando o equipamento automático que realiza a abertura se tornar defeituoso devido a um curto-circuito, graças à seletividade, os consumidores receberão alimentação normal.

A regra que afirma que a magnitude da corrente que passa por todos os disjuntores de distribuição instalados após o disjuntor de entrada é menor que a corrente nominal deste último é a base da proteção seletiva.

No total, estes valores nominais podem ser maiores, mas cada um individualmente deve ser pelo menos um passo abaixo do disjuntor de entrada. Por exemplo, se na entrada for instalado um disjuntor de 50 ampères, o próximo será um disjuntor com corrente nominal de 40 A.

O disjuntor automático é composto pelos seguintes elementos: alavanca (1), terminais de parafuso (2), contatos móvel e fixo (3, 4), lâmina bimetálica (5), parafuso de ajuste (6), solenoide (7), grade de extinção de arco (8), trava (9).

Através da alavanca, tanto se liga quanto se desliga a entrada de corrente nos terminais. Os contatos são conduzidos e fixados aos terminais. O contato móvel com mola serve para a abertura rápida, e a ligação do circuito com ele é feita através do contato fixo.

O disparo, no caso de a corrente ultrapassar seu valor limite, ocorre devido ao aquecimento e curvatura da lâmina bimetálica, bem como do solenoide.

As correntes de disparo são ajustadas com o parafuso de ajuste. Para evitar o aparecimento de arco elétrico durante a abertura dos contatos, foi introduzido no esquema um elemento como a grade de extinção de arco. Para fixar o corpo do disjuntor, existe uma trava.

A seletividade, como característica da proteção de relés, é a capacidade de detectar um nó defeituoso do sistema e isolá-lo da parte ativa do sistema elétrico de potência (SEP).

Aqui é apresentado o esquema do quadro, mostrando claramente como a carga é distribuída pelo apartamento. Antes de instalar o disjuntor, é necessário calcular a potência total dos equipamentos que serão ligados a ele.

A seletividade dos disjuntores é sua propriedade de operar em sequência. Se este princípio for violado, tanto os disjuntores quanto a fiação elétrica aquecerão.

Como resultado, pode ocorrer um curto-circuito na linha, queima de contatos fusíveis e isolamento. Tudo isso levará à falha dos aparelhos elétricos e a um incêndio.

Suponha que em uma longa linha de transmissão de energia ocorra uma situação de emergência. De acordo com a regra principal da seletividade, o disjuntor mais próximo ao local da falha dispara primeiro.

Se em um apartamento comum ocorrer um curto-circuito em uma tomada, no quadro deve atuar a proteção da linha da qual essa tomada faz parte. Se isso não acontecer, chega a vez do disjuntor do quadro, e somente depois dele, o disjuntor geral de entrada.

Seletividade absoluta e relativa da proteção

O conceito de seletividade é definido pela norma IEC 60947-1-2014. Distinguem-se dois tipos de seletividade — absoluta e relativa. Se a operação da proteção é coordenada de modo que ela atue exclusivamente dentro da zona protegida, isso indica sua seletividade absoluta.

Nessas circunstâncias, a corrente máxima de seletividade torna-se igual à capacidade máxima de interrupção do disjuntor localizado abaixo.

A atuação na forma de reserva, quando não houve desligamento no trecho problemático, é chamada de proteção relativamente seletiva. Nesse caso, ocorre o desligamento dos disjuntores localizados acima.

No caso de ultrapassar o valor de corrente definido do disjuntor automático, ou seja, na ausência de grandes sobrecargas, a proteção seletiva atua praticamente sem falhas. É muito mais difícil conseguir isso em curtos-circuitos.

Os dados sobre os produtos fabricados pela empresa são colocados no corpo do aparelho e em seus sites. É importante ler corretamente a marcação dos disjuntores – os conjuntos de interruptores são formados apenas conforme as tabelas de um fabricante específico. Deve-se considerar que os grupos organizados pelo princípio relativo possuem um grande número de funções.

Simplificam a tarefa as tabelas de seletividade que os fabricantes fornecem com seus produtos. Ao utilizá-las, criam-se grupos com seletividade de disparo.

A letra 'T' na tabela indica a seletividade total do par de aparelhos, e o número indica a seletividade parcial. Quando o valor esperado da corrente de curto-circuito limite for menor que o número indicado na tabela, a seletividade será garantida.

Para verificar a seletividade entre um disjuntor de nível superior e outro de nível inferior, encontra-se a intersecção da vertical com a horizontal. Garantir a seletividade é uma tarefa muito importante ao alimentar consumidores de categoria especial.

Na sua ausência, pode ocorrer paralisação do processo produtivo, danos às linhas, desligamento de sistemas de ar condicionado, exaustão de fumaça e outros.

Tipos de esquemas seletivos de conexão

Além da seletividade absoluta e relativa, existem mais 7 tipos de proteção seletiva:

• zonal;
• tempo-corrente;
• energética;
• temporal;
• total;
• parcial;
• de corrente.

Para garantir a seletividade necessária da proteção automática da rede elétrica com disjuntores, utilizam-se diferentes métodos. Mas, em qualquer caso, é importante instalar corretamente o disjuntor, seguindo o esquema escolhido e as regras de montagem.

Tipo #1 — proteção total e parcial

A proteção total significa que, se um par de disjuntores estiver conectado em série, o surgimento de sobrecorrentes causa o desligamento daquele localizado próximo à zona de falha.

A proteção parcial funciona pelo mesmo princípio que a total, mas apenas depois que a corrente atinge o valor limiar estabelecido.

A seletividade de desligamento garantida pelos disjuntores (A e B) consiste em que o curto-circuito, independentemente de onde ocorra na instalação elétrica, será interrompido pelo disjuntor mais próximo localizado acima desse ponto. Os demais dispositivos não desligarão.

Se a seletividade for garantida até o menor dos valores de corrente dos dois disjuntores, há motivo para falar em seletividade total entre eles. Nesse caso, o valor máximo da corrente de curto-circuito prevista da instalação, em quaisquer circunstâncias, será igual ou inferior ao valor de corrente dos dois disjuntores.

Tipo #2 — seletividade por corrente

Na seletividade de corrente, o principal indicador é o limite de corrente. Os valores são organizados do objeto até a entrada em ordem crescente. A ação dessa seletividade de proteção é baseada no mesmo princípio da seletividade temporal.

A diferença é apenas que o atraso é feito pelo valor da corrente — à medida que o ponto de curto-circuito se aproxima da entrada, as leituras da corrente de curto-circuito aumentam. O indicador temporal de disparo pode ser o mesmo.

A zona danificada devido a um curto-circuito é determinada através de ajustes de disparo em diferentes valores de corrente. A seletividade total só é possível em condições onde a corrente de curto-circuito é baixa e, no intervalo entre dois disjuntores, há equipamentos com resistência elétrica considerável. Nessa situação, as correntes de curto-circuito serão significativamente diferentes.

Esse tipo de seletividade é aplicado principalmente em quadros de distribuição finais. Aqui, combina-se uma corrente nominal de baixa magnitude e uma corrente de curto-circuito com alta impedância total dos cabos de conexão.

Esta variante de seletividade é econômica, simples e atua instantaneamente. No entanto, muitas vezes essa seletividade pode ser parcial, pois a corrente máxima geralmente é pequena.

Na foto, seletividade de corrente com uso de disjuntores. Nesse tipo de seletividade, há um deslocamento no eixo da corrente das características de corrente dos disjuntores colocados em série.

Quando os valores Isd1 e Isd2 são iguais ou muito próximos, então Is — a corrente máxima de seletividade — é igual a Isd2. Se esses valores diferirem muito, Is = Isd1.

A condição para garantir a seletividade de corrente é a observância das desigualdades: Ir1/Ir2 > 2 e Isd1/Isd2 > 2. Nesse caso, o máximo de seletividade é Is = Isd1.

As desvantagens incluem o rápido aumento do nível de ajustes de proteção contra correntes elevadas. Não é possível desligar rapidamente o circuito danificado se um dos disjuntores estiver com defeito.

Ao calcular os ajustes de proteção de corrente, é necessário considerar as correntes reais que passam pelos disjuntores operando em modo automático.

Tipo #3 — variante temporal e tempo-corrente

Quando em um circuito há uma série de disjuntores com características de corrente idênticas, mas com diferentes tempos de atraso, ao ocorrer uma falha, eles se protegem mutuamente. Aquele que está mais próximo do local da falha atuará imediatamente, o próximo após algum tempo, e assim por diante.

Neste esquema de 2 níveis, o disjuntor «A» possui um tempo de atraso que garante seletividade total com as características do disjuntor «B».

No caso da seletividade tempo-corrente, os dispositivos de proteção reagem não apenas à corrente, mas também à duração da reação. Com um determinado valor de corrente, após algum tempo de atraso, a proteção que está mais próxima do local do curto-circuito atua. A parte da instalação que está em boas condições não é desligada.

Na foto, gráfico de seletividade temporal usando disjuntores. As características tempo-corrente dos disjuntores B e A não se cruzam. Elas estão dispostas em degraus.

A combinação da seletividade de corrente e temporal aumenta a eficiência do desligamento. Quando Isc B < Irm A, a seletividade é total, e a atuação ocorre instantaneamente. O disjuntor localizado acima é equipado com dois ajustes: Im A e Ii A. O primeiro é um disparo seletivo de corrente, o segundo é um disparo instantâneo.

Tipo #4 — seletividade energética dos disjuntores

Na seletividade energética, os desligamentos ocorrem dentro do invólucro do disjuntor. A duração do processo é tão curta que a corrente de curto-circuito não consegue se aproximar do seu valor limite.

O sistema de proteção tempo-corrente é considerado complexo. Aqui, não está envolvida apenas a reação à corrente, mas também o tempo durante o qual isso ocorre.

Com o aumento da corrente, o tempo de atuação do disjuntor diminui. A base para este tipo de seletividade é o ajuste da proteção de forma que, do lado do objeto protegido, ela atue mais rapidamente em todos os limiares de corrente, em comparação com o disjuntor de entrada.

Tipo #5 — esquema de proteção por zona

O método zonal é complexo e caro, por isso é usado principalmente na indústria. Assim que os limiares de corrente atingem o máximo, os dados são enviados ao centro de controle e o disjuntor selecionado atua. A rede elétrica com este tipo de seletividade inclui disparadores eletrônicos especiais.

Quando uma falha é detectada, um sinal é enviado do disjuntor localizado abaixo para o dispositivo acima. O primeiro disjuntor deve reagir dentro de um segundo. Se ele não reagir, o segundo atua.

Comparando este tipo de seletividade com a seletividade temporal, pode-se ver que o tempo de atuação neste caso é muito menor — às vezes na ordem de centenas de milissegundos. Reduz-se tanto a porcentagem de intervenção no sistema quanto a porcentagem de danos. Diminuem as influências térmicas e dinâmicas sobre as partes da instalação. Aumenta o número de níveis de seletividade.

Quando as correntes que fluem através dos dispositivos de proteção atingem um valor maior do que em seus próprios ajustes, o sinal de bloqueio é transmitido por cada disjuntor para a proteção de nível superior.

No caso da seletividade zonal, a proteção localizada do lado da fonte de alimentação atua, tomando como ponto de partida o local do curto-circuito. Antes do disjuntor atuar, é realizado o controle para que o dispositivo de proteção do lado carregado não envie um sinal semelhante.

Mas essa seletividade exige a presença de uma fonte de alimentação adicional. Portanto, a aplicação racional deste tipo de seletividade são sistemas com altos parâmetros de corrente de curto-circuito e corrente de magnitude significativa. Tais são os aparelhos de comutação e distribuição localizados no lado de carga dos geradores e transformadores.

Cálculo da seletividade dos disjuntores

Uma escolha adequada do disjuntor e a configuração correta são o princípio básico para garantir a seletividade dos disjuntores automáticos. A seletividade para o disjuntor próximo à fonte garante o cumprimento do requisito: Is.o.posled ≥ Kn.o. ∙ I k.pred.

Aqui, Is.o.posled é o valor de corrente que aciona a proteção. I k.pred é a corrente de curto-circuito no ponto final da zona abrangida pelo disjuntor localizado longe da fonte de energia. Kn.o. é o coeficiente de confiabilidade. Seu valor depende da dispersão dos parâmetros.

O valor nominal do disjuntor para o circuito é selecionado não apenas por cálculo, mas também por essa tabela, com base na seção transversal dos cabos no esquema.

A condição ts.o.posled ≥ tk.pred + ∆t demonstra a seletividade no caso de ajuste do disjuntor por tempo. ts.o.posled e tk.pred são os intervalos de tempo de atuação dos disjuntores localizados a grande distância da fonte de alimentação e próximos a ela. ∆t é um parâmetro retirado do catálogo que indica o grau de seletividade temporal.

Mapa de seletividade e regras para sua criação

As características tempo-corrente de todos os dispositivos incluídos no esquema da rede elétrica são representadas no mapa de seletividade. O objetivo de sua elaboração é garantir ao máximo a proteção dos disjuntores. A base da proteção dos disjuntores é o princípio de que os disjuntores são conectados em série estritamente um após o outro.

Existe uma série de regras obrigatórias na criação do mapa de seletividade:

1. As instalações devem ter uma única fonte de tensão.
2. Todos os pontos importantes de cálculo devem ser bem visíveis. Com base nesse requisito, é necessário escolher a escala.
3. No mapa, são indicadas as propriedades de proteção, os parâmetros mínimo e máximo de curto-circuito nos pontos do sistema.

Frequentemente, as normas de projeto são violadas e os mapas de seletividade estão ausentes nos projetos. Isso pode levar a interrupções no fornecimento de energia aos consumidores.

No mapa, são inseridas as características dos disjuntores conectados em série um após o outro. O próprio esquema é construído nos eixos

O mapa fornece uma visão completa sobre a coordenação dos ajustes. Ele oferece a possibilidade de comparar o funcionamento dos disjuntores segundo uma característica como a seletividade.

As variedades tempo-corrente dos eixos são a base não apenas para a construção de mapas de seletividade para proteção de corrente na forma de disjuntores, mas também para outros tipos: fusíveis, relés. Normalmente, um mapa contém características de 2-3 disjuntores. No eixo das abcissas, marca-se a magnitude da corrente em kV, e no eixo das ordenadas, o tempo em segundos.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Problemas durante a operação de disjuntores e sua solução:

Desenho do mapa de seletividade por meio de um programa especial:

O uso confiável e seguro da fiação elétrica é impossível sem considerar a seletividade dos disjuntores. Conhecendo os principais pontos da criação da proteção seletiva, é possível selecionar corretamente o equipamento para o seu projeto técnico.

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