Dispositivos de proteção: finalidade, tipos, classificação, especificações, instalação, características de operação, configurações e reparo

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 14:01

Dispositivos de proteção são dispositivos projetados para proteger circuitos elétricos, equipamentos elétricos, máquinas e outras unidades de quaisquer ameaças que interfiram no funcionamento normal desses dispositivos, bem como protegê-los de sobrecargas. É importante observar aqui que eles devem ser instalados corretamente, e a operação deve ser realizada exatamente de acordo com as instruções, caso contrário, os próprios dispositivos de proteção podem causar falha no equipamento, explosão, incêndio e outras coisas.

Requisitos básicos de fixação

Para que o dispositivo funcione com sucesso, ele deve atender aos seguintes requisitos:

• Os dispositivos de proteção não devem, em hipótese alguma, exceder a temperatura permitida para eles sob carga normal da rede elétrica ou do equipamento elétrico.
• O dispositivo não deve desconectar o equipamento da alimentação durante sobrecargas de curto prazo, que geralmente incluem corrente de partida, corrente de partida automática, etc.

Ao escolher os fusíveis, você deve se basear na corrente nominal na seção do circuito que protegerá este dispositivo. Esta regra para a escolha de dispositivos de proteção é relevante em qualquer caso ao escolher qualquer dispositivo para proteção. Também é importante entender que, com superaquecimento prolongado, as qualidades de proteção são significativamente reduzidas. Isso afeta negativamente os dispositivos, pois no momento de carga crítica eles podem, por exemplo, simplesmente não desligar, o que levará a um acidente.

Os dispositivos de proteção devem obrigatoriamente desligar a rede quando ocorrerem sobrecargas prolongadas dentro deste circuito. Neste caso, deve-se observar a dependência inversa da corrente em relação ao tempo de exposição.

Em qualquer caso, o dispositivo de proteção deve desconectar o circuito no final quando ocorrer um curto-circuito (curto-circuito). Se ocorrer um curto-circuito em um circuito monofásico, o desligamento deve ocorrer em uma rede com um neutro solidamente aterrado. Se ocorrer um curto-circuito em um circuito bifásico, então em uma rede com neutro isolado.

Os dispositivos de proteção de circuitos elétricos possuem capacidade de interrupção I _{pr. O valor deste parâmetro deve corresponder à corrente de curto-circuito que pode ocorrer no início da seção protegida. Se este valor for inferior à corrente máxima de curto-circuito possível, o processo de desconexão de uma seção do circuito pode não ocorrer ou pode ocorrer, mas com um atraso. Devido a isso, não apenas os dispositivos conectados a esta rede podem ser danificados, mas também o próprio dispositivo de proteção do circuito elétrico. Por esta razão, o fator de capacidade de interrupção deve sermaior ou igual à corrente máxima de curto-circuito.}

Fusíveis Tipo Fusível

Hoje existem vários dispositivos de proteção de redes elétricas, sendo os mais comuns. Um desses dispositivos é um fusível. A finalidade desse tipo de dispositivo de proteção é proteger a rede contra sobrecargas e curtos-circuitos do tipo corrente.

Hoje existem dispositivos descartáveis, assim como com insertos intercambiáveis. Tais dispositivos podem ser usados tanto em necessidades industriais quanto na vida cotidiana. Para isso, existem dispositivos que são utilizados em linhas de até 1 kV.

Além deles, existem dispositivos de alta tensão utilizados em subestações cuja tensão é superior a 1000 V. Um exemplo de tal dispositivo pode ser um fusível em transformadores auxiliares de subestações com 6/0, 4 kV.

Como a finalidade desses dispositivos de proteção é proteger contra curtos-circuitos e sobrecargas de corrente, eles têm sido amplamente utilizados. Além disso, são muito simples e fáceis de usar, sua substituição também é rápida e fácil e são muito confiáveis em si. Tudo isso levou ao fato de que esses fusíveis são usados com muita frequência.

Para considerar as características técnicas, você pode levar o dispositivo PR-2. Dependendo da corrente nominal, este dispositivo está disponível com seis tipos de cartuchos, que diferem em seu diâmetro. No cartucho de cada um deles, um inserto pode ser instalado com a expectativa de uma corrente nominal diferente. Parapor exemplo, um cartucho de 15 A pode ser equipado com um inserto de 6 A e 10 A.

Além dessa característica, existe também o conceito de corrente de teste inferior e superior. Quanto ao valor mais baixo da corrente de teste, este é o valor máximo da corrente, durante o fluxo da qual no circuito por 1 hora a seção do circuito não será desconectada. Quanto ao valor superior, este é o coeficiente de corrente mínimo que, ao fluir por 1 hora no circuito, derreterá o inserto no aparato de proteção e controle.

Disjuntores

Os disjuntores desempenham a mesma função dos fusíveis, mas seu projeto é mais complexo. No entanto, isso é compensado pelo fato de que os interruptores são muito mais convenientes de usar do que os fusíveis. Por exemplo, se um curto-circuito aparecer na rede devido ao envelhecimento do isolamento, o switch poderá desconectar a seção danificada do circuito elétrico da energia. Ao mesmo tempo, o próprio aparelho de controle e proteção é facilmente restaurado, após a operação não requer substituição por um novo e, após o trabalho de reparo, é capaz de proteger novamente de forma confiável a seção do circuito sob seu controle. É muito conveniente usar este tipo de interruptores se for necessário realizar algum reparo de rotina.

Quanto à produção desses dispositivos, o principal indicador é a corrente nominal para a qual o dispositivo foi projetado. A este respeito, há uma enorme escolha, que permite escolher o mais adequado para cada cadeia.dispositivo. Se falamos sobre a tensão de operação, eles, como os fusíveis, são divididos em dois tipos: com tensão de até 1 kV e alta tensão com tensão de operação acima de 1 kV. É importante acrescentar aqui que os dispositivos de proteção de alta tensão para equipamentos elétricos e circuitos elétricos são produzidos em vácuo, com gás inerte ou preenchido com óleo. Este design permite em um nível mais alto desengatar o circuito quando tal necessidade surgir. Outra diferença significativa entre disjuntores e fusíveis é que eles são feitos para operação não apenas em circuitos monofásicos, mas também trifásicos.

Por exemplo, no caso de um curto-circuito com o terra de um dos condutores de um motor elétrico, o disjuntor desligará todas as três fases, e não uma danificada. Esta é uma diferença significativa e fundamental, pois se apenas uma fase for desligada, o motor continuará operando em duas fases. Este modo de funcionamento é uma emergência e reduz muito a vida útil do dispositivo, podendo até levar a uma falha emergencial do equipamento. Além disso, os disjuntores do tipo automático são fabricados para funcionar com tensão CA e CC.

Relé térmico e de corrente

Hoje, existem muitos tipos diferentes de relés entre os dispositivos de proteção de redes elétricas.

O relé térmico é um dos dispositivos mais comuns que podem proteger motores elétricos, aquecedores, quaisquer dispositivos de energia deproblema como sobrecarga de corrente. O princípio de funcionamento deste dispositivo é muito simples e baseia-se no fato de que a corrente elétrica é capaz de aquecer o condutor através do qual flui. A principal parte de trabalho de qualquer relé térmico é uma placa bimetálica. Quando aquecida a uma certa temperatura, esta placa se dobra, o que quebra o contato elétrico no circuito. Naturalmente, o aquecimento da placa continuará até atingir o ponto crítico.

Além do térmico, existem outros tipos de dispositivos de proteção, por exemplo, um relé de corrente que controla a quantidade de corrente na rede. Há também um relé de tensão que responderá a uma mudança de tensão na rede e um relé de corrente diferencial. O último dispositivo é um dispositivo de proteção de corrente de fuga. É importante observar aqui que os disjuntores, assim como os fusíveis, não podem reagir à ocorrência de fuga de corrente, pois esse valor é bastante pequeno. Mas, ao mesmo tempo, esse valor é suficiente para matar uma pessoa em contato com o caso de um dispositivo sujeito a tal mau funcionamento.

Se houver um grande número de aparelhos elétricos que precisam conectar um relé de corrente diferencial, as máquinas combinadas geralmente são usadas para reduzir o tamanho do escudo de energia. Dispositivos que combinam um disjuntor e um relé de corrente diferencial - disjuntores de proteção diferencial, ou difautomats, tornaram-se tais dispositivos. Ao usar esses dispositivos, não apenas o tamanho da blindagem de energia é reduzido, mas o processo de instalação é bastante facilitado.aparatos de proteção, o que os torna mais econômicos.

Especificações do relé térmico

A principal característica dos relés térmicos é o tempo de resposta, que depende da corrente de carga. Em outras palavras, essa característica é chamada de tempo-corrente. Se considerarmos o caso geral, antes que a carga seja aplicada, a corrente I₀ fluirá pelo relé. Neste caso, o aquecimento da placa bimetálica será q_{0. Ao verificar esta característica, é muito importante considerar de qual estado (superaquecido ou frio) o dispositivo é acionado. Além disso, ao verificar esses dispositivos, é muito importante lembrar que a placa não é termicamente estável quando ocorre uma corrente de curto-circuito.}

A escolha dos relés térmicos é a seguinte. A corrente nominal de tal dispositivo de proteção é selecionada com base na carga nominal do motor elétrico. A corrente do relé selecionada deve ser 1, 2-1, 3 da corrente nominal do motor (corrente de carga). Em outras palavras, tal dispositivo funcionará se dentro de 20 minutos a carga for de 20 a 30%.

É muito importante entender que a operação do relé térmico é significativamente afetada pela temperatura do ar ambiente. Devido ao aumento da temperatura ambiente, a corrente de operação deste dispositivo diminuirá. Se este indicador diferir muito do nominal, será necessário realizar um ajuste suave adicional do relé,ou compre um novo dispositivo, mas levando em consideração a temperatura ambiente real na área de trabalho desta unidade.

Para reduzir o efeito da temperatura ambiente no valor da corrente de pickup, é necessário adquirir um relé com uma classificação de carga mais alta. Para obter o funcionamento correto de um dispositivo quente, ele deve ser instalado na mesma sala que o objeto controlado. No entanto, deve-se lembrar que o relé responde à temperatura e, portanto, é proibido colocá-lo próximo a fontes de calor concentradas. Caldeiras, fontes de aquecimento e outros sistemas e dispositivos semelhantes são considerados tais fontes.

Selecionar dispositivos

Ao escolher equipamentos para proteção de receptores elétricos e redes elétricas, é necessário basear-se nas correntes nominais para as quais esses dispositivos são projetados, bem como na corrente que alimenta a rede onde tais unidades serão instaladas.

Ao escolher um dispositivo de proteção, é muito importante ter em mente a ocorrência de modos de operação anormais como:

• curtos-circuitos fase-fase;
• fase curta para maiúsculas e minúsculas;
• um forte aumento na corrente, que pode ser causado por um curto-circuito incompleto ou uma sobrecarga do equipamento do processo;
• desaparecimento completo ou muita redução na tensão.

Quanto à proteção contra curto-circuito, deve ser realizada para todos os receptores elétricos. O principal requisito é que desconectar o dispositivo da rede quandoa ocorrência de um curto-circuito deve ser o mínimo possível. Ao escolher os dispositivos de proteção, também é importante saber que a proteção total contra sobrecorrente deve ser fornecida, com exceção de alguns dos seguintes casos:

• quando sobrecarregar receptores elétricos por razões tecnológicas é simplesmente impossível ou improvável;
• se a potência do motor elétrico for inferior a 1 kW.

Além disso, um dispositivo de proteção elétrica pode não ter uma função de proteção contra sobrecarga se for instalado para monitorar um motor elétrico que é operado em operação intermitente ou intermitente. Uma exceção é a instalação de quaisquer aparelhos elétricos em salas com alto risco de incêndio. Em tais salas, a proteção contra sobrecarga deve ser instalada em todos os dispositivos, sem exceção.

A proteção de subtensão deve ser configurada em alguns dos seguintes casos:

• para motores elétricos que não podem ser ligados em plena tensão;
• para motores elétricos onde a partida automática não é permitida por várias razões tecnológicas, ou é perigosa para os funcionários;
• para quaisquer outros motores elétricos que precisem ser desligados para reduzir a potência total de todos os receptores elétricos conectados nesta rede a um valor aceitável.

Variedades de correntes e seleção de dispositivo de proteção

O mais perigoso é a corrente de curto-circuito. O principal perigo é que ela é muito maior que a corrente normal de partida, e também seu valor pode variar muito dependendo da seção do circuito onde ela ocorre. Assim, ao verificar um dispositivo de proteção que protege um circuito de um curto-circuito, ele deve, o mais rápido possível, desconectar o circuito quando ocorrer tal problema. Ao mesmo tempo, em nenhum caso deve funcionar quando ocorrer um valor normal da corrente de partida de qualquer dispositivo elétrico no circuito.

Quanto à corrente de sobrecarga, tudo está bem claro aqui. Tal corrente é considerada qualquer valor da característica que exceda a corrente nominal do motor elétrico. Mas aqui é muito importante entender que nem toda vez que ocorre uma sobrecarga de corrente, o dispositivo de proteção deve desconectar os contatos do circuito. Isso também é importante porque uma sobrecarga de curto prazo do motor elétrico e da rede elétrica é permitida em alguns casos. Vale acrescentar aqui que quanto menor a carga, maiores os valores que ela pode atingir. Com base nisso, fica claro qual é a principal vantagem de alguns dispositivos. O grau de proteção dos dispositivos com "característica dependente" neste caso é o máximo, pois seu tempo de resposta diminuirá com o aumento do fator de carga neste momento. Portanto, tais dispositivos são ideais para proteção de sobrecorrente.

Para resumir, podemos dizer o seguinte. Para proteção contracurto-circuito, deve ser selecionado um dispositivo de roda livre, que será configurado para operar uma corrente significativamente maior que o valor inicial. Para proteção de sobrecarga, ao contrário, o dispositivo de comutação de proteção deve ter inércia, bem como uma característica dependente. Deve ser selecionado de forma que não funcione durante a partida normal do dispositivo elétrico.

Desvantagens dos diferentes tipos de dispositivos de proteção

Fusíveis, que anteriormente eram amplamente utilizados como dispositivos de proteção de painéis, têm as seguintes desvantagens:

• possibilidade bastante limitada para uso como proteção de sobrecorrente, pois a dessintonização da corrente de inrush é bastante difícil;
• motor continuará a funcionar em duas fases mesmo se a terceira for cortada por um fusível, fazendo com que o motor falhe com frequência;
• em certos casos, o limite de potência de corte é insuficiente;
• sem capacidade de restaurar rapidamente a energia após uma queda de energia.

As máquinas do tipo ar são mais perfeitas que os fusíveis, mas não são isentas de inconvenientes. O principal problema com o uso de dispositivos de proteção elétrica é que eles não são seletivos em termos de ação. Isso é especialmente perceptível se ocorrer uma corrente de corte não regulada na máquina de ajuste.

Existem máquinas de instalação nas quais a proteção contra sobrecarga é realizada por meio de disparadores térmicos. Sensibilidade eseu atraso é pior que o dos relés térmicos, mas ao mesmo tempo atuam nas três fases ao mesmo tempo. Quanto às máquinas automáticas universais para proteção, aqui é ainda pior. Isso é justificado pelo fato de que apenas liberações eletromagnéticas estão disponíveis.

Acionadores magnéticos são frequentemente usados, nos quais são construídos relés do tipo térmico. Tal equipamento de proteção é capaz de proteger o circuito elétrico da corrente de sobrecarga em duas fases. Mas como os relés térmicos têm uma grande inércia, eles não são capazes de fornecer proteção contra curtos-circuitos. A instalação de uma bobina de retenção no starter pode fornecer proteção contra subtensão.

Proteção de alta qualidade contra corrente de sobrecarga e curto-circuito só pode ser fornecida por relés de indução ou relés eletromagnéticos. No entanto, eles só podem funcionar através de um dispositivo de desconexão, o que torna o circuito com sua conexão mais complicado.

Resumindo o que foi dito acima, podemos tirar as duas seguintes conclusões:

1. Para proteger motores elétricos, cuja potência não exceda 55 kW, da corrente de sobrecarga, são mais utilizados os acionadores magnéticos com fusíveis ou com dispositivos de ar.
2. Se a potência do motor elétrico for superior a 55 kW, os contatores eletromagnéticos com veículos aéreos ou relés de proteção são usados para protegê-los. É muito importante lembrar aqui que o contator não permitirá que o circuito seja interrompido se ocorrer um curto-circuito.

Ao escolher o dispositivo certo, é muito importante calcular os dispositivos de proteção. A fórmula mais importante é o cálculo da corrente nominal do motor, que permitirá escolher um dispositivo de proteção com indicadores adequados. A fórmula fica assim:

I_n=R_dv ÷(√3U_{ncos c n), onde:}

I_{n é a corrente nominal do motor, que será em A;}

R_{motor é a potência do motor, que é representada em kW;}

U_{n é a tensão nominal em V;}

cos q é o fator de potência ativo;

n é o fator de eficiência.

Conhecendo esses dados, você pode calcular facilmente a corrente nominal do motor e, em seguida, selecionar facilmente o dispositivo de proteção apropriado.

Variedades de danos ao equipamento de proteção

A principal diferença entre os dispositivos de proteção de circuitos elétricos e outros dispositivos é que eles não apenas corrigem o defeito, mas também desconectam o circuito se os valores característicos ultrapassarem certos limites. O problema mais perigoso, que muitas vezes desativa o equipamento de proteção, tornou-se um curto-circuito surdo. Durante a ocorrência de tal curto-circuito, os indicadores de corrente atingem os valores mais altos.

Quando ocorre um circuito aberto quando ocorre tal problema, muitas vezes ocorre um arco elétrico, que em um curto período de tempo é bastante capaz de destruir o isolamento e derreter as partes metálicas do aparelho.

Se ocorrer muita corrente de sobrecarga, pode causar o superaquecimento das partes condutoras. Além disso, existem forças mecânicas queaumentar significativamente o desgaste de elementos individuais do equipamento, o que às vezes pode até levar à quebra do dispositivo.

Existem disjuntores de alta velocidade que são propensos a problemas como esfregar o braço móvel e o contato móvel contra as paredes da calha do arco, bem como curto-circuitar a barra da bobina desmagnetizadora na caixa. Muitas vezes há muito desgaste nas superfícies de contato, pistões e cilindros de acionamento.

Reparação de máquinas de alta velocidade

O reparo de qualquer tipo de dispositivo de proteção de alta velocidade deve ser realizado na mesma sequência. A chave de alta velocidade, ou BV, é soprada com ar comprimido limpo a uma pressão não superior a 300 kPa (3kgf/cm2). Depois disso, o dispositivo é limpo com guardanapos. Em seguida, você precisa remover itens como a calha do arco, dispositivo de bloqueio, atuador pneumático, armadura de contato móvel, derivação indutiva e outros.

O reparo direto do dispositivo é realizado em um posto de reparo especial. A calha do arco é desmontada, suas paredes são limpas em uma máquina de jateamento especial, após o que são limpas e inspecionadas. Na parte superior desta câmara podem ser permitidos cavacos desde que suas dimensões não ultrapassem 50 x 50 mm. A espessura da parede nos pontos de ruptura deve ser de 4 a 8 mm. É necessário medir a resistência entre os chifres da calha de arco. Para algumas amostras, o indicador deve ser de pelo menos 5 MΩ, e para algumas, pelo menos 10 MΩ.

A partição danificada deve ser cortadatodo o seu comprimento. Todos os locais semelhantes de abates devem ser cuidadosamente limpos. Em seguida, as superfícies a serem coladas são lubrificadas com uma solução adesiva à base de resina epóxi. Se forem encontradas folhas de ventilador quebradas, elas serão substituídas. Se houver dobrados, eles devem ser nivelados e devolvidos ao serviço. Há também uma calha de arco, que deve ser limpa de depósitos e derretimentos, se houver.