Proteção de Circuitos: Chave para Design Seguro e Eficiente de Distribuição Elétrica

Engenheiros elétricos responsáveis pelo projeto de sistemas de distribuição de energia carregam uma enorme responsabilidade, pois seu trabalho determina a eficiência operacional, produtividade e segurança de residências, escritórios e centros comerciais. Projetos precisam ser à prova de falhas, fornecendo proteção contra faltas e sobrecargas, enquanto ao mesmo tempo garantem segurança para os usuários.

Não há passos claros para fazer tal projeto; tudo o que é fornecido são um conjunto de diretrizes na forma de regulamentos e códigos que devem ser considerados pelo engenheiro em questão.

Proteção de Circuitos é um tema quente dentro de artigos emitidos pelo Código Elétrico Nacional (NEC), seguindo os objetivos básicos de:

• Localizar e isolar a falta
• Prevenir perda desnecessária de energia

Sobrecargas, curto-circuitos, sub/sobretensões, etc., são apenas algumas das condições que podem ocorrer durante a vida operacional de um edifício. Isolar ou retificar estas faltas é necessário, caso contrário podem ter efeitos danosos no edifício e no sistema de rede.

Proteção Contra Sobrecorrente

Equipamentos de entrada de serviço atuam como a primeira linha de defesa contra sobrecargas térmicas e faltas. Dispositivos de Proteção Contra Sobrecorrente ou DPSs incluem disjuntores, relés e fusíveis, formando os blocos básicos de proteção do sistema de energia. Estes dispositivos são incorporados no sistema de proteção para interromper, isolar ou desconectar o circuito quando ocorre uma condição de sobrecarga ou curto-circuito. Dispositivos modernos de proteção contra sobrecorrente possuem estratégias de comunicação e controle que podem fornecer uma análise aprofundada baseada na natureza da falta, bem como coletar parâmetros vitais como fator de potência, harmônicas, etc.

Os DPSs mais básicos são fusíveis que contêm um fio fino com classificação em Ampères superior à corrente nominal máxima. Como condições de sobrecorrente aumentam a magnitude em várias vezes a corrente nominal, o fusível queima durante condições de falta. A operação é rápida e confiável, porém irreversível, significando que o fusível teria que ser substituído manualmente para restaurar a operação.

Para operação reversível, disjuntores termomagnéticos com operação de tempo longo de disparo podem ser usados. Assim que a corrente excede o limite nominal, os disjuntores isolam a localidade. Após um período de tempo retardado, eles fecham novamente e trazem continuidade às operações. Assume-se que a falta seria eliminada quando eles religarem. Se a falta não for eliminada, eles isolariam a localidade novamente, seguindo este procedimento um número definido de vezes antes de abrir permanentemente, exigindo reset manual.

Disjuntores modernos e fechadores magnéticos podem ser suplementados por controle digital através de relés que podem ser operados através de CLPs, microcontroladores, etc. Isso dá origem ao conceito de automação predial, pois dispositivos de controle podem ser operados através de dados precisos obtidos de sensores em vez de suas capacidades inerentes. Tais sistemas são geralmente implementados em edifícios de grande escala, pois requerem investimento extra e têm custos operacionais adicionais.

Proteção Contra Falta à Terra

Faltas à terra do tipo arco requerem uma camada extra de proteção, pois são difíceis de detectar devido à menor magnitude. Existem dois tipos básicos de proteção contra falta à terra:

• Proteção contra falta à terra de equipamento – destinada a proteger equipamentos de correntes de falta linha-terra danosas através de desconexão.
• Interruptores de circuito de falta à terra – para proteção de pessoal, detectando faltas inferiores a 5mA

Aterramento é muito importante no contexto de proteção do sistema de energia. O conceito simplesmente significa a conexão intencional de um condutor que transporta corrente à terra, o que limita a tensão causada por raios ou quando dois condutores entram em contato e estabiliza a tensão permitindo um caminho para harmônicas fluírem. O NEC recomenda a formação de vários pontos de aterramento ao longo de um edifício para garantir redundância no esquema de proteção.

Além de aterramento e proteção contra sobrecorrente, outros equipamentos também podem ser incorporados no sistema, como interruptor de circuito de falta de arco, proteção mecânica para alimentadores ou circuitos derivados para circuitos de energia de emergência em hospitais.