Disjuntores Miniatura (MCBs): Construção, Funcionamento, Tipos e Aplicações

O que é MCB (Disjuntor Miniatura) – Construção, Funcionamento, Tipos e Aplicações

Introdução aos Disjuntores Miniatura (MCBs)

Todos os fusíveis precisam ser substituídos por MCB "Disjuntor Miniatura" para melhor segurança e controle, após terem feito seu trabalho no passado. Diferente de um fusível, um MCB opera como uma chave automática que abre no evento de corrente excessiva fluindo pelo circuito e, uma vez que o circuito retorna ao normal, pode ser refechado sem substituição manual.

MCBs são usados principalmente como alternativa ao interruptor-fusível na maioria dos circuitos. Uma ampla variedade de MCBs tem sido usada atualmente com capacidade de interrupção de 10KA a 16KA, em todas as áreas de aplicações domésticas, comerciais e industriais como meio confiável de proteção.

O que é Disjuntor Miniatura (MCB)?

Um MCB ou disjuntor miniatura é um dispositivo eletromagnético que incorpora uma caixa completa em material isolante moldado. A principal função de um MCB é comutar o circuito, ou seja, abrir o circuito (que foi conectado a ele) automaticamente quando a corrente que passa por ele (MCB) excede o valor para o qual é ajustado. Pode ser ligado e desligado manualmente como uma chave normal, se necessário.

MCBs são dispositivos de disparo com atraso temporal, nos quais a magnitude da sobrecorrente controla o tempo de operação. Isso significa que operam sempre que sobrecargas existem por tempo suficiente para criar perigo ao circuito protegido.

Portanto, MCBs não respondem a cargas transitórias, como picos de chaveamento e correntes de partida de motores. Geralmente, são projetados para operar em menos de 2,5 milissegundos durante curtos-circuitos e 2 segundos a 2 minutos no caso de sobrecargas (dependendo do nível de corrente).

Uma aparência externa típica de um MCB é mostrada na figura. MCBs são fabricados em diferentes versões de polos, como unipolar, bipolar, tripolar e tetrapolar, com diferentes níveis de corrente de falta.

A maioria dos MCBs são interligados para versões de dois e três polos, de forma que uma falta em uma linha interrompa o circuito completo, proporcionando isolamento completo do circuito. Esse recurso é útil no caso de falta de fase em proteção de motor trifásico.

São classificados em 220V para alimentação DC e 240/415 para alimentação CA (monofásica e trifásica) com diferentes capacidades de corrente de curto-circuito. Tipicamente, dispositivos monofásicos têm faixa de corrente de carga até 100A. Alguns MCBs têm facilidade para ajustar sua capacidade de corrente de disparo, enquanto alguns dispositivos são fixos para alguma corrente de carga e classificação de curto-circuito.

MCBs são usados para realizar muitas funções, como chaves de controle local, chaves de isolamento contra faltas e dispositivos de proteção contra sobrecarga para instalações ou equipamentos ou aparelhos específicos.

Construção do MCB

Um MCB incorpora uma caixa completa em material isolante moldado. Isso proporciona habitação mecanicamente forte e isolada.

O sistema de comutação consiste em um contato fixo e um móvel, aos quais fios de entrada e saída são conectados. As partes metálicas ou condutoras de corrente são feitas de cobre eletrolítico ou liga de prata, dependendo da classificação do disjuntor.

Como os contatos são separados no evento de sobrecarga ou curto-circuito, um arco elétrico é formado. Todos os MCBs modernos são projetados para lidar com processos de interrupção de arco, onde extração de energia do arco e seu resfriamento são fornecidos por placas divisoras de arco metálicas.

Essas placas são mantidas em posição adequada por material isolante. Além disso, corredor de arco é fornecido para forçar o arco produzido entre os contatos principais.

O mecanismo de operação consiste em arranjos de disparo magnético e térmico.

O arranjo de disparo magnético consiste essencialmente em um sistema magnético composto que tem um amortecedor com mola com um slug magnético em fluido de silicone, e um disparo magnético normal. Uma bobina condutora de corrente no arranjo de disparo move o slug contra a mola em direção a uma peça polar fixa. Assim, a atração magnética é desenvolvida na alavanca de disparo quando há campo magnético suficiente produzido pela bobina.

No caso de curtos-circuitos ou sobrecargas pesadas, o forte campo magnético produzido pelas bobinas (Solenoide) é suficiente para atrair a armadura da alavanca de disparo independentemente da posição do slug no amortecedor.

 

O arranjo de disparo térmico consiste em uma lâmina bimetálica ao redor da qual uma bobina aquecedora é enrolada para criar calor dependendo do fluxo de corrente.

O projeto do aquecedor pode ser direto, onde a corrente passa através de uma lâmina bimetálica que afeta parte do circuito elétrico, ou indireto, onde uma bobina de condutor condutor de corrente é enrolada ao redor da lâmina bimetálica. A deflexão da lâmina bimetálica ativa o mecanismo de disparo no caso de certas condições de sobrecarga.

As lâminas bimetálicas são feitas de dois metais diferentes, geralmente latão e aço. Esses metais são rebiteados e soldados ao longo de seu comprimento. São projetadas de forma que não aquecerão a lâmina até o ponto de disparo para correntes normais, mas se a corrente aumentar além do valor nominal, a lâmina aquece, dobra e dispara o trinco. Lâminas bimetálicas são escolhidas para fornecer atrasos de tempo particulares sob certas sobrecargas.

Funcionamento e Operação do MCB

Sob condições normais de trabalho, o MCB opera como uma chave (manual) para ligar ou desligar o circuito. Sob condição de sobrecarga ou curto-circuito, opera ou dispara automaticamente para que a interrupção de corrente ocorra no circuito de carga.

A indicação visual deste disparo pode ser observada pelo movimento automático do botão de operação para a posição DESLIGADO. Esta operação automática do MCB pode ser obtida de duas formas, como vimos na construção do MCB: disparo magnético e disparo térmico.

Sob condições de sobrecarga, a corrente através do bimetal faz com que sua temperatura suba. O calor gerado dentro do próprio bimetal é suficiente para causar deflexão devido à expansão térmica dos metais. Esta deflexão libera o trinco de disparo e, portanto, os contatos se separam.

Em alguns MCBs, o campo magnético gerado pela bobina faz com que desenvolva atração nos bimetais de forma que a deflexão ativa o mecanismo de disparo.

Sob condições de curto-circuito ou sobrecarga pesada, o arranjo de disparo magnético entra em ação. Sob condições normais de trabalho, o slug é mantido em posição por uma mola leve porque o campo magnético gerado pela bobina não é suficiente para atrair o trinco.

Quando uma corrente de falta flui, o campo magnético gerado pela bobina é suficiente para superar a força da mola mantendo o slug em posição. Logo, o slug move-se e atua no mecanismo de disparo.

Uma combinação de ambos os mecanismos de disparo magnético e térmico é implementada na maioria dos disjuntores miniatura. Em ambas as operações de disparo magnético e térmico, um arco é formado quando os contatos começam a se separar. Este arco é então forçado nas placas divisoras de arco via corredor de arco.

Essas placas divisoras de arco também são chamadas de câmaras de extinção de arco, onde o arco é formado em uma série de arcos e, ao mesmo tempo, a energia é extraída e resfriada. Portanto, este arranjo alcança a extinção do arco.

Tipos de Disjuntores Miniatura (MCBs)

Existem muitos tipos de disjuntores, enquanto MCBs são classificados em três tipos principais de acordo com suas correntes de disparo instantâneo. Eles são:

1. MCB Tipo B
2. MCB Tipo C
3. MCB Tipo D

MCB Tipo B

Este tipo de MCB disparará instantaneamente a uma taxa de três a cinco vezes sua corrente nominal. São normalmente usados para cargas resistivas ou indutivas pequenas, onde picos de chaveamento são muito pequenos. Portanto, são adequados para instalações residenciais ou comerciais leves.

MCB Tipo C

Este tipo de MCB disparará instantaneamente a uma taxa de cinco a dez vezes sua corrente nominal. São normalmente usados para cargas indutivas altas, onde picos de chaveamento são altos, como pequenos motores elétricos e iluminação fluorescente.

Nesses casos, MCBs tipo C são preferidos para lidar com valores mais altos de correntes de curto-circuito. Portanto, são adequados para instalações comerciais e industriais altamente indutivas.

MCB Tipo D

Este tipo de disjuntor miniatura disparará instantaneamente a uma taxa de dez a vinte e cinco vezes sua corrente nominal. São normalmente usados para cargas indutivas muito altas, onde corrente de partida alta é muito frequente.

São adequados para aplicações industriais e comerciais específicas. Exemplos comuns incluem máquinas de raio-X, sistemas UPS, equipamentos de solda industrial, motores de grande enrolamento, etc.

Os três tipos acima de MCBs fornecem proteção dentro de um décimo de segundo. As correntes mínimas e máximas de disparo desses MCBs são dadas em forma tabular abaixo, onde "Ir" é a corrente nominal do MCB.

MCBs também podem ser classificados com base no número de polos, como MCBs unipolar, bipolar, tripolar e tetrapolar.

Como Selecionar MCB Adequado para Diferentes Cargas?

Escolher um MCB particular para uma aplicação específica é uma tarefa cuidadosa para garantir proteção confiável contra sobrecargas e curtos-circuitos. Se não for selecionado de acordo com os requisitos do circuito, haverá chances de disparos indesejados frequentes.

Antes de entrar em detalhes, devemos saber a Diferença Entre MCB, MCCB, ELCB e RCB, RCD ou RCCB, e Como Ler os Dados da Placa de Identificação do MCB impressos nele.

Se for subdimensionado (classificação do MCB menor que a corrente nominal de carga), o MCB causa disparos frequentes e interrompe a corrente para a carga a que está conectado, porque a corrente nominal do MCB é menor que o valor nominal da carga.

Da mesma forma, se for superdimensionado (classificação do MCB maior que a corrente nominal de carga), a carga a que está conectado não será protegida eficientemente. Nesse caso, o MCB não disparará mesmo que a carga esteja consumindo sobrecorrente.

Os seguintes são os três fatores a serem considerados para selecionar um MCB adequado para aplicação específica.

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1. Classificação Nominal do Disjuntor

Esta é a classificação de corrente ampère nominal do MCB. Este valor deve ser menor que a capacidade de condução de corrente do sistema de fiação e maior ou igual à corrente de carga total máxima no sistema de fiação. Geralmente, esta classificação deve ser tal que possa lidar com 125% da carga contínua mais a classificação da carga não contínua. Tipicamente, isso pode ser expresso como:

Corrente de carga total máxima no sistema ≤ Classificação de corrente do MCB ≤ Classificação do cabo

2. Classificação kA ou capacidade de interrupção

Esta classificação refere-se à capacidade do MCB de disparar ou interromper o circuito sob condições de curto-circuito. É expressa em Quilo Amperes (kA). Esta classificação não deve ser menor que a corrente de curto-circuito prospectiva.

A corrente de curto-circuito prospectiva é a corrente máxima que existe no circuito durante condições de curto-circuito. Em instalações residenciais, MCB 6kA é suficiente, enquanto MCB de classificação 10kA ou superior é necessário para aplicações comerciais e industriais leves. Leia mais sobre Por Que a Capacidade do Disjuntor Era Classificada em MVA e Agora em kA e kV?

3. Tipo de MCB

O tipo de MCB necessário para uma aplicação específica é decidido por características de operação, de forma que várias classificações de corrente são necessárias para operar as cargas instantaneamente. Já mencionamos vários tipos de MCBs para diferentes aplicações acima.

Aplicações do MCB (Disjuntor Miniatura)

Como as principais funções e aplicações já foram descritas nas declarações acima, o uso básico do MCB é proteger um circuito (fiação, carga conectada e equipamentos, etc.) em caso de:

• Curto-Circuito
• Sobrecorrente
• Sobrecarga