Disjuntor caixa moldada.



Disjuntor caixa moldada.

Você conhece o que é um disjuntor de caixa moldada, sabe para que serve e quais são suas aplicações dentro das instalações elétricas, qual é a sua importância e as principais diferenças e tipos de disjuntores caixa moldada? Se sua resposta é não ou tem alguma dúvida sobre o assunto venha conosco aprender um pouco mais, neste artigo vamos abordar o que é disjuntor de caixa moldada sem mistérios.
O que é disjuntor de caixa moldada?

Os disjuntores de caixa moldada foram desenvolvidos para a proteção de circuitos de distribuição, geradores e motores, eles podem ser encontrados em diversos tipos de corrente entre 16A a 1800A.


O nome disjuntor de caixa molda é devido ao tipo de montagem blindada do disjuntor, eles são montados em caixas termoplásticas pré-moldadas, essa caixas compactas formam a carcaça externa do disjuntor geralmente a parte externa apresenta duas peças.


Os disjuntores de caixa moldada são desenvolvidos atendendo a norma NBR60947 que trata de dispositivos de comando e manobra em baixa tensão, seus componentes e contatos internos são robustos, as câmaras de extinção de arco elétrico são capazes de interromper o circuito com correntes de 20X a 30X mais que disjuntores comuns.


A principal característica dos disjuntores em caixa moldada é sua robustez, pois a capacidade de interrupção do circuito em carga é muito superior em comparação com os disjuntores comuns.


Uma característica comum destes disjuntores é a proteção térmica e magnética que em muitos modelos pode ser ajustada entre 5x a corrente nominal do disjuntor até 10x corrente nominal, esse ajuste é muito importante para circuitos elétricos industriais pois permite um ajuste mais sensível para uma proteção mais eficiente do circuito.




Disjuntores de caixa moldada de vários modelos e fabricantes.

Aplicações para o disjuntor de caixa moldada.

Os disjuntores de caixa moldada são aplicados principalmente em ambientes industriais, onde é exigido interrupções com alta corrente de curto circuito, também podemos encontra-los em QDC (quadro de distribuição compacto) e QGBT (quadro geral de baixa tensão) de estabelecimentos comerciais e condomínios.


Os disjuntores de caixa moldada também são aplicados em proteção de motores elétricos, porque contam com a proteção magnética incorporada, o disparo magnético (desarme por proteção magnética) pode ser ajustada até 12X a corrente nominal do disjuntor, sendo assim, pode-se evitar o disparo do disjuntor na partida do motor onde ocorre uma elevada corrente de partida, este tipo de ajuste visa à proteção do motor em correntes de curtos-circuitos.


Outra aplicação do disjuntor caixa moldada é a proteção de circuitos de geradores, pois o disjuntor conta com o disparo térmico e magnético o disparo magnético pode ser ajustado de acordo com a corrente nominal do disjuntor, o ajuste pode chegar até cinco vezes a nominal, desta forma existe uma proteção efetiva em caso de curtos-circuitos de circuitos alimentados pelo gerador.

Também podemos destacar que os disjuntores de caixa moldada podem ser utilizados para serem interruptores ou seccionadores de circuitos, pois são desenvolvidos para realizarem manobras elétricas, atuando também sem dispararem proteções térmicas ou magnéticas, além de contarem com dupla isolação para proteção dos usuários também podem ser instalados com manoplas de bloqueio que permitem a consignação dos equipamentos de acordo com a norma regulamentadora NR10.


Diferença entre o disjuntor de caixa moldada e os demais disjuntores





Disjuntores de caixa moldada em relação aos disjuntores comuns residenciais.

Aplicações para o disjuntor de caixa moldada.


Os disjuntores de caixa moldada são aplicados principalmente em ambientes industriais, onde é exigido interrupções com alta corrente de curto circuito, também podemos encontra-los em QDC (quadro de distribuição compacto) e QGBT (quadro geral de baixa tensão) de estabelecimentos comerciais e condomínios.

Os disjuntores de caixa moldada também são aplicados em proteção de motores elétricos, porque contam com a proteção magnética incorporada, o disparo magnético (desarme por proteção magnética) pode ser ajustada até 12X a corrente nominal do disjuntor, sendo assim, pode-se evitar o disparo do disjuntor na partida do motor onde ocorre uma elevada corrente de partida, este tipo de ajuste visa à proteção do motor em correntes de curtos-circuitos.


Outra aplicação do disjuntor caixa moldada é a proteção de circuitos de geradores, pois o disjuntor conta com o disparo térmico e magnético o disparo magnético pode ser ajustado de acordo com a corrente nominal do disjuntor, o ajuste pode chegar até cinco vezes a nominal, desta forma existe uma proteção efetiva em caso de curtos-circuitos de circuitos alimentados pelo gerador.


Também podemos destacar que os disjuntores de caixa moldada podem ser utilizados para serem interruptores ou seccionadores de circuitos, pois são desenvolvidos para realizarem manobras elétricas, atuando também sem dispararem proteções térmicas ou magnéticas, além de contarem com dupla isolação para proteção dos usuários também podem ser instalados com manoplas de bloqueio que permitem a consignação dos equipamentos de acordo com a norma regulamentadora NR10.

Diferença entre o disjuntor de caixa moldada e os demais disjuntores






Disjuntores de caixa moldada em relação aos disjuntores comuns residenciais

Os disjuntores mais comuns no mercado são os mini disjuntores, eles são aplicados principalmente em instalações elétricas residenciais, esses disjuntores em caso de correntes elevadas de curto-circuito, geralmente correntes acima de 5KA, ao realizarem a interrupção da passagem de corrente, não suportam o efeito térmico magnético, esse efeito é tão intenso que os componentes internos não suportam o calor e o arco elétrico causado pela interrupção da corrente elétrica, sendo assim, a estrutura de contato interna dos componentes é danificada ou muitas vezes gera um curto entre fases (fase-fase) dentro do próprio disjuntor causando explosão.


No caso dos disjuntores de caixa moldada as correntes de curto-circuito de interrupção suportadas são bem mais elevadas, devido à robustez do disjuntor, o mesmo suporta grande intensidade de efeito térmico magnético, isso permite que eles possam interromper a passagem de correntes elevadas de curto-circuito.

Como os disjuntores de caixa moldada foram projetados para isso eles possuem uma câmara de extinção de arco voltaico robusta, capaz de suportar o efeito térmico no momento da abertura, este projeto permite que seus componentes não sejam danificados.

Os dados mais importantes na hora de se optar por um disjuntor caixa moldada são sem dúvida alguma os dados conhecidos como ICU e ICS, a origem destes dados está relacionada com os ensaios realizados em disjuntores conforme a norma IEC 60947-2 – Dispositivos de comando e manobra em baixa tensão.



Observe o cálculo matemático para dimensionamento de disjuntor geral de proteção, o resultado encontrado deve ser condizente com o ICU informado pelo fabricante do disjuntor:


Image4

Modelo matemático para cálculo da corrente geral do circuito.

ICU – Rated ultimate short-circuit breaking capacity

Basicamente este dado significa a capacidade máxima de interrupção de uma corrente em curto-circuito, ou seja, em caso de curto circuito essa é a corrente máxima suportada pelo disjuntor após uma determinada sequência de testes.


É importante ressaltar que após este teste, não é garantido que o mesmo será capaz de conduzir sua corrente nominal descrita, porém o mesmo deve ser seguro nesta condição durante e após a interrupção de uma corrente de curto circuito e para esta comprovação é também submetido a um teste de isolação elétrica após o ensaio de ICU.

Geralmente o valor de ICU é encontrado no catalogo do fabricante do disjuntor sendo muito utilizado para especificar qual disjuntor utilizar no projeto.

ICS – Rated service short-circuit breaking capacity

Este dado é a capacidade máxima de interrupção de uma corrente de curto-circuito suportada pelo disjuntor após uma determinada sequência de testes, a diferença deste dado para o anterior é que após a sequência de testes o disjuntor necessita obrigatoriamente, em tensão de operação, ser capaz de conduzir e suportar sua corrente nominal, operando normalmente. O disjuntor deve preservar está característica de conduzir a corrente ICS quando houver até no mínimo 3 eventos de curto circuito, voltando a operar de maneira integra após os ocorridos.
A capacidade de interrupção da corrente ICS pode ser encontrada nos catálogos dos fabricantes como porcentagem da ICU, os valores típicos são 25%, 50%, 75% e 100% da ICU.



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Tensão elétrica VS Voltagem.



Tensão elétrica VS Voltagem.


Em eletricidade uma das grandezas elétricas mais famosas é a voltagem, apesar de esta palavra não existir.


Sim é isso mesmo a palavra voltagem é um termo popular, não existe em eletricidade.


A grandeza elétrica que erroneamente é chamada de voltagem nada mais é do que a tensão elétrica, que também pode ser chamada de diferença de potencial elétrico (DDP).


A palavra voltagem exite pois a unidade que representa a tensão elétrica é o Volt da qual se derivou a palavra voltagem.


E o que é a Tensão elétrica?


A tensão elétrica é uma diferença entre o potencial elétrico de dois pontos, ou traduzindo de uma forma bem simples e de forma comparativa seria a força necessária para movimentos os elétrons e criar assim uma corrente elétrica.


Esta diferença de potencial pode representar uma fonte de energia (uma força eletromotriz) ou mesmo uma perda de energia ou armazenamento ( queda de tensão).





A tensão pode ser continua, quer dizer que esta não muda de polaridade com o passar do tempo, ou pode ser alternada, que muda de polaridade com o passar do tempo.


Para fins de exemplo podemos exemplificar com uma pilha para tensão contínua, pois a polaridade da pilha será sempre a mesma no decorrer de todo o tempo, já na tensão alternada a polaridade será alternada de acordo com a frequência, no caso de uma tomada a frequência normal é de 60Hz, o que quer dizer que a polaridade desta tensão vai alternar 60 vezes por segundo.


A tensão elétrica pode ser calculada através da lei de Ohm, onde a tensão elétrica é igual à corrente elétrica vezes a resistência elétrica.

V = I x R

 A tensão ainda pode ser encontrada caso sejam conhecidas à potência elétrica e a corrente elétrica, no caso pela formula:

V = P / I (tensão elétrica é igual à potência dividida pela corrente elétrica).

A tensão elétrica normalmente é a maior preocupação com relação aos choque elétricos, entre os leigos principalmente, tem se uma falsa ideia que uma tensão muito grande é muito perigoso para organismo, mas considerando que dentro do corpo humano quem faz o estrago é a corrente elétrica que circula, a tensão elétrica passa a ter uma relevância menor.


 A gravidade de um choque elétrico é medido pelo tempo de exposição à corrente elétrica, o percurso que a mesma faz pelo corpo, tipo de corrente (contínua ou alternada) e a frequência da corrente elétrica.




Há ainda um fator determinante para o choque elétrico que é a resistência elétrica do corpo que recebe a corrente elétrica.

Um exemplo da menor importância da tensão elétrica nos choque elétricos são as armas não letais Teaser, que possuem tensão de 50000 v, mas uma corrente tão baixa que apenas imobiliza a pessoa atingida por uns instantes.


O mesmo princípio é usado nas cercas elétricas que podem possuir tensão de 10000 v e não são consideradas letais.


Entendendo agora o que é a tensão elétrica o leitor vai abandonar a palavra voltagem é passará a usar apenas o termo correto que é tensão elétrica.


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Automação Elétrica com IEC 61850.




Automação Elétrica com IEC 61850.


Foi o tempo em que a área de elétrica e área de automação industrial eram tratadas de forma separada na indústria, com a evolução dos dispositivos de comando e controle, as redes industriais e seus protocolos, somado à busca pela simplificação de operação, temos um cenário de convergência de sistemas, automação e elétrica fazendo parte de um mesmo projeto.
O Padrão IEC 61850 na Visão da Automação Industrial para Sistemas Elétricos
Afim de demonstrar uma visão da Automação Industrial, utilizando-se o Estado da Arte na área de elétrica, especificamente o Padrão IEC 61850, que é o responsável pela simplificação e potencialização dos controles nos sistemas eletricidade de potência atualmente.
Nosso objetivo aqui não é esgotar o assunto, mas sim colocar foco em como a área de automação deve entender o Padrão IEC 61850, vendo principalmente, a convergência dos dois setores, entendendo principais conceitos de funcionamento desta rede de comunicação para área de elétrica.
Não faz parte do escopo de nosso texto, demonstrar os sistemas de proteção e controle para elétrica e também detalhar Padrão IEC 61850 no aspecto programação dos sistemas.
Especificamente, vamos focar e dirigir o assunto baseado na rede de dispositivos, entendendo que os sistemas elétricos são compostos por IED (Intelligent Electronic Device) ou Dispositivo Eletrônico Inteligente, com o uso e a evolução das redes, eles se tornaram os controladores dos sistemas elétricos, vamos entender o Padrão IEC 61850, que permite a troca de informações entre eles e com o sistema de comando, podendo efetuar qualquer operação no sistema elétrico.
O que é então do Padrão IEC 61850?
É um Padrão de Comunicação entre dispositivos de um Sistema Elétrico, que suporta diversos protocolos e podem ser executados em redes TCP/IP (Ethernet), trabalham com mapeamentos padrões MMS (Manufacturing Message Specification), GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event), SV (Sampled Variables) e WebSevices.
Podemos descrever as principais vantagens no uso deste padrão:
  • Interoperabilidade entre diversos fabricantes de dispositivos;
  • Facilidade configuração, os blocos são padrões de informações e endereçamentos;
  • Infraestrutura padrão, utiliza-se principalmente o Padrão Ethernet;
  • Redução de custos engenharia, comissionamento e partida são mais rápidos.
O Padrão ou Norma (muito conhecido assim também) IEC 61850, tem uma estrutura composta de 10 partes, cujo objetivo principal é traçar os caminhos da funcionalidade básica até os testes de sistemas, passando por todos os requisitos:
  1. Introdução e visão geral
  2. Glossário
  3. Requisitos gerais
  4. Administração do projeto e sistemas
  5. Requisitos de comunicação
  6. Linguagem de Configuração
  7. Modelo de Comunicação
  8. Mapeamento MMS / TCP/IP
  9. Mapeamento Ponto a Ponto/Barramento
  10. Testes de conformidade
O formato Lógico da Informação do Padrão é de Nível de Tensão, Endereço do Bay, Endereço do IED, Log do Dispositivo, Log do Nó, Dados e Atributos, com isso, independente da rede, fabricante ou local, a informação é igual em todo sistema.
Um sistema elétrico é responsável por uma série de eventos dentro de uma planta, vamos tratar como uma indústria, mas vale para qualquer estrutura de eletricidade.
As principais funções, mas não somente estas, podemos listar abaixo, perfazendo um sistema elétrico:
  • Supervisão, Operação e Proteção dos circuitos elétricos de potência;
  • Comando de despachos de carga;
  • Controle de demanda;
  • Operação de importação e exportação de energia elétrica;
  • Análise de transiente, falhas, distúrbios e desligamentos.
O objeto de nosso estudo é o Padrão IEC 61850, todavia não há somente este, mesmo porque as normas evoluem de acordo com as demandas e tecnologias existentes do seu tempo.
Normas, Padrões e Protocolos…
As Normas e Padrões, definem os protocolos de telecomando, tais como, interfaces entre equipamentos, padrão de camadas, entre outros.
A Norma IEC 60870-5 é aplicada a sistemas de Telecomando, temos abaixo suas principais divisões ou grupos:
  • 101 – Telecomando básico – supervisão
  • 103 – Padrão para proteção de equipamentos
  • 104 – Suporta TCP/IP
Também temos o DNP 3.0 (orientado a eventos) e chegamos ao IEC 61850 – padrão (orientado a objetos), que é foco de nosso texto.
A visão acima é muito simples, apenas para referência de estudo e continuidade de pesquisa, como dissemos anteriormente, visto não ser tema do conjunto aqui tratado.
Nesta mesma linha, podemos listar a evolução dos padrões em função das necessidades e tecnologias da época, é apenas uma visão geral e não contempla todos existentes, mas as principais linhas de aplicação de mercado.
  1. Cabeamento – não havia rede
  2. Norma IEC 60870-5-101
  3. Norma IEC 60870-5-103
  4. Norma IEC 60870-5-104
  5. DNP 3.0
  6. IEC 61850
  7. SMART GRID – Padrões de Integração de Produtor/Consumidor
  8. IoT – Integração Total de Dispositivos, Produtor, Consumidor e Controles
Observem que até agora somente tratamos dos Padrões ou Normas, nestas redes de informações temos os Protocolos de comunicação, que são as regras que governam a sintaxe, semântica e sincronização da comunicação em uma rede, este controla e possibilita uma conexão, comunicação, transferência de dados entre dois sistemas computacionais.
Alguns tipos de protocolos que são usados na elétrica, importante não confundir Protocolo com Padrão Elétrico:
  • PROTOCOLOS
    • PROPRIETÁRIOS
    • MODBUS
    • PROFIBUS
    • TCP/IP
    • PROFINET
  • PADRÕES
    • RS-232
    • RS-485
    • ETHERNET
São esperados alguns principais benefícios no uso do Padrão IEC 61850, uma vez que este padrão possibilita a integração e padronização dos sistemas, tanto de supervisão, quanto de controle, podemos ver abaixo os principais:
  • Usar o Padrão de Rede Ethernet em todo sistema Elétrico;
  • Comando, Controle e Supervisão na Própria Rede;
  • Análise de Alarmes e Oscilografia em Tempo Real;
  • Operação Remota e Integração com Processo;
  • Diagnósticos Avançados de Sistema e Dispositivos;
  • Padronização para Integração, Comissionamento e Partida.
O Padrão IEC 61850 permite comando, controle, supervisão, compartilhamento de dados em toda a rede, é uma grande evolução, utilizando-se por exemplo, do padrão Ethernet, para que isto ocorra, a Norma prevê alguns tipos de Mensagem, que são trafegadas dentro da rede, através do protocolo, abaixo listamos o tipo e seu principal uso:
  • MMS – (Manufacturing Message Specification) Informações Unicast – o objetivo é somente informação, na estação supervisora;
  • GOOSE – (Generic Object Oriented Substation Event) – Informações Multicast – responsável pelo comando entre IEDs;
  • SV – (Sampled Variables) – responsável pelo tráfego de valores analógicos entre os IEDs, utilizado para proteção;
  • XML – (eXtensible Markup Language) padrão de comunicação para WebServices, responsável pelo compartilhamento de informações entre todo o sistema conectado na rede.
Com a integração de todas estas mensagens e suas funções, é esperado funcionalidades nos sistemas, que apoiarão a operação e gestão da planta elétrica, podemos listar abaixo alguns tipos, lembrando que depende da ferramenta a ser implantada:
  • Supervisão do sistema e equipamentos;
  • Medições de grandezas em tempo real;
  • Alarmes e sequência de eventos;
  • Operação segura por simulação;
  • Parametrização de IEDs;
  • Análise de Oscilografia;
  • Rejeição de Carga;
  • Relatórios e Histórico geral.
Para construir uma automação de um sistema elétrico, baseado na Norma IEC 61850, vamos dirigir a aplicação a uma rede Ethernet, portando há de se observar os principais componentes e suas principais características:
Redes compostas por:
  • Switches Ethernet IEC 61850;
  • Firewall e VPN para Cibersegurança;
  • Terminal Service;
  • I/O Remoto e Tele proteção;
  • UTR Unidade Terminal Remota;
  • Computadores para Missão Crítica
Alguns requisitos essenciais:
  • Quality of Service (QoS): Priority Tagging
  • Protocolo de Recuperação de Rede: Rapid Spanning Tree (RST)
  • Gerenciamento de VLAN (para GOOSE)
  • Robustez de ambiente, suportar grandes faixas de temperaturas
  • Não haver partes móveis
  • Recuperação de anel RST (<50 a 100ms)
Quanto aos aspectos integração, podemos ter três cenários dentro da indústria, como ocorre de forma mais comum:
  • Um cenário onde a automação e a elétrica não se comunicam, isto é, há uma barreira na integração, são sistemas separados;
  • Um outro cenário onde se tem a convergência, este é mais comum, pois todas as redes são tratadas de forma separada e depois são unidas, por um gateway, por exemplo, ou um sistema OPC para troca de dados e informações;
  • E temos um cenário mais atual (graças a evolução da tecnologia), que é a integração total, o projeto quando “nasce” não tem separação de infraestrutura, toda a parte de comando e controle de processo e elétrica estão em uma única rede (há requisitos para isso), mas todo o sistema já é horizontal e vertical do ponto de vista da informação.
As arquiteturas de sistemas elétricos, seguem o mesmo conceito da automação, uma vez que utilizam a tecnologia Ethernet, o Padrão IEC 61850, já trata os blocos dentro da automação e elétrica para troca de informações e controle, portanto podemos concluir que já há uma convergência tecnológica.
O que observar na elaboração de um projeto de sistema de automação elétrica?
Listamos abaixo alguns passos importantes para elaboração de um projeto e integração do sistema de automação elétrica, é apenas uma visão geral, deve-se aprofundar em detalhes, visto ser um projeto complexo:
  • Crie o projeto utilizando todos os dispositivos em Ethernet e IEC 61850 (use protocolo aberto);
  • Faça um projeto de Infraestrutura único, faça a convergência com o sistema de automação;
  • Projeto a rede Ethernet com conceito de VLAN, acesso externo com Firewall (Cibersegurança), foque no GOOSE (Multcast);
  • Crie as estações de operações exclusivas e integre informações importantes para todos operadores;
  • Crie as estações de engenharia separadas (automação e elétrica, mas em único ambiente e rede;
  • Treine a equipe, operação e manutenção.
Conclusão
Para finalizar e concluir, passamos algumas informações que não podem passar desapercebidas neste assunto:
  • A Norma IEC 61850 possibilitou Padronização e Facilidade de Engenharia;
  • Os principais Protocolos Industriais, suportam a Norma, exemplo Profinet (facilitando Integração);
  • Reformas e projetos Novos, devem suportar integração (Convergência) de Controle do Processo e Automação Elétrica;
  • Integração com Cloud, uso de WebServices, complementam a solução para os Desafios da Indústria 4.0, suportadas pela Norma.





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