5.6 Empirisk metode
5.6.2 Regresjonsanalyse
Um disjuntor é um dispositivo de manobra (mecânico) e de proteção, capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições normais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito.
Disparador é um mecanismo associado mecanicamente a um disjuntor, e que libera os órgãos de retenção dos contatos principais, provocando seu fechamento ou sua abertura.
Um disparador de sobrecorrente é aquele que provoca a abertura de um disjuntor, com ou sem retardo intencional, quando a corrente no disparador excede um valor predeterminado, em condições especificadas. Pode ser direto, quando energizado pela corrente no circuito principal do disjuntor, ou indireto, quando a energização é feita através de um transformador de corrente ou de um derivador. No que diz respeito ao retardo, o disparador de sobrecorrente pode ser:
- instantâneo, quando opera sem qualquer retardo intencional;
- com retardo definido, quando opera com um retardo definido, que pode ser ajustável, mas que é independente do valor da sobrecorrente;
- a tempo inverso, quando opera após um retardo inversamente dependente do valor da sobrecorrente.
Um disparador de sobrecarga é um dispositivo de sobrecorrente destinado à proteção contra sobrecargas. Um disparador térmico de sobrecarga é um dispositivo de sobrecarga a tempo inverso que depende para sua operação (incluindo seu retardo) da ação térmica da corrente que circula no disparador.
Disparador em derivação é aquele energizado por uma fonte de tensão. Um disparador de subtensão é um disparador em derivação que provoca a abertura de um disjuntor, com ou sem retardo intencional, quando a tensão nos terminais do disparador cai abaixo de um valor predeterminado.
A câmara de extinção de um disjuntor é o compartimento que envolve os contatos do circuito principal, capaz de resistir às solicitações térmicas devidas ao arco e destinado a favorecer a sua extinção.
Os disjuntores de baixa tensão, via de regra do tipo seco, são classificados, quanto ao tipo de construção, em dois tipos:
- os disjuntores abertos (ou “de força”) que possuem todas as partes componentes montadas em uma estrutura geralmente metálica, aberta;
- os disjuntores em caixa moldada que são montados em uma caixa de material isolante que suporta e encerra todas as partes componentes.
Os disjuntores abertos são geralmente tripolares de corrente nominal acima de 200 A, com acionamento manual ou motorizado, podendo ser equipados com:
- disparadores de sobrecorrente eletromagnéticos, instantâneos ou com retardo definidos, para proteção contra sobrecargas e contra curtos-circuitos;
- disparadores térmicos de sobrecarga; - disparadores de subtensão.
São utilizados para proteção e manobra de circuitos de distribuição principais (de porte) e para proteção de alternadores, transformadores, capacitores etc., montados em subestações, cabinas ou quadros de distribuição de grande porte.
Os disjuntores de caixa moldada, de construção compacta, podem ser unipolares, bipolares ou tripolares, geralmente com acionamento manual, podendo ser equipados com:
- disparadores de sobrecorrente eletromagnéticos, instantâneos ou com retardo definido, para proteção contra curtos-circuitos;
- disparadores térmicos de sobrecarga; - disparadores de subtensão.
São geralmente utilizados para proteção e manobra de circuitos de distribuição e terminais, montados em quadros de distribuição padronizados.
Os disjuntores equipados com disparadores térmicos e eletromagnéticos são chamados de disjuntores termomagnéticos, sendo geralmente em caixa moldada. Os disjuntores em caixa moldada equipados apenas com disparadores eletromagnéticos para proteção contra curtos-circuitos são chamados de disjuntores apenas magnéticos (da designação norte- americana “magnetic-onlybreaker”).
Muito embora os disjuntores sejam sempre dispositivos automáticos, a norma NBR 5361 refere-se a “disjuntor de baixa tensão não automático”. Trata-se de uma impropriedade derivada do termo norte-americano “non-automaticbreaker”, servindo para designar um disjuntor em caixa moldada desprovido de disparadores; melhor seria chamá-lo de “chave de caixa moldada”.
A NB 5361 define a estrutura (de um disjuntor de baixa tensão) como sendo a parte do disjuntor quando são excluídos os disparadores-série, os terminais e os (eventuais) acessórios.
Figura 15 - Exemplo de Disjuntores (SIEM ENS, 2012)
3.5.2 Fusível
Um dispositivo fusível é um dispositivo de proteção que, pela fusão de uma parte especialmente projetada, abre o circuito no qual se acha inserido e interrompe a corrente, quando esta excede um valor especificado durante um tempo especificado.
Um fusível cartucho é um fusível de baixa tensão cujo elemento físico é encerrado em um tubo protetor de material isolante, com contatos nas extremidades (em forma de virola ou de faca), fechando o tubo. Um fusível rolha é um fusível de baixa tensão em que um dos contatos é uma peça roscada, que se fixa no contato roscado correspondente da base. Um fusível encapsulado é um fusível cujo elemento fusível é completamente encerrado num invólucro fechado, o qual é capaz de impedir a formação de arco externo e a emissão de gases, chama ou partículas metálicas para o exterior, quando da fusão do elemento fusível, dentro dos limites de sua característica nominal.
Chamamos de chave fusível (de distribuição) ao dispositivo fusível no qual após a operação, o porta-fusível é levado automaticamente a uma posição tal que assegura a distância de isolamento especificada e dá uma indicação visível de que o dispositivo operou. Elo fusível de uma chave fusível é um fusível de construção flexível destinado a manter a chave na posição fechada, quando em funcionamento, e provocar a sua abertura automática após a fusão do elemento fusível.
3.5.3 Relé
Denominamos relé o dispositivo elétrico destinado a produzir modificações súbitas e predeterminadas em um ou mais circuitos elétricos de saída, quando certas condições são
satisfeitas nos circuitos de entrada que controlam o dispositivo. É importante observar que a definição aplica-se aos relés elétricos de qualquer tipo e para qualquer finalidade, no sentido elementar, isto é, com apenas uma função lógica entre os circuitos de entrada e os circuitos de saída, incluindo todos os elementos adicionais necessários ao seu perfeito funcionamento específico. Os relés são associados eletricamente aos disjuntores ou contatores, provocando sua abertura quando da detecção de alguma condição anormal (sobrecorrente, subtensão, desequilíbrios etc.).
Não se deve confundir relé com disparador. Muito embora ambos possam funcionar sob o mesmo princípio e realizar funções análogas, o relé é associado eletricamente ao dispositivo de manobra, ao passo que o disparador é associado mecanicamente ao disposto.
Alguns tipos de relés podem ser: Relé eletromecânico, relé estático, relé de medição, relé térmico etc..
3.5.4 Aterramento
A terra, isto é, o solo pode ser considerado como um condutor através do qual a corrente elétrica pode fluir, difundindo-se. Observe que são considerados “bons condutores” solos com resistividades na faixa de 50 a 100 Ωm (apenas como comparação, a resistividade do cobre é da ordem de 17 x 10-7Ωm).
Chama-se aterramento a ligação intencional com a terra, que pode ser realizada utilizando apenas os condutores elétricos necessários – é o aterramento direto – ou através da inserção (intencional) de um resistor ou reato, introduzindo uma impedância no caminho da corrente.
Nas instalações elétricas, são considerados dois tipos de aterramento:
- o aterramento funcional, que consiste na ligação à terra de um dos condutores do sistema, geralmente o neutro, e está relacionado com o funcionamento correto, seguro e confiável da instalação;
- o aterramento de proteção, que consiste na ligação à terra das massas e dos elementos condutores estranhos instalação, visando à proteção contra choques elétricos por contato indireto.
Dentro de determinadas condições pode-se ter, numa instalação, um aterramento (combinado) funcional e de proteção.
Pode-se falar também no aterramento de trabalho, cujo objetivo é permitir ações seguras de manutenção em partes da instalação normalmente sobtensão, postas fora de serviço, para esse fim. Trata-se de um aterramento logicamente provisório.
O eletrodo de aterramento é o condutor ou o conjunto de condutores que enterrado(s) no solo e eletricamente ligado(s) a terra para fazer um aterramento. O termo tanto se aplica a uma simples haste enterrada, como a várias hastes enterradas e interligadas e a diversos outros tipos de condutores em diversas configurações.
3.6 Transformadores
3.6.1 Transformador Ideal
“O funcionamento do transformador baseia-se no acoplamento eletromagnético entre duas bobinas. Ele é constituído, fundamentalmente, por uma bobina primária que recebe a energia elétrica numa determinada tensão e corrente e uma bobina secundária pela qual esta energia, com tensão e corrente diferentes, é transferida a uma carga. O circuito magnético que acopla as bobinas primária e secundária pode ser o ar ou um material ferromagnético para aumentar o acoplamento. Transformadores destinados a transferir energia elétrica com potências elevadas têm o circuito magnético construído com material ferromagnético. Transformadores usados em equipamentos que operam com frequências elevadas, rádio frequência, têm o circuito magnético com ar ou outro isolante.” (RIES, 2007).
A Figura 16 demonstra um transformador ideal:
Figura 16 - Transformador Ideal (Figura Ilustrativa)
Para que um transformador seja considerado ideal, algumas premissas devem ser levadas em consideração:
O fluxo magnético deve estar apenas presente no núcleo e envolver os dois enrolamentos somente;
As resistências nos enrolamentos e a perda do núcleo devem ser desprezíveis;
A permeabilidade do núcleo deve ser alta para que qualquer quantidade de força magneto motriz seja necessária para abastecer o núcleo.
O fluxo Φ que enlaça os enrolamentos induz uma Força Eletromotriz (FEM) nos enrolamentos (e1 e e2 da figura 16). Supondo que o fluxo varie como uma senóide, , e sabendo que o valor eficaz de uma tensão induzida é dado por
, tem-se:
(5)
(6)
Onde E1 e E2 são os calores eficazes das tensões induzidas e1 e e2. Dividindo-se as equações tem-se:
(7)
Ou seja, as tensões estão entre si na relação direta do numero das espiras dos respectivos
enrolamentos. A razão é denominada relação de espiras.
Porém, na grande maioria dos sistemas elétricos, um transformador apresenta uma carga conectada. A Figura 15 apresenta um transformador ideal agora com uma carga conectada ao secundário.
Figura 17 - Transformador ideal com carga (Figura ilustrativa)
(8)
Esta corrente ira produzir uma força eletromotriz (FMM) no sentido mostrado na figura 17. Uma força magneto motriz (FMM) de mesmo valor, mas contrária a deve aparecer no enrolamento 1 para que o fluxo não varie. Desta maneira tem- se:
(9)
Assim:
(10)
Isso mostra que a relação das correntes no primário e no secundário de um transformador ideal é igual à relação inversa do número de espiras.
Considerando que o transformador ideal não apresenta perdas, segundo o principio da conservação de energia, podemos calcular a carga em relação ao primário do
transformador sabendo que . Tem-se então que:
(Potencia Aparente); (11) (Potencia Aparente); (12) (Convervação de Energia). (13) Assim: (14) Sabendo-se que: (15)
(16)
Dividindo-se as duas equações acima se têm:
(17)
E finalmente:
(18)
(19)
: impedância correspondente a vista no primário.