Ficha 01 · Disjuntores, DR, dimensionamento

a) Iluminação fluorescente: Curva C. Razão: balastros têm pico de arranque pequeno (~3-5× I_n por alguns ms). Curva B poderia disparar; curva D excessiva. Curva C (5-10×) é o standard.

b) Tomadas habitação: Curva C. Equipamentos domésticos (frigorífico, micro-ondas, computador) têm picos moderados de arranque. Curva C é o standard residencial.

c) Motor 5,5 kW: Curva D. Razão: motor em arranque directo tem pico de 5-7× I_n durante 1-3 segundos. Curva D (10-20×) suporta o pico sem disparar. Curva C arriscaria disparar.

d) Transformador 5 kVA: Curva D. Razão: inrush current ao ligar é de 8-12× I_n. Curva D garante que disjuntor não dispara nos primeiros ciclos.

e) Aquecedor 2 kW: Curva B. Razão: carga puramente resistiva, sem pico de arranque. Curva B (3-5×) suficiente e proporciona protecção contra curto mais rápida.

a) Corrente nominal:

P_eléctrica = P_mec / η = 11 / 0,90 = 12,2 kW
I_n = P_eléc / (√3 × U × cos φ) = 12 200 / (√3 × 400 × 0,85) = 20,7 A

b) Calibre: 1,2-1,5 × I_n = 25-31 A. Escolher imediatamente standard acima: 25 A ou 32 A.

Para motor 11 kW, 32 A dá margem confortável. Se a instalação tem cabo dimensionado para 25 A, então 25 A.

c) Curva: D (motores).

d) Icc mínima: - Em quadro industrial, corrente de curto-circuito presumida é tipicamente 10-25 kA (dependendo da distância ao PT). - Para fábrica padrão: 10 kA mínimo. - Para fábrica grande / perto de PT: 15-25 kA.

Em projecto, deve-se calcular o Icc no ponto exacto do disjuntor com base na impedância do transformador a montante.

e) Referência comercial: - Schneider iC60H D25 (25 A, curva D, 10 kA, 3 pólos): ~85 €. - ABB S203 D25 (25 A, curva D, 10 kA, 3 pólos): ~75 €. - Para 15 kA: Schneider iC60N D25 + nota "H" = iC60H ou ainda mais robusto NSX100F TM-D25.

Em quadro industrial, considerar MPCB (Schneider GV2-ME21) que combina disjuntor + relé térmico ajustável num único módulo. Mais limpo no quadro.

a) Casa-banho (zona húmida): DR 30 mA tipo A (mínimo). Em zonas muito molhadas (zona 0, ducha), considerar 10 mA.

b) Geral comercial: DR 300 mA tipo A, S (selectivo). Protege contra incêndio. "S" garante selectividade com DRs 30 mA dos circuitos.

c) Sala cirúrgica: DR 10 mA tipo A ou mesmo 6 mA, com transformador de isolamento médico + monitor de fuga (IT system). Norma IEC 60364-7-710.

d) VFD: DR 30 mA tipo B. Tipo B detecta corrente CC pulsante e suave que VFDs produzem (rectificadores internos). DR tipo A ou AC não detecta fugas CC → falsa segurança.

e) Iluminação industrial: DR 30 mA tipo A se o sistema tem electrónica (LEDs, balastros electrónicos). Para iluminação muito simples (incandescente histórica): DR tipo AC suficiente. Mas iluminação industrial hoje é electrónica → A é o standard.

a) Teste do DR: - Premir botão TEST no DR. - Internamente, o teste cria uma fuga artificial acima do setpoint. - DR deve disparar imediatamente (< 30 ms para diferenciais instantâneos).

b) Periodicidade: mensal é recomendado por todos os fabricantes e RTIEBT. Operador (ou utilizador da casa) pode fazer.

Em ambiente industrial: pode ser parte do plano de manutenção mensal/trimestral.

c) Se DR não disparar: - Substituir imediatamente. DR avariado = circuito sem protecção contra electrocussão. Risco grave. - Não tentar reparar — DRs não são reparáveis em campo. - Custo da substituição: 30-100 € (dependendo do calibre e tipo) — barato comparado ao risco.

d) Diferença TEST vs instrumento real:

Teste TEST: - Cria fuga interna controlada. - Verifica que mecânica do DR funciona. - Não verifica precisamente o setpoint (a fuga interna é ~10-20% do nominal apenas, suficiente para activar mas não confirma calibração exacta). - Não verifica tempo de resposta.

Teste com instrumento profissional (testador de DR — Fluke 1664, Metrel MI 3155): - Cria fugas de magnitude precisa e variável. - Mede: - Corrente real de disparo (deve ser entre 50-100% do nominal). - Tempo de disparo (deve ser < 300 ms para DR convencional, < 40 ms para "rápido"). - Verifica em vários ângulos de fase (alguns DRs comportam-se mal em certos ângulos). - Recomendado anualmente em instalações industriais, e em inspecção periódica RTIEBT.

Custo do instrumento: 800-2500 €. Em empresa de manutenção é essencial; em residência não justifica (teste TEST mensal + inspecção profissional periódica suficiente).

a) Aquecedor 5 kW resistivo: - Categoria AC1 (cargas resistivas). - Corrente: 5000/230 = 21,7 A (monofásico) ou 5000/(√3 × 400) = 7,2 A (trifásico). - Contactor: Schneider LC1D09 (9 A AC3, mas em AC1 suporta ~16 A em monofásico, 25 A em trifásico). - Vida útil: longa (categoria AC1 não stress).

b) Motor 7,5 kW contínuo (bomba): - Categoria AC3 (motor gaiola em arranque normal). - I_n motor: 16 A (cálculo padrão para 7,5 kW @ 400V). - Contactor: Schneider LC1D18 (18 A AC3 = motor 7,5 kW). - Vida útil eléctrica: ~1 milhão de operações. Em bomba contínua (poucos arranques), motor dura décadas.

c) Motor 7,5 kW compressor com 30 arranques/hora: - Categoria AC4 (comutação frequente). - Em AC4, contactor LC1D18 tem capacidade reduzida (~12 A em vez de 18 A AC3). - 30 arranques/hora × 8h × 250 dias = 60 000 arranques/ano. Vida eléctrica AC4 é menor que AC3. - Solução A: contactor maior — LC1D32 (32 A AC3) — sobre-dimensionado mas dura. - Solução B: instalar soft-starter ou VFD — reduz stress no contactor (e no motor), elimina pico de arranque. - Recomendação: VFD se viável (poupança energética + protecção).

d) Inversão de marcha 4 kW (5-10/dia): - Categoria AC4 (inversão de marcha é severo — corrente fluindo num sentido, mude bruscamente para o oposto). - I_n motor 4 kW @ 400V ≈ 9 A. - Em AC4, LC1D12 (12 A AC3, ~9 A AC4) — apertado. - Recomenda-se LC1D18 (18 A AC3, ~12 A AC4) para margem. - 2 contactores necessários (KM_F + KM_R) com inter-bloqueios eléctrico + mecânico. - 5-10 inversões/dia = ~3000/ano. Stress moderado.

a) Selectividade disjuntor 16 A vs 40 A:

Em sobrecarga: selectividade garantida. - 16 A começa a aquecer a partir de ~18-20 A; dispara em segundos-minutos. - 40 A só aquece em > 45-50 A; muito mais tempo. - Disjuntor 16 A dispara primeiro → selectividade OK.

Em curto-circuito: selectividade parcial. - Ambos curva C (5-10× I_n). - 16 A dispara magneticamente a 80-160 A. - 40 A dispara magneticamente a 200-400 A. - Em curto moderado (até ~200 A): só 16 A dispara → OK. - Em curto severo (> 400 A): ambos podem disparar → falha de selectividade.

Para selectividade total: usar disjuntor 40 A com função "Selective" (atraso de 40 ms) ou substituir 40 A por curva D.

b) Selectividade DR 30 mA vs 300 mA "S":

Garantida porque: - DR 30 mA é instantâneo (< 30 ms). - DR 300 mA "S" tem atraso intencional (~40 ms). - Em fuga de 30-300 mA: só DR 30 mA dispara. - Em fuga maior (> 300 mA): DR 30 mA dispara primeiro (sensibilidade maior + tempo igual ou menor) → OK.

Sem o "S" no DR geral: ambos disparariam simultaneamente em fugas moderadas → falha.

c) Curto na tomada — o que dispara:

• Disjuntor 16 A dispara primeiro (próxima da falha, calibre menor).
• Se curto é severo (> 400 A) e disjuntor 16 A demora a operar (raro mas possível): disjuntor 40 A pode também disparar → corte do sub-quadro 1.
• Disjuntor geral 100 A NÃO deve disparar (calibre muito acima, longe da falha).

Conclusão: corte localizado à tomada. Outras tomadas e equipamentos ficam ligados.

d) Fuga à terra na tomada — o que dispara:

• DR 30 mA tipo A do sub-quadro 1 dispara primeiro (instantâneo).
• DR 300 mA "S" geral fica fechado (atraso intencional + sensibilidade maior).

Conclusão: corte do sub-quadro 1 (todos os 5 circuitos de 16 A). Sub-quadro 2 (motor) e iluminação geral continuam.

Possível melhoria: instalar DRs individuais 30 mA em cada um dos 5 circuitos de 16 A. Em fuga numa tomada, só esse circuito sai → maior continuidade de serviço. Mas mais caro (5 × DR 30 mA + disjuntor vs 1 DR 30 mA + 5 disjuntores).

Outra opção moderna: DR-MGT (combinados) por circuito.

a) Diagnóstico:

1. Confirmar problema: pedir à cliente que demonstre. Verificar se realmente dispara só ao ligar o frigorífico, e qual o disjuntor que dispara (16A da cozinha? 30 mA?).

2. Verificar disjuntor: que calibre e curva tem?

3. Se for 16A curva B → causa provável (curva B dispara facilmente em picos).
4. Se for 16A curva C → razoável; investigar mais.

5. Se for 16A curva D → não deveria disparar com frigorífico.

6. Verificar DR:

7. Dispara o disjuntor magnetotérmico (16A) ou o DR (30 mA)?

8. Se DR: fuga à terra ou DR avariado.

9. Identificar circuito: que outros equipamentos estão no mesmo circuito? Sobrecarga combinada?

10. Medir corrente do frigorífico:

11. Pinça amperimétrica no momento do arranque.
12. Frigorífico moderno: pico de arranque ~3-5× I_n nominal por ~0,5 s.

13. I_n frigorífico domestic: ~1 A. Pico: ~3-5 A. Não deveria disparar 16 A em curva C.

14. Verificar compressor: frigorífico antigo pode ter compressor degradado (pico de arranque muito maior, até 10×).

b) Causas possíveis (ordem de probabilidade):

1. Disjuntor curva errada: instalou-se curva B onde devia ser C.

2. Sobrecarga do circuito: vários equipamentos no mesmo circuito da cozinha (frigorífico + micro-ondas + máquina de café + iluminação) — somatório acima dos 16 A.

3. Compressor do frigorífico degradado: rolamentos com folga, mais força necessária para arrancar → pico de corrente muito maior.

4. Disjuntor envelhecido / mal calibrado: dispara prematuramente. Substituir por novo.

5. Cabo com fuga à terra (se quem dispara é o DR): humidade, isolamento degradado.

6. DR mal calibrado / avariado: substituir.

c) Soluções:

Solução 1: trocar disjuntor para curva C (se estiver B). Custo ~15 €.

Solução 2: aumentar calibre para 20 A (se cabo permitir — verificar secção. Cabo 2,5 mm² suporta 20 A típico). Custo ~20 €.

Solução 3: dedicar circuito ao frigorífico (puxar cabo novo do quadro à tomada do frigorífico). Custo: 100-200 €. Garante que frigorífico tem 16 A só para ele.

Solução 4: se compressor degradado — substituir frigorífico (frigoríficos eficientes consomem 50% menos energia + arranque mais suave).

Solução 5: avaliar carga total da cozinha. Se houver muitos equipamentos pesados: reorganizar circuitos (ex: 1 circuito para frigorífico + iluminação; outro circuito separado para tomadas de electrodomésticos pesados).

Solução 6: soft-starter para o frigorífico — raro em residencial mas existe (~50-100 €) para compressores comerciais.

Recomendação: verificar primeiro o tipo de disjuntor; se for curva B, simples troca resolve. Se for curva C ou D e ainda dispara, problema mais profundo (compressor, cabo, sobrecarga).

Lista de componentes:

• F1: fusível protecção comando 2 A.
• S0: botoeira STOP cogumelo vermelho NC.
• S1: botoeira START verde NO.
• KM1: contactor (LC1D12 para motor 4 kW @ 400V, bobina 230V CA).
• F_t: relé térmico (LRD10, gama 4-6 A, ajustado a I_n motor ~9 A).
• H1: lâmpada verde "em funcionamento" 230V.
• H2: lâmpada vermelha "alarme térmico" 230V.
• QF1: disjuntor magnetotérmico tripolar 16A curva D (potência).
• Motor M 4 kW.

Esquema de comando (descritivo):

L (fase) ────┬──── F1 ──── KM1.A1 ── (no fim da linha)
             │
             ├──── KM1.aux1 (NO) ──┐    (auto-retenção)
             │                      │
             ├──── S1 (NO) ─────────┤
             │                      │
             └──── S0 (NC) ─────────┤
                                     │
                              KM1.A1 │
                                     │
                              F_t.NC (relé térmico)
                                     │
                                  KM1.A2 ── N

Sinalização:
L ──── KM1.aux2(NO) ── H1 (verde) ── N    (acende quando motor funciona)
L ──── F_t.NO ── H2 (vermelho) ── N        (acende se relé térmico dispara)

Esquema de potência:

L1 ──┬── QF1 ── KM1.1 ── F_t.1 ── M (U)
L2 ──┼── QF1 ── KM1.2 ── F_t.2 ── M (V)    Motor 3F
L3 ──┴── QF1 ── KM1.3 ── F_t.3 ── M (W)
                          │
                          PE

Funcionamento:

1. Estado inicial: nada ligado.
2. Premir S1 (start verde): corrente passa por S0 (NC fechado) + S1 (NO premido) + KM1.A1 + F_t.NC + KM1.A2 = bobina activa → KM1 fecha.
3. KM1 fecha os 3 contactos de potência → motor arranca. Também fecha KM1.aux1 (NO) → auto-retenção (já não preciso manter S1 premido).
4. Solta S1: KM1.aux1 mantém alimentação à bobina. Motor continua.
5. Lâmpada verde H1 acende (KM1.aux2 NO fechado).
6. Premir S0 (paragem): corta a alimentação à bobina → KM1 abre → motor para. H1 apaga.
7. Se sobrecarga: F_t (térmico) dispara — F_t.NC abre na bobina → KM1 para. F_t.NO fecha → H2 (vermelho) acende. Operador deve resetar F_t e investigar antes de tentar arrancar.

Possíveis melhorias: - Adicionar horímetro (contador de horas de funcionamento) em série com H1. - Adicionar sinalização externa ao quadro (lâmpada visível à distância). - Adicionar buzina para alarme térmico. - Adicionar modo manual/automático com selector e entrada do PLC.