Ficha 02 · Coordenação, casos práticos, RTIEBT

a) Curvas tempo-corrente (descrição):

Disjuntor 63 A curva D: - Zona térmica (sobrecarga): a 80 A demora ~30 min; a 200 A demora ~10 s. - Zona magnética: dispara instantaneamente a partir de 10×63 = 630 A. - Entre 200 A e 630 A: zona térmica (segundos).

Disjuntor 16 A curva C: - Zona térmica: a 20 A demora ~30 min; a 50 A demora ~10 s; a 80 A demora ~3 s. - Zona magnética: dispara instantaneamente a partir de 5×16 = 80 A. - Acima de 80 A: instantâneo.

Sobrepostas num gráfico log-log: - Eixo X: corrente (10 A → 1000 A). - Eixo Y: tempo (0,01 s → 1000 s). - Curva 16C está à esquerda e abaixo da 63D para correntes < 200 A. - Acima de 630 A, curva 63D entra em magnético também.

b) Selectividade em sobrecarga 100 A:

• 16 A curva C: a 100 A está bem dentro do magnético → dispara em < 0,01 s.
• 63 A curva D: a 100 A está só na zona térmica (1,6× I_n) → dispara em ~5-30 min.

Selectividade GARANTIDA. Disjuntor 16 A dispara muito antes que o 63 A começe sequer a sentir.

c) Selectividade em curto 500 A:

• 16 A curva C: 500 A está no magnético → dispara em 5-15 ms.
• 63 A curva D: 500 A é 7,9× I_n → ainda não está no magnético (D dispara a > 10×=630). Está em térmico, que a esta corrente dispara em ~1-5 s.

Selectividade GARANTIDA. 16 A dispara em ms; 63 A demoraria segundos.

d) Em curto MUITO severo (acima de 630 A):

• 16 A: dispara em 5-15 ms.
• 63 A: também dispara magneticamente, mas instantaneamente (também ~10-20 ms).

Selectividade pode falhar (ambos no magnético). Em microssegundos, ambos podem actuar e ambos podem cortar.

Para selectividade total em curto severo:

1. Disjuntor 63 A com "Selective": introduz atraso de 40-100 ms na actuação magnética. Permite ao 16 A actuar primeiro mesmo em curto severo. Exemplo: Schneider iC60H com função Selective.

2. Curva diferente no montante: já está D (mais alta tolerância). Próximo passo seria disjuntor MCCB ajustável com atraso configurável.

3. Fusível em série com 16 A: fusível tipo gG dispara em microssegundos em curto severo; muito antes que o 63 A reaja.

4. Limitador de corrente: tecnologia mais avançada onde disjuntor a jusante "limita" a corrente vista pelo a montante (Schneider Compact NSX com Reflex).

a) Potência total:

• Torno 5,5 + Fresadora 4 + Furadora 1,5 + Compressor 7,5 = 18,5 kW (motores).
• Tomadas trifásicas: 4 × 16 A × √3 × 400 = ~44 kW se todas a 100% (raro).
• Tomadas monofásicas: 8 × 16 × 230 = ~29 kW se todas a 100%.
• Iluminação: 2 kW.

Total teórico (100% simultâneo): ~93 kW. Irrealista.

Factor de simultaneidade para oficina: - Motores: ~0,5 (nem todos funcionam simultaneamente). - Tomadas: ~0,3 (usadas pontualmente). - Iluminação: ~0,8 (toda acesa em horário de trabalho).

Potência real estimada: - Motores: 18,5 × 0,5 = 9,3 kW. - Tomadas trif.: 44 × 0,3 = 13 kW. - Tomadas mono.: 29 × 0,3 = 8,7 kW. - Iluminação: 2 × 0,8 = 1,6 kW. - Total: ~33 kW.

Corrente alimentação principal: I = 33 000 / (√3 × 400) = 48 A (aproximadamente).

Disjuntor geral: 63 A curva C (com margem).

b) Circuitos e disjuntores:

Notas: - Motores: curva D, calibres ~1,5× I_n motor. - Tomadas: curva C standard. - Iluminação: curva C (LED moderno tem pequeno pico) ou B (fluorescente clássica).

c) DRs sugeridos:

DR Geral: 300 mA tipo A, "S" (selectivo). 63 A. Protecção contra incêndio.

DR específicos: - Tomadas mono. e trif.: 30 mA tipo A. Obrigatório RTIEBT para protecção de pessoas (ferramentas portáteis). - Motores fixos (torno, fresadora, furadora, compressor): pode-se usar 30 mA (tipo A se há electrónica como soft-starter; tipo B se há VFD), ou aceitar DR geral 300 mA se motor for em zona protegida sem acesso a partes vivas pelo operador. - Iluminação: 300 mA geralmente suficiente. 30 mA opcional se houver risco.

Recomendação prática: - 1 DR 30 mA tipo A para conjunto de tomadas monofásicas. - 1 DR 30 mA tipo A para tomadas trifásicas. - Motores e iluminação sob DR geral 300 mA. - VFD do compressor (se houver): DR tipo B dedicado.

Composição final do quadro: - 1 disjuntor geral 63 A C. - 1 DR geral 300 mA tipo A "S". - 4 disjuntores motores (16, 16, 10, 25 A — curva D). - 1 DR 30 mA + 1 disjuntor 32 A para tomadas trif. - 1 DR 30 mA + 2 disjuntores 20 A para tomadas mono. - 1 disjuntor 10 A C para iluminação. - ~12-15 módulos DIN + bornes + reserva. - Caixa DIN 24 módulos com 30% reserva.

Corrente nominal do motor 22 kW @ 400V: I_n = 22 000 / (√3 × 400 × 0,87 × 0,90) ≈ 41 A.

Disjuntor principal: - Calibre: 1,2 × 41 = 49 A → standard 50 A. - Curva: C (não D porque soft-starter elimina o pico de arranque clássico). - Capacidade de corte: para indústria, 15-25 kA. - Referência: Schneider iC60H C50 (15 kA) ou NSX100B-50 (caixa moldada, 25 kA).

Ou em alternativa, MPCB (Motor Protection Circuit Breaker): - Schneider GV3-P40 (gama 30-40 A) com relé térmico integrado. - Calibre ajustável. - Mais limpo no quadro.

Contactor: - I_n motor: 41 A. - Categoria: AC3 (operação normal contínua). - Standard: contactor AC3 50 A mínimo. - Ref: Schneider LC1D50 (50 A AC3, 22 kW @ 400V). - Bobina: 24 V CC (compatível com PLC).

Relé térmico: - Já integrado se for MPCB, ou separado: - Schneider LRD340 (gama 30-40 A) ajustado a 41 A. Espera — gama 30-40 não chega. Verificar próximo: LRD350 (40-50 A) ajustado a 41 A.

Soft-starter (existente): - Especificações compatíveis com motor 22 kW. - Ref típica: Schneider ATS22, ABB PSE45-600-70. - Bypass automático após arranque (contactor adicional integrado).

DR: - 300 mA tipo A para protecção de equipamento. - Se VFD em vez de soft-starter, mudar para tipo B. - Soft-starter durante operação normal (após bypass) não cria correntes CC → tipo A suficiente.

Cabo: - Corrente 41 A → secção 10 mm² (XLPE, 30 °C, em conduta com 3 condutores). - Margem confortável. - Margem para queda de tensão em motor distante do quadro (verificar caso a caso).

Selectividade com montante:

A montante deve haver disjuntor maior (provavelmente 100 A ou superior). Para selectividade total em curto-circuito: - Disjuntor a montante deve ter função "Selective" com atraso 40-100 ms. - Schneider NSX100/160 com Micrologic 2.2 ajustável: pode-se programar atraso. - Estudo formal de coordenação com software (Schneider DOC, ETAP).

Esquema básico:

Rede → NSX100 (Selective, 100A) → 
        ↓
        DR 300 mA tipo A 
        ↓
        MPCB GV3-P40 (40A, curva C)
        ↓
        Contactor LC1D50 (24V CC)
        ↓
        Soft-starter ATS22
        ↓
        Motor 22 kW

Comando: - PLC: comanda contactor (start/stop/emergência). - HMI: visualiza estado (corrente, temperatura, alarmes do soft-starter). - Comunicação Profinet com soft-starter para parametrização e diagnóstico.

a) Disjuntor geral 40 A sem DR: NÃO CUMPRE RTIEBT.

Razão: - RTIEBT exige DR de protecção contra electrocussão (30 mA) em circuitos com tomadas. - Mesmo que não houvesse DR 30 mA em cada circuito, pelo menos deveria haver DR geral. - Sem DR, ninguém está protegido contra fuga à terra → risco de electrocussão.

Acção correctiva: instalar DR geral 30 mA (ou 30 mA por cada grupo de circuitos de tomadas).

b) Tomadas cozinha sem DR 30 mA: NÃO CUMPRE.

Razão: - RTIEBT é explícita: todos os circuitos de tomadas em habitação requerem DR ≤ 30 mA. - Cozinha é zona com maior risco (água, electrodomésticos com chassis metálico).

Acção correctiva: instalar DR 30 mA tipo A para o circuito.

c) Quadro oficina disjuntor 100 A + DR 300 mA: CUMPRE parcialmente.

Análise: - DR 300 mA protege contra incêndio (em conjunto com isolamento dos cabos). OK. - Falta protecção pessoal (30 mA) nos circuitos de tomadas. - Norma RTIEBT exige 30 mA em todas as tomadas industriais também (apenas isenção em casos específicos com habilitação especial dos operadores).

Acção correctiva: adicionar DRs 30 mA por circuito de tomadas (ou pelo menos por grupo). Iluminação e motores fixos podem ficar sob 300 mA geral.

d) Cabo 1,5 mm² ligado a tomadas 16 A: NÃO CUMPRE.

Razão: - RTIEBT (e norma EN 60898): cabo deve suportar pelo menos o calibre do disjuntor. - Cabo 1,5 mm² em XLPE/30°C/3 condutores carregados: capacidade ~15 A. - Disjuntor 16 A pode permitir 16 A continuamente → cabo sobrecarregado → aquecimento → degradação → potencial incêndio.

Acção correctiva: substituir cabo por 2,5 mm² OU reduzir disjuntor para 13 A (que é o limite para cabo 1,5 mm²).

Tabela RTIEBT (simplificada): - Disjuntor 10 A → cabo mínimo 1,5 mm². - Disjuntor 16 A → cabo mínimo 2,5 mm². - Disjuntor 20 A → cabo mínimo 2,5 mm² (apertado, melhor 4 mm²). - Disjuntor 25 A → cabo mínimo 4 mm². - Disjuntor 32 A → cabo mínimo 6 mm².

e) Quadro bloqueável + identificação: CUMPRE.

Razão: - RTIEBT exige que quadros principais sejam bloqueáveis (com chave) para limitar acesso a pessoal habilitado. - Identificação dos circuitos: obrigatória, com etiquetas legíveis ao lado de cada disjuntor. - Boa prática: dossier interno com esquema unifilar plastificado.

Plano de Manutenção — Quadro Eléctrico Industrial

MENSAL (técnico de planta, 15 min): - Inspecção visual externa: poeira, sujidade, sinais de queimadura, calor anormal através das tampas. - Verificar lâmpadas piloto acendem nas posições correctas. - Teste TEST dos DRs: premir botão e verificar disparo. - Re-armar se algum disparou inesperadamente; investigar causa.

TRIMESTRAL (técnico qualificado, 1h, com quadro desligado se possível): - Termografia em carga: identificar pontos quentes anormais nos bornes, contactos, conexões. - Limpeza externa: panos secos, aspirador suave nas grelhas de ventilação. - Verificar identificação dos circuitos (etiquetas legíveis e correctas). - Verificar funcionamento das lâmpadas piloto, comutadores, botoeiras.

SEMESTRAL (técnico habilitado, 2-4h): - 5 regras de ouro + intervenção interna: - Apertar bornes com chave dinamométrica (todos os parafusos accessíveis): - Bornes principais do disjuntor geral. - Bornes de cada disjuntor secundário. - Bornes de contactores. - Réguas de bornes (N, PE). - Limpeza interna com pano seco + aspirador. - Inspeccionar visualmente todas as conexões para sinais de oxidação, queimadura ou degradação.

ANUAL (técnico habilitado, 4-8h, paragem programada): - Procedimentos do semestral +: - Teste de DR com instrumento profissional (Fluke 1664 ou similar): - Corrente real de disparo. - Tempo de disparo. - Verificar conformidade (DR 30 mA deve disparar entre 50-100% do nominal em < 300 ms). - Medição de isolamento (megger 500 V CC): - Entre cada fase e PE. - Entre cada fase e N. - > 1 MΩ obrigatório, > 100 MΩ ideal. - Medição de continuidade do PE (multímetro): - Entre borne PE do quadro e quadro principal: < 0,1 Ω. - Verificação de selectividade (revisão dos calibres e curvas vs alterações na instalação). - Termografia detalhada após restart. - Dossier actualizado: - Histórico de intervenções. - Alterações nas cargas conectadas. - Resultado dos ensaios.

A CADA 5 ANOS (em conformidade com RTIEBT — inspecção periódica): - Inspecção completa por empresa certificada (ICP - Instalações de Consumo Particular). - Relatório de conformidade entregue ao proprietário e arquivado. - Recomendações de correcção se houver não-conformidades.

EM CASO DE AVARIA: - LOTO antes de intervenção. - Diagnóstico sistemático. - Substituição apenas com peças equivalentes ou superiores (mesmo calibre, curva, capacidade de corte). - Documentação da intervenção.

KPIs: - Número de disparos não programados/mês: idealmente 0. - Tempo médio para diagnóstico de problema: < 30 min com termografia disponível. - Conformidade de DRs em teste profissional: 100%. - Custo anual de manutenção: ~3-5% do valor do quadro.

Custo total anual estimado: - Termografia trimestral (4×): 200 € (se interno) ou 600 € (subcontratada). - Manutenção semestral: 8h × 30 € = 240 €. - Manutenção anual: 16h × 30 € = 480 € + peças ocasionais 200 €. - Total: ~1000-1500 €/ano.

Comparação: uma avaria importante (incêndio em quadro mal mantido) custa 5000-50 000 € em substituição + paragem. Manutenção paga-se largamente.

a) Diagnóstico:

1. Confirmar o problema: ver disjuntor que dispara, condições.

2. Verificar dados do disjuntor:

3. Calibre? (ex: 10 A).
4. Curva? (esperado B ou C para iluminação).

5. Marca/idade?

6. Medir corrente do circuito de iluminação:

7. Em funcionamento normal: verificar se está perto do calibre do disjuntor.

8. Em arranque das luzes (ligar todas ao mesmo tempo): pico instantâneo?

9. Inspecção visual:

10. Disjuntor com sinais de calor (descoloração, deformação)?
11. Cabo a aquecer onde se liga ao disjuntor?

12. Cheiro a queimado?

13. Verificar tipo de iluminação:

14. LED moderno com fontes electrónicas: pode ter pico de arranque muito elevado por microssegundos (até 200× nominal por 0,01s) — disjuntor curva B pode disparar.
15. Fluorescente com balastros velhos: cos φ baixo + harmónicas.

16. Halogéneo: pico de arranque ~10× (filamento frio é baixa resistência).

17. Verificar carga real:

18. Quantas luminárias?

19. Adicionaram-se lâmpadas recentemente? (sobrecarga progressiva).

20. Verificar DR (se houver):

21. É o disjuntor que dispara, ou o DR? Cliente pode confundir.

b) Causas mais prováveis:

1. Pico de arranque de LEDs/balastros electrónicos: drivers de LED têm condensadores grandes que se carregam ao ligar → pico muito breve mas elevado → pode disparar disjuntor curva B.

2. Sobrecarga progressiva: adicionaram-se lâmpadas → corrente próxima do nominal → ao ligar todas ao mesmo tempo, pico instantâneo + corrente sustentada → dispara em térmico.

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

4. Cabo defeituoso: resistência localmente alta numa zona danificada → aquecimento → afecta disjuntor próximo termicamente (raro).

5. Disjuntor envelhecido: contactos com fadiga, dispara mais facilmente que novo.

6. Fuga à terra (se for DR): mas cliente diz disjuntor.

c) Solução:

Solução 1 — Trocar para curva C: simples e barata. Resolve 70% dos casos. - Custo: ~15-25 € peça + 30 min instalação.

Solução 2 — Verificar carga e reduzir: se há mesmo sobrecarga, dividir circuito em dois (puxar cabo novo, dividir luminárias) ou substituir lâmpadas por LED de menor consumo.

Solução 3 — Trocar disjuntor (mesma curva mas novo): se velho/avariado.

Solução 4 — Adicionar contactor: em circuito com muitas luminárias, comutar com contactor activado por sinal de baixa potência. Contactor "absorve" o pico.

Solução 5 — Driver com soft-start: substituir LEDs por modelos com driver que tem "inrush limiter" interno.

Recomendação prática: 1. Verificar tipo do disjuntor actual. 2. Se curva B → trocar para C (Schneider iC60N C10 ou ABB S203 C10). ~20 €. 3. Se ainda dispara → calcular carga real vs calibre. 4. Se carga ~ calibre → dividir circuito.

Em 90% dos casos, troca curva B → C resolve.

a) Vantagens da comunicação fieldbus:

1. Monitorização ao vivo:
2. Corrente actual de cada circuito.
3. Tensões, potência, energia consumida.
4. Estado (ligado/desligado/disparado).

5. Histórico de disparos.

6. Diagnóstico remoto:

7. Falha detectada à distância sem necessidade de deslocamento.

8. Causa do disparo identificada (sobrecarga vs curto vs térmico).

9. Optimização energética:

10. Identificar circuitos com consumo anormal.
11. Análise de cargas ao longo do tempo.

12. Detectar fugas de energia (consumo em standby).

13. Manutenção preditiva:

14. Análise de tendências (corrente crescente = degradação).
15. Termografia interna (alguns dispositivos têm sensor de temperatura).

16. Alarmes preventivos antes de falha.

17. Integração com SCADA/BMS:

18. Dashboard centralizado.
19. Alarmes automáticos via email/SMS.

20. Relatórios automáticos (consumo mensal, picos, etc.).

21. Programação flexível:

22. Curvas customizáveis (em disjuntores ajustáveis).
23. Cenários (modo dia/noite, fim-de-semana).
24. Controlo remoto on/off.

b) Aplicações que fazem sentido:

• Indústria 4.0 (fábricas inteligentes): integração total com sistemas MES, IoT.
• Edifícios inteligentes (BMS): hospitais, escritórios, hotéis.
• Data centers: monitorização crítica + redundância.
• Sistemas distribuídos: quadros em múltiplos locais geridos centralmente.
• Aplicações críticas: PTs industriais, subestações, geradores de emergência.

Não justifica: - Residência (custo demasiado alto para o valor). - PMEs com poucos quadros (Excel + termografia ocasional resolve). - Instalações antigas onde retrofit seria muito caro.

c) Cyber-segurança — considerações importantes:

1. Rede isolada: rede industrial deve estar separada da rede de escritório (firewall, VLAN). Não conectar quadros directamente à internet.

2. Passwords fortes: protocolos como Modbus TCP são, na sua versão original, sem autenticação. Usar variantes seguras (Modbus Secure) ou colocar gateways de autenticação.

3. Actualização de firmware: dispositivos comunicantes têm software que precisa de updates periódicos para corrigir vulnerabilidades.

4. Acesso remoto controlado: se há acesso à distância (VPN), usar autenticação forte (2FA), registo de actividade.

5. Defence in depth: múltiplas camadas — não confiar apenas no firewall.

6. Backup de configurações: em caso de ciber-ataque ou avaria, ter backup recente da configuração de cada dispositivo.

7. Plano de resposta a incidentes: o que fazer se sistema for atacado? Quem contactar? Como isolar?

Standards relevantes: - IEC 62443: cybersegurança em sistemas industriais. - NIS2 (UE 2023): directiva para infraestruturas críticas.

Caso real: ataques a sistemas industriais (Stuxnet 2010, Colonial Pipeline 2021) mostraram que segurança eléctrica precisa de cybersegurança a sério. Quadros inteligentes mal protegidos podem ser comprometidos.

Recomendação: para PMEs, optar por funcionalidades de comunicação apenas se há equipa qualificada para gerir cybersegurança. Caso contrário, manter sistema tradicional (mais seguro porque não está exposto a ataques cibernéticos).

1. Comunicação universal (IoT-ready): - Cada disjuntor / DR / contactor com conectividade Ethernet, Profinet, Modbus TCP, IO-Link. - Dispositivos "tipo-LEGO" que reportam dados em tempo real. - Marcas: Schneider PowerLogic, ABB SACE Emax 2, Siemens Sentron PAC.

2. Integração de fontes renováveis: - Disjuntores com função bidireccional (corrente para casa OU para a rede). - Detecção de "ilhamento" (anti-islanding) para painéis solares. - Comutadores automáticos entre rede e gerador/bateria. - Sistemas de armazenamento (V2G — Vehicle to Grid) integrados no quadro.

3. Carregamento de veículos eléctricos (EV): - Disjuntores especiais para wallbox EV (calibres 16-32-63 A monofásico ou trifásico). - Gestão dinâmica de carga (load management) para não sobrecarregar instalação. - Comunicação com EV via OCPP (Open Charge Point Protocol). - Standards: IEC 61851, IEC 62752.

4. Disjuntores de estado sólido (SSCB): - Sem partes móveis — comutação por transístores de potência (SiC, GaN). - Tempo de resposta < 100 µs (microssegundos) vs ms dos electromecânicos. - Vida útil "infinita" (milhões de operações sem desgaste). - Capacidade de limitar corrente em curto (não esperar dispar normal). - Ainda em desenvolvimento, esperado em uso comercial em 2025-2030.

5. Sustentabilidade e economia circular: - Componentes recicláveis (% mínimo de reciclagem na directiva WEEE). - Eficiência energética dos próprios componentes (disjuntores com menor perda em estado conduzindo). - Vida útil prolongada com manutenção preditiva. - Materiais alternativos (livre de zinco, sem mercúrio, sem cromo VI). - Pegada de carbono dos produtos (EPDs — Environmental Product Declarations) cada vez mais visível.

6. Cybersegurança nativa: - Dispositivos com autenticação obrigatória. - Cifragem de comunicações por defeito. - Conformidade IEC 62443-4-2 (certificações). - Resposta a NIS2 e legislação CE.

7. Inteligência artificial em diagnóstico: - Algoritmos analisam padrões de consumo, detectam anomalias. - Previsão de falhas (machine learning). - Optimização energética automática. - Detecção de assinaturas (qual equipamento está a usar electricidade — sem contadores em cada um).

8. Standards globais: - Convergência de normas IEC, IEEE, NEMA. - Compatibilidade universal de componentes (entrar no mercado europeu, americano e asiático com a mesma referência).