Bloco 1 · Princípios

Por que protecção

Riscos a evitar em circuitos eléctricos:

• Sobrecarga: corrente acima do nominal, causa aquecimento.
• Curto-circuito: corrente muito elevada (centenas-milhares de A).
• Fuga à terra: contacto fortuito → corrente passa pela pessoa.
• Sobretensão: surtos por descargas atmosféricas ou comutações.
• Subtensão: motores podem queimar com tensão baixa.
• Falta de fase: motores trifásicos queimam.

Hierarquia de protecção

Rede ── Disjuntor geral ── DR geral
                            │
                            ├── Disjuntor secundário 1 + DR
                            │      │
                            │      └── Carga 1 (tomadas)
                            │
                            ├── Disjuntor secundário 2
                            │      │
                            │      └── Carga 2 (iluminação)
                            │
                            └── Disjuntor secundário 3
                                   │
                                   └── Motor ── Relé térmico ── M

Selectividade: falha numa carga não afecta as outras.

Bloco 2 · Disjuntores

Tipos

• Magnetotérmico: standard universal. Protege contra sobrecarga (térmico, lento) + curto-circuito (magnético, rápido).
• Magnético puro: apenas curto-circuito. Para protecção a montante de outras protecções.
• Térmico: apenas sobrecarga. Standard antigo.
• Motor protection circuit breaker (MPCB): combina disjuntor + relé térmico ajustável.

Curvas de disparo

Norma IEC 60898:

• Curva B: disparo magnético a 3-5× I_n. Iluminação, aquecimento (sem picos).
• Curva C: 5-10× I_n. Standard residencial e comercial. Tomadas, equipamentos com pequeno pico.
• Curva D: 10-20× I_n. Motores, transformadores. Suporta picos elevados de arranque.
• Curva K, Z: especiais para electrónica e sensores.

Calibres e capacidades

Calibre (I_n): corrente nominal. Standards (A): 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125...

Capacidade de corte (Icc): corrente máxima que disjuntor consegue cortar sem destruir-se. Standards:

• 4,5 kA: residência rural.
• 6 kA: residência urbana (RTIEBT mínimo).
• 10 kA: pequeno comercial.
• 25 kA: industrial.
• 50 kA: grande industrial.

Escolher Icc ≥ corrente de curto-circuito presumida no ponto de instalação.

Marcas

Standard mundial:

• Schneider Electric (Merlin Gerin) — iC60, NSX.
• ABB — S200, S203, Tmax.
• Siemens — 5SY.
• Legrand.
• Hager.

Refs comuns Schneider:

• iC60N C16 — disjuntor 16A curva C, 6 kA, 1 pólo.
• iC60H D40 — disjuntor 40A curva D, 10 kA, 1 pólo (motor).

Bloco 3 · Diferenciais (DR/RCD)

Princípio

Soma das correntes entrada/saída deve ser zero. Se houver fuga (corrente passa pela pessoa ou para a terra), DR detecta o desequilíbrio e abre o circuito.

Linha:  I_L ──→
Neutro: I_N ←──   I_L - I_N = 0 (normal)
                  I_L - I_N = I_fuga (anormal)

Se I_fuga > setpoint do DR → dispara.

Sensibilidades

• 300 mA: protecção de equipamento (incêndio). Quadros gerais industriais.
• 30 mA: protecção de pessoas. Obrigatório em circuitos de tomadas (RTIEBT).
• 10 mA: protecção em zonas críticas (hospitais, áreas húmidas).
• 6 mA: zonas médicas críticas (sala cirúrgica).

Mais baixa sensibilidade = mais protectora mas mais propensa a disparos espontâneos.

Tipos por forma de onda

• AC: detecta apenas corrente alternada sinusoidal pura. Standard básico.
• A: detecta CA + corrente pulsante CC. Para circuitos com electrónica simples.
• B: detecta CA + CC pulsante + CC pura. Necessário em circuitos com VFD (variadores), inversores fotovoltaicos.
• F: para circuitos com VFD modernos (frequência variável). Sub-tipo de B.

Diferencial vs disjuntor

Diferentes funções:

• Disjuntor: protege contra sobrecarga e curto-circuito. Olha para a magnitude da corrente.
• DR: protege contra fuga à terra. Olha para o equilíbrio entre fase e neutro.

Idealmente em série:

Linha ── Disjuntor magnetotérmico ── DR ── Carga

Ou em equipamento combinado: DR-MGT (disjuntor diferencial magnetotérmico).

Bloco 4 · Contactores

Princípio

Relé robusto para potência (motores, aquecedores, iluminação grande):

• Bobina (24V, 230V, etc.) atrai núcleo magnético.
• Núcleo fecha contactos principais (potência) + auxiliares (comando).

A1 ────┐
        │  Bobina
A2 ────┘
       
13       23     L1   L2   L3
│  │ │ │  │      │    │    │
14       24     T1   T2   T3
  contactos aux   contactos principais

Categorias de uso (IEC 60947-4-1)

• AC1: cargas resistivas (aquecimento). Aplica I nominal.
• AC2: motores de anéis (slip ring). Raro hoje.
• AC3: motores gaiola em arranque normal. Standard industrial.
• AC4: motores com comutação frequente, inversão de marcha, paragem antes da velocidade nominal. Reduzir corrente.
• AC23: cargas mistas industriais.

Mesmo contactor pode ter calibre diferente em AC1 vs AC3 (porque AC3 tem pico de arranque).

Dimensionamento

Para motor 5,5 kW @ 400V:

• I_n motor ≈ 11 A.
• Categoria AC3.
• Contactor: I_nominal AC3 ≥ I_motor.
• Escolher: Schneider LC1D12 (12A AC3 = motor 5,5 kW), ou Schneider LC1D18 (18A AC3 = motor 7,5 kW) com margem.

Tensão da bobina: 24V CC standard moderno (do PLC), 230V CA em sistemas antigos.

Vida útil

• Mecânica: 10 milhões de operações (bobina pode disparar sem problemas).
• Eléctrica: 1-3 milhões dependente da carga (contactos sofrem desgaste com cada comutação).

Em sistemas com comutação muito frequente (compressores que arrancam várias vezes por hora), considerar soft-starter ou VFD para reduzir desgaste.

Bloco 5 · Relés de protecção

Relé térmico

Para motor: protege contra sobrecarga.

Princípio: 3 bobinas (uma por fase) com lâmina bimetálica. Corrente aquece → lâmina dobra → contacto NC abre → desliga contactor.

• Ajustável: 0,9-1,05 × I_motor (configurar para corrente real).
• Curva tipo "inverse time": disparo mais rápido a correntes mais altas.
• Classe de disparo (IEC 60947-4):
  • Classe 10: standard.
  • Classe 20, 30: motores com arranque longo (compressores, britadores).

Outros relés

• Relé térmico electrónico: equivalente moderno com display digital e configuração precisa.
• Relé de sub/sobretensão: dispara se U fora de gama.
• Relé de falta de fase: dispara se uma das 3 fases falha.
• Relé de sequência de fases: detecta inversão (motor rodaria ao contrário).
• Relé de desbalanceamento: dispara se desequilíbrio > setpoint.

Em sistemas modernos: tudo integrado num MPCB ou smart relay (com comunicação Profibus/Profinet).

Bloco 6 · Selectividade

Princípio

Em caso de falha, apenas a protecção mais próxima da falha dispara — as outras a montante permanecem fechadas.

Disjuntor geral (mantém aceso) ── Disjuntor secundário (DISPARA) ── Falha

Sem selectividade: falha numa tomada apaga toda a casa.
Com selectividade: só essa tomada fica sem corrente.

Como obter selectividade

1. Calibre: disjuntor a montante deve ter calibre ~2-3× superior ao a jusante.
2. Curva: a montante curva D, a jusante curva C — disjuntor a montante "espera" mais tempo.
3. Temporização: disjuntores industriais com função "Selective" têm atraso intencional.
4. Tipo: combinar disjuntores com fusíveis (fusível é muito rápido em curto, disjuntor é mais lento).

Selectividade total: garantida em todos os tipos de falha (sobrecarga, curto).
Selectividade parcial: apenas em sobrecarga; em curto-circuito, ambos podem disparar.

Estudo de selectividade

Em projecto industrial:

• Software (ETAP, SKM PowerTools, DOC Schneider).
• Calcular correntes de curto-circuito em cada ponto.
• Verificar coordenação entre protecções.
• Curvas tempo-corrente sobrepostas — não devem cruzar-se.

Em residencial: selectividade calibre-curva suficiente em 90% dos casos.

Bloco 7 · Comando

Local vs à distância

Comando local:

• Botoeira no quadro ou perto da máquina.
• Standard simples.
• Operador no local.

Comando à distância:

• PLC + HMI numa sala.
• Pode comandar máquinas em outras zonas.
• Standard industrial moderno.
• Permite supervisão centralizada.

Comando misto (mais comum):

• Local para emergência e operação directa.
• À distância para automação e supervisão.

Botoeiras

Tipos:

• NO (Normally Open): contacto fecha ao premir. Para iniciar acções (START).
• NC (Normally Closed): contacto abre ao premir. Para parar acções (STOP).
• Comutador: 2 ou mais posições estáveis.
• Cogumelo de emergência: vermelho, latch, libertado por rotação.
• Selector com chave: ativar/desativar modos com chave física.

Standard: Schneider XB7 (modular), Telemecanique, Pizzato, Allen-Bradley.

Esquema clássico arranque motor

F1 ── S0(NC) ─┬─ S1(NO) ─┬─ KM1.A1
              │           │
              │   KM1.aux(NO)  (auto-retenção)
              │           │
              │       F_t.NC
              │           │
              └───────────┴── KM1.A2 ── N

S0 = paragem (NC)
S1 = arranque (NO)
KM1.aux = contacto auxiliar do contactor (auto-mantém)
F_t = relé térmico (NC)