Disjuntor CC
Essas chaves mecânicas protegem contra curtos-circuitos e sobrecorrentes em circuitos alimentados com corrente contínua. Elas são projetadas para interromper o fluxo de corrente em sistemas elétricos de corrente contínua no caso de uma falha.
Figura 1 Disjuntor CC
Eles aplicam mecanismos que podem limitar a corrente e também extinguir arcos causados por sobrecorrente. Com isso, o tempo diferencial do circuito é bastante aprimorado.
Disjuntor para noções básicas de CC
Símbolo do disjuntor CC
Usamos esses símbolos principalmente em circuitos elétricos.
Figura 2 Símbolo do disjuntor CC
- Diagrama de fiação do disjuntor CC
No entanto, para um diagrama de fiação, você encontrará uma imagem 3D como esta:
Figura 3 Fiação do disjuntor CC
Função do disjuntor em sistemas CC
Seu nome deixa claro que usamos esse tipo de disjuntores elétricos para proteger sistemas que usam corrente contínua para operar. Esses sistemas têm uma saída de tensão constante, ao contrário dos sistemas CA.
Eles usam uma combinação de princípios magnéticos e térmicos para proteger os sistemas CC. Se a corrente ultrapassar o valor nominal, o disjuntor é disparado usando a proteção térmica.
Ele foi projetado para reter momentaneamente qualquer falha de corrente que ocorra no circuito. Ele também serve para apagar rapidamente qualquer arco provocado por excesso de tensão.
Basicamente, a proteção térmica do disjuntor é uma proteção contra falhas contra qualquer corrente de sobrecarga no sistema. Ao lidar com fortes correntes de falta, o a proteção magnética rápida dispara o disjuntor.
Ter uma corrente constante fluindo nos circuitos CC significa que os contatos devem estar totalmente abertos além de seus limites. Isso é para garantir que o fluxo do excesso de corrente seja totalmente interrompido.
Isso significa que os disjuntores protegem o sistema CC de quaisquer falhas ou curtos-circuitos. Esses curtos-circuitos tendem a ser maiores do que a sobrecarga.
Tipos de disjuntores CC
Disjuntores de supressão de arco CC
Quando se trata de extinguir a supressão de arco, os arcos CC são os mais difíceis. Fornecemos corrente contínua, o que significa que ela é muito estável em um intervalo muito grande.
Para reduzir o efeito de arco elétrico, temos de garantir que o mecanismo de comutação separe os contatos muito rapidamente. Isso deve criar um espaço de ar que, ao ser aberto, extinguirá o arco.
Os contatos do disjuntor precisam ter um movimento extremamente rápido para evitar os mesmos problemas que enfrentam ao abri-los. O fabricante sempre indica as classificações de CC no disjuntor.
Figura 4 Disjuntor de supressão de arco
Qualquer curto-circuito nesse disjuntor significa que a corrente operacional aumenta para se tornar a corrente de curto-circuito. Tudo isso depende da indutância e da resistência dos loops de curto-circuito.
Disjuntor CC de alta velocidade
Esses disjuntores são aplicados principalmente em subestações e unidades de tração. Eles são projetados para cortar a corrente pouco antes de atingir o valor nominal máximo.
Quando ocorre um curto-circuito, o disjuntor é acionado pelo aumento dos níveis de corrente além do valor nominal. Isso faz com que a corrente seja limitada e, por fim, cortada.
Figura 5 disjuntor CC de alta velocidade
Disjuntor de estado sólido CC
Esse disjuntor é um substituto avançado dos disjuntores eletromecânicos. Ele substitui as partes móveis por semicondutores usados no controle de energia com rápida interrupção de corrente.
Com tecnologia de software avançada, eles podem eliminar falhas em segundos após interrupções muito rápidas. Eles são usados principalmente em redes elétricas com sistemas de armazenamento de energia para reduzir o efeito do tempo de inatividade devido a falhas.
Figura 6 Disjuntor de estado sólido CC
Os flashes de arco não ocorrem neles durante as interrupções. Isso ocorre porque não há liberação de energia.
Disjuntor CC de alta tensão
O disjuntor HVDC tem a finalidade exclusiva de proteger a corrente de falha em circuitos CC de alta tensão. É importante observar que a corrente e a tensão nos circuitos CC nunca são zero.
Isso significa que, durante a separação dos contatos, a corrente e a tensão geralmente são muito altas entre eles. Os contatos acabarão superaquecendo devido ao arco elétrico e destruindo o disjuntor.
Para combater isso, introduzimos um circuito de baixa corrente em paralelo com esse disjuntor. Para interromper o circuito, ele criará uma corrente zero artificial no circuito.
Figura 7 Disjuntor CC de alta tensão
Como sabemos que a corrente e o nível de tensão são diretamente proporcionais à intensidade do arco, usamos um circuito externo. Isso interromperá o circuito logo após reduzir a corrente de falha a zero.
Disjuntor magnético CC
Essa é uma forma de dispositivo de proteção contra sobrecorrente. Ele é projetado de tal forma que ímãs em miniatura em seu interior são usados para fechar e abrir os contatos.
Ele é composto por uma bobina de fio fechada que envolve um êmbolo feito de ferro. O êmbolo também tem os contatos fixados nele.
Quando a corrente é introduzida nas bobinas, os contatos são atraídos para elas. Os contatos do solenoide são fechados e abertos com esse mecanismo.
Figura 8 disjuntor magnético de corrente contínua
Quando o valor da corrente nominal é excedido, a alavanca de disparo é acionada por uma atração magnética muito forte. Isso abre o circuito e ele pode ser fechado ao reiniciar a alavanca de disparo depois de remover a sobrecarga.
Disjuntor térmico CC
Ele usa um mecanismo de trava que contém uma tira bimetálica conectada a ele. A tira bimetálica reage ao calor por meio da expansão de seus dois componentes metálicos diferentes em taxas diferentes.
O circuito é aberto quando a tira bimetálica se dobra e se afasta do contato. Seu aquecimento direto vem da corrente do circuito e indiretamente por temperaturas elevadas de altas correntes do circuito.
Para reiniciar o disjuntor usando seu botão de pressão, é necessário deixar a tira bimetálica esfriar. Isso acontece em temperaturas ambientes normais.
Figura 9 Disjuntor térmico de CC
Disjuntor CC termo-magnético
Esse disjuntor aplica dois mecanismos. A proteção contra sobrecarga é obtida por disparo térmico, enquanto o disparo magnético evita curtos-circuitos.
Como alternativa, podemos chamá-los de disjuntores de tempo inverso. Como o nome indica, uma sobrecarga maior reduzirá o tempo de abertura do disjuntor.
O calor é produzido pelo excesso de corrente no caso de uma sobrecarga. O elemento bimetálico capta esse calor e o disjuntor dispara quando sua capacidade é excedida.
No caso de um curto-circuito, o sensor eletromagnético detecta a corrente de falha. Em seguida, ele responde desconectando o circuito.
Disjuntor CC híbrido
Esse disjuntor CC tem três ramificações separadas que são configuradas em paralelo para realizar diferentes tarefas do disjuntor. O primeiro ramo tem um interruptor mecânico usado no transporte da corrente nominal.
Ele também tem contatos feitos de metal que funcionam como disjuntores mecânicos por perdas de condução. O segundo ramo realiza operações de comutação eficientes usando semicondutores.
O único objetivo do terceiro ramo é inibir tensões transitórias. Ele é composto por varistores de óxido metálico (MOV) e também consomem a energia magnética do sistema.
Figura 10 Disjuntor CC híbrido
Número de polos
Disjuntor CC de 2 polos
Ele contém dois polos e protege os circuitos contra curtos-circuitos com a capacidade de isolar cargas. É comumente usado em armazenamento de energia e normalmente posicionado entre inversores e baterias.
Disjuntor CC de 4 polos
Eles são projetados exclusivamente com um polo neutro, enquanto os outros polos fornecem proteção ao circuito. Ele dispara e desconecta todos os polos assim que detecta uma corrente inadequada.
Não é sensível à polaridade, com aplicações em distribuições de fios trifásicos e quadrifásicos. É importante em locais que usam muitos equipamentos elétricos, como hospitais, que exigem proteção.
Mini disjuntor CC/disjuntor miniatura CC
O design do DC MCB é um disjuntor específico que usa corrente contínua. Ele protege o equipamento elétrico contra curtos-circuitos e sobrecorrentes.
Deve-se observar que sua operação e funções são semelhantes às de um MCB CA. Entretanto, as áreas de aplicação são diferentes.
A aplicação dos MCBs CC é principalmente em sistemas que trabalham com corrente contínua, como o sistema solar fotovoltaico (PV). O disjuntor opera em uma faixa de tensão entre 12 e 500V.
O disjuntor tem os símbolos positivo e negativo marcados neles. Além disso, também temos a direção da corrente indicada neles.
Disjuntores de caixa moldada CC
Usamos principalmente o DC MCCB em aplicações que exigem armazenamento de energia. Eles também são a melhor opção para uso em circuitos CC industriais.
Disjuntor de ar CC
Assim como os outros disjuntores, ele oferece proteção contra sobrecorrente e curtos-circuitos em dispositivos elétricos. O mecanismo de proteção consiste principalmente no uso de um jato de ar para limitar os efeitos do arco elétrico.
Seu princípio de funcionamento não é o mesmo dos disjuntores comuns. É estranho, mas dê uma olhada nisso: ele gera uma tensão de arco ao interromper um arco em vez de fornecer uma tensão de alimentação.
A tensão do arco é a menor tensão necessária para sustentar um arco. Uma das maneiras de aumentar a tensão é dividindo o arco em várias séries.
Ele também pode alongar o caminho do arco, aumentando sua resistência. Isso exigirá uma tensão de arco adicional em todo o caminho, aumentando a tensão.
O disjuntor tem dois pares de contato com o contato principal de cobre que transporta a corrente. O outro contato é feito de carbono.
O contato principal é o primeiro a abrir imediatamente, o disjuntor abre enquanto o contato do arco permanece intacto. O arco voltaico começa instantaneamente após a separação dos contatos.
Partes do disjuntor para corrente contínua
Os componentes de vários tipos de disjuntores são basicamente os mesmos.
Vamos dar uma olhada neles em detalhes:
Moldura - Geralmente é muito forte e rígido. Seu principal objetivo é proteger os componentes internos contra os extremos ambientais. Ele também proporciona isolamento.
Alavanca/manípulo - normalmente usado para fechar ou abrir o disjuntor CC. Para disjuntores maiores, os operadores podem usar um processo de duas etapas para proteção.
Contatos - Eles são responsáveis pelo fluxo de corrente quando são conectados. Nos disjuntores para baixa tensão, os contatos estão localizados na câmara que abriga o interruptor de arco.
Extintor de arco - Quando o disjuntor dispara devido a uma falha, ele extingue o arco gerado. Como não é possível evitar a ocorrência de arcos, o melhor que o disjuntor pode fazer é controlá-los.
Unidade de viagem - Quando o curto-circuito ou a sobrecarga é longo, o mecanismo de operação é aberto pela unidade de disparo. Eles podem ser eletrônicos ou operar eletromecanicamente.
Figura 11 Peças do disjuntor CC
Princípio de funcionamento do disjuntor CC
A principal função do disjuntor CC é proteger o circuito contra correntes de falha ou sobrecorrentes. Para isso, ele usa os mecanismos de proteção térmica ou magnética.
Quando há uma sobrecorrente, o disjuntor CC é disparado pela proteção térmica. Isso significa que a corrente elétrica ultrapassou o valor nominal do disjuntor.
Ele tem tiras bimetálicas feitas de dois metais diferentes que se expandem quando aquecidos. A diferença na expansão faz com que a tira bimetálica se dobre e interrompa o contato com o contator.
O mecanismo de proteção térmica só funciona para correntes de sobrecarga. Isso significa que ela excedeu a corrente operacional convencional.
A proteção magnética é usada quando há uma forte corrente de falha no circuito. Ela dispara o disjuntor CC e a ação é rápida e instantânea.
O disjuntor pode ser ligado novamente usando a alavanca ou o botão de alternância. Isso deve ser feito após a retificação da sobrecarga ou do curto-circuito.
Classificação do disjuntor CC
Para escolher um circuito CC adequado, é preciso levar em conta a classificação de tensão total do seu sistema elétrico. Você pode calcular essa classificação considerando a mais alta aplicável de todas as portas.
Ao calcular a tensão, você também precisa considerar como integrará o disjuntor e a distribuição de tensão. A classificação de tensão do disjuntor deve ser suficiente para atender a todas as demandas da aplicação final.
A amperagem do disjuntor também é muito importante em sua classificação. Com base nos requisitos de carga, o disjuntor deve operar a 100%.
No entanto, você pode obter a operação máxima escolhendo um disjuntor com corrente 120% da carga. Isso ajudará a amortecer o calor emitido pelo sistema de energia.
Dimensionamento de disjuntores CC
O dimensionamento de um disjuntor CC pode ser uma tarefa muito difícil. Entretanto, nunca é uma tarefa impossível.
Temos plena consciência de que o tamanho do disjuntor deve ser grande o suficiente para acomodar a corrente de carga necessária. Se o disjuntor for subdimensionado, você corre o risco de causar um incêndio elétrico.
Não se preocupe. Com algumas regras, você pode dimensionar confortavelmente seu disjuntor CC.
São elas:
80% Disjuntor Rule
A regra basicamente diz que você só pode ter 80% da ampacidade nominal da corrente. Vejamos o exemplo de um disjuntor de 40A.
A corrente máxima mais segura que você pode permitir é 32A. Essa medida de segurança evita que o disjuntor queime.
Cálculo de ampères a partir da potência
Todos os dispositivos eletrônicos que você usará têm uma potência nominal indicada. Vejamos o exemplo de uma torradeira de 2000 W.
Como o dimensionamento do disjuntor é baseado em amperes, você precisará converter a potência em amperes. Supondo que sua alimentação seja de 240 V, a corrente será de 2000 W/240 V, o que dá 8,33 A.
Se você não se importar em seguir essas duas regras, calcular o tamanho do disjuntor será muito fácil. Agora, vamos calcular o tamanho do disjuntor usando um exemplo.
Vamos considerar a torradeira de 2000 W que consome 8,33 A. Usando a regra do disjuntor 80%, isso nos dá 8,33A.
Para chegar ao tamanho do disjuntor, usamos um fator de 1,25 e o multiplicamos pelo ampere consumido. Isso coloca o tamanho mínimo do disjuntor em 8,33 A × 1,25 = 10,42 ampères.
Como a ampacidade do disjuntor deve ser de no mínimo 10,42, também podemos usar um disjuntor de 15 Amps. Em resumo, precisaremos de um disjuntor de 15A para a torradeira de 2000W alimentada por 240V.
Dessa forma, podemos chegar manualmente ao tamanho do disjuntor. Entretanto, existem calculadoras dinâmicas modernas que são muito mais rápidas e fáceis.
Se o consumo de ampères for maior, você pode colocar dois disjuntores de 30 ou 50A em paralelo. Isso aumentará a ampacidade total do disjuntor.
Disparo magnético térmico no disjuntor para CC
Caso o valor da corrente nominal seja ultrapassado em um circuito elétrico, o disjuntor é disparado pela proteção térmica. O disjuntor térmico tem tiras bimetálicas, que têm dois metais que se expandem de forma diferente.
O calor do excesso de corrente faz com que a tira bimetálica se dobre e rompa o contato com o contator. Isso interrompe o circuito, cortando o fluxo de corrente.
O disparo é rápido porque o calor gerado pela corrente é excessivo para a tira bimetálica. Esse é o mecanismo de proteção do disjuntor contra correntes de sobrecarga que excedem a corrente de operação.
Disjuntor DC MCB vs. disjuntor em caixa moldada (MCCB)
As abreviações podem ter uma semelhança impressionante, mas não se deixe enganar. Vamos dar uma olhada em algumas de suas diferenças para entender melhor suas aplicações.
Para começar, sua capacidade é o que mais os diferencia. A classificação de corrente dos MCBs é inferior a 100A e sua classificação de interrupção não excede 1800A.
Além disso, na maioria das vezes os aplicamos em circuitos baixos. Isso nos impossibilita de ajustar suas características de disparo.
Por outro lado, podemos ajustar facilmente as características de disparo dos MMCBs. Como os usamos principalmente em aplicações de circuitos altos, eles oferecem uma faixa de ampères de cerca de 10 a 2500A, dependendo da aplicação.
Sua faixa de corrente de interrupção é bastante impressionante, entre 10000 e 200000A. Eles respondem facilmente a comandos remotos para operações do motor.
Disjuntor CC Vs CA
Tanto a corrente contínua quanto a corrente alternada têm os mesmos princípios operacionais, mas a diferença está na corrente elétrica. Ambos usam técnicas de proteção magnética e térmica, mas em correntes diretas e alternadas.
Também vale a pena observar o ponto de extinção de arco em ambos, que é menor nos disjuntores CA. Isso ocorre porque a tensão contínua em CC garante um arco constante que é difícil de interromper.
Consequência? Temos medidas extras de extinção de arco nos disjuntores CC. O arco é prolongado e dissipado para tornar a interrupção muito mais simples.
Ao contrário, os disjuntores CA têm muita facilidade com a interrupção de arco. A vibração de amplitude garante que cada ciclo chegue a zero, onde a interrupção ocorre facilmente.
Aplicações do disjuntor em sistemas CC
- Disjuntor para transmissão de energia CC
Os disjuntores CC de alta tensão oferecem proteção quando a transmissão de energia é feita por longas distâncias. Os terminais necessários para a conversão de CA/CC ou CC/CA custam muito caro e precisam ser protegidos. As correntes de falha podem causar danos a qualquer equipamento conectado, por isso é necessário um disjuntor.
- Disjuntor de motor CC
Os disjuntores protegem os motores elétricos CC com várias aplicações. A maioria deles é automatizada, com tempos de resposta rápidos e circuitos de controle que usam CC. Todos eles exigem um disjuntor CC para proteção.
- Disjuntor solar CC
Os painéis solares geralmente são montados em circuitos em série, que podem ser vários. Todos os circuitos devem ter uma proteção de disjuntor CC, pois eles são muito importantes em todo o circuito.
Como escolher o disjuntor para CC
Você encontrará vários disjuntores CC disponíveis no mercado. Com essas opções, fica mais fácil fazer uma escolha.
No entanto, faça a si mesmo algumas dessas perguntas antes de escolher a mais adequada:
- Qual é a classificação de corrente do dispositivo pretendido?
- Quantos postes são necessários para o seu disjuntor?
- Qual é o requisito de tensão para seu dispositivo?
- Qual é a corrente total de seus circuitos?
- Quais são suas condições operacionais atípicas?
Perguntas frequentes
- Os disjuntores de CA podem ser usados em sistemas de CC?
Quando consideramos os sistemas CA e CC, podemos concluir que o efeito de aquecimento para ambos é o mesmo. Entretanto, para os mesmos valores RMS, eles ainda contêm parâmetros variados.
Tomemos como exemplo uma corrente e uma tensão CA. Seu efeito em um circuito é diferente de uma fonte de alimentação CC com a mesma tensão.
Portanto, é impraticável usar um disjuntor CA em tais circuitos. O mesmo princípio se aplica ao uso de disjuntor CC em circuitos CA.
Agora vamos analisar os fatos em jogo aqui.
Além disso, considerando a mesma fonte de tensão, geralmente os sistemas de CA exigem melhor isolamento em comparação com os de CC.
Basicamente, isso significa que haverá reações diferentes ao avaliar os materiais de isolamento, especialmente quando expostos à tensão nominal e à tensão oposta.
Os disjuntores CC têm um valor constante de corrente, sem frequência.
Consequentemente, a direção não é afetada pela corrente ou tensão. Consequência? Os contatos do disjuntor derreterão mais rapidamente quando o disjuntor CC for usado em um circuito CA.
- Arco voltaico em disjuntores CC vs. em disjuntores CA
Quando aplicamos um disjuntor CC para interromper um circuito, os contatos sofrem um fluxo constante de elétrons. Isso é aprimorado por um impulso da tensão aplicada.
O efeito é a geração de arco. O momento dos elétrons torna esse arco mais forte em comparação com os disjuntores CA.
Além disso, o fornecimento de elétrons nos disjuntores CA tem um fluxo fácil. Você deve ter em mente que o estado instável da corrente e da tensão aplicada.
Isso significa que eles têm uma flutuação de amplitude de pico a pico. Os picos são positivos a zero, depois negativos e voltam a zero.
O resultado é a geração de impulso causada pela distorção da vibração. Isso faz com que o arco gerado em CA seja mais fraco do que o criado em disjuntores CC.
- Disjuntores CC direcionais?
Normalmente, a corrente nos circuitos CC flui em apenas uma direção. Isso significa que o disjuntor CC também precisa ser unidirecional.
Isso garante que o disjuntor só permita o fluxo de carga na direção especificada. Quando invertemos a polaridade, é muito provável que danifiquemos os dispositivos elétricos com sérios problemas de segurança.
Os disjuntores CC são projetados de forma que a corrente possa ser interrompida pela tensão do arco. Isso ocorre quando as correntes são baixas.
