Classificação do Disjuntor | Corrente de Interrupção e Fecho de Curto-Circuito
A classificação de um disjuntor inclui:
Corrente de ruptura de curto-circuito nominal.
Corrente de fechamento de curto-circuito nominal.
Sequência operacional nominal do disjuntor.
Corrente de curto prazo nominal.
Corrente de Ruptura de Curto-Circuito do Disjuntor
Esta é a corrente de curto-circuito máxima que um disjuntor (CB) pode suportar antes de ser finalmente limpo pela abertura de seus contatos.
Quando uma corrente de curto-circuito flui através de um disjuntor, há tensões térmicas e mecânicas nas partes condutoras do disjuntor. Se a área de contato e a seção transversal das partes condutoras do disjuntor não forem suficientemente grandes, pode haver a chance de danos permanentes na isolação, bem como nas partes condutoras do CB.
De acordo com a lei de Joule, o aumento da temperatura é diretamente proporcional ao quadrado da corrente de curto-circuito, à resistência de contato e à duração da corrente de curto-circuito. A corrente de curto-circuito continua a fluir através do disjuntor até que o curto-circuito seja limpo pela operação de abertura do disjuntor.
Como a tensão térmica no disjuntor é proporcional ao período de curto-circuito, a capacidade de ruptura do disjuntor elétrico depende do tempo de operação. A 160oC, o alumínio fica macio e perde sua resistência mecânica, esta temperatura pode ser considerada como o limite de aumento de temperatura dos contatos do disjuntor durante o curto-circuito.
Portanto, a capacidade de ruptura de curto-circuito ou corrente de ruptura de curto-circuito do disjuntor é definida como a corrente máxima que pode fluir através do disjuntor desde o momento em que ocorre o curto-circuito até o momento em que o curto-circuito é limpo, sem qualquer dano permanente no CB.
O valor da corrente de ruptura de curto-circuito é expresso em RMS.
Durante o curto-circuito, o CB não está sujeito apenas a tensões térmicas, mas também sofre seriamente de tensões mecânicas. Portanto, ao determinar a capacidade de curto-circuito, a resistência mecânica do CB também é considerada.
Assim, para escolher um disjuntor adequado, é óbvio determinar o nível de falha no ponto do sistema onde o CB será instalado. Uma vez que o nível de falha de qualquer parte da transmissão elétrica seja determinado, é fácil escolher o disjuntor com a classificação correta para essa parte da rede.
Capacidade Nominal de Fechamento de Curto-Circuito
A capacidade de fechamento de curto-circuito do disjuntor é expressa em valor de pico, não em valor RMS, como a capacidade de ruptura. Teoricamente, no instante em que ocorre uma falha no sistema, a corrente de falha pode aumentar para o dobro do seu nível simétrico de falha.
No instante em que um disjuntor é ligado em condições de falha do sistema, a parte de curto-circuito do sistema conectada à fonte. O primeiro ciclo da corrente durante o circuito é fechado pelo disjuntor, tem amplitude máxima. Esta é aproximadamente o dobro da amplitude da forma de onda da corrente de falha simétrica.
Os contatos do disjuntor têm que suportar este valor máximo de corrente durante o primeiro ciclo da forma de onda quando o disjuntor é fechado sob falha. Com base neste fenômeno mencionado acima, um disjuntor selecionado deve ter uma capacidade de fechamento de curto-circuito nominal.
Como a corrente nominal de fechamento de curto-circuito do disjuntor é expressa em valor de pico máximo, ela sempre é maior que a corrente nominal de ruptura de curto-circuito do disjuntor. O valor normal da corrente de fechamento de curto-circuito é 2,5 vezes maior que a corrente de ruptura de curto-circuito. Isso é verdade tanto para disjuntores de controle padrão quanto remoto.
Sequência Operacional Nominal ou Ciclo de Trabalho do Disjuntor
Esta é a exigência de trabalho mecânico do mecanismo operacional do disjuntor. A sequência de dever operacional nominal de um disjuntor foi especificada como:
Onde, O indica a operação de abertura do CB.
CO representa o tempo de operação de fechamento, que é imediatamente seguido por uma operação de abertura, sem qualquer atraso intencional.
t’ é o tempo entre duas operações, necessário para restaurar as condições iniciais e/ou evitar o aquecimento excessivo das partes condutoras do disjuntor. t = 0,3 segundos para o disjuntor destinado ao primeiro recolocamento automático, se não for especificado de outra forma.
Suponha que o ciclo de dever nominal de um disjuntor seja:
Isso significa que uma operação de abertura do disjuntor é seguida por uma operação de fechamento após um intervalo de 0,3 segundos, e então o disjuntor abre novamente sem qualquer atraso intencional. Após esta operação de abertura, o CB é novamente fechado após 3 minutos e, em seguida, dispara instantaneamente sem qualquer atraso intencional.
Corrente de Curto Prazo Nominal
Este é o limite de corrente que um disjuntor pode suportar com segurança por um certo período específico sem nenhum dano. Os disjuntores não limpam a corrente de curto-circuito assim que ocorre uma falha no sistema. Sempre existem atrasos intencionais e não intencionais entre o instante de ocorrência da falha e o instante de limpeza da falha pelo CB.
Este atraso é devido ao tempo de operação dos relés de proteção, tempo de operação do disjuntor e também pode haver algum atraso intencional imposto no relé para a coordenação adequada da proteção do sistema de energia. Mesmo que um disjuntor falhe em disparar, a falha será limpa pelo próximo disjuntor posicionado mais alto.
Neste caso, o tempo de limpeza da falha é mais longo. Portanto, após a falha, um disjuntor tem que suportar o curto-circuito por certo tempo. A soma de todos os atrasos não deve ser superior a 3 segundos; portanto, um disjuntor deve ser capaz de suportar uma corrente de falha máxima por pelo menos esse período curto de tempo.
A corrente de curto-circuito pode ter dois principais efeitos dentro de um disjuntor.
Devido à alta corrente elétrica, pode haver alta tensão térmica na isolação e nas partes condutoras do CB.
A alta corrente de curto-circuito produz tensões mecânicas significativas em diferentes partes condutoras do disjuntor.
Um disjuntor é projetado para suportar essas tensões. Mas nenhum disjuntor tem que suportar uma corrente de curto-circuito por mais tempo do que a corrente especificada por um período curto. A corrente de curto prazo nominal de um disjuntor é pelo menos igual à corrente nominal de ruptura de curto-circuito do disjuntor.
Tensão Nominal do Disjuntor
A tensão nominal do disjuntor depende de seu sistema de isolamento. Para sistemas abaixo de 400 kV, o disjuntor é projetado para suportar 10% acima da tensão nominal do sistema. Para sistemas iguais ou superiores a 400 kV, o isolamento do disjuntor deve ser capaz de suportar 5% acima da tensão nominal do sistema.
Isso significa que a tensão nominal do disjuntor corresponde à tensão máxima do sistema. Isso ocorre porque, durante condições de carga nula ou pequena, o nível de tensão do sistema de energia é permitido subir até a tensão nominal máxima do sistema.
Um disjuntor também está sujeito a outras duas condições de alta tensão.
Desconexão súbita de grande carga por qualquer outro motivo, a tensão imposta no CB e também entre os contatos quando o CB está aberto, pode ser muito alta em comparação com a tensão nominal do sistema. Essa tensão pode ser de frequência de linha, mas não permanece por muito tempo, pois essa situação de alta tensão deve ser limpa pelo equipamento de proteção.
Mas um disjuntor pode ter que suportar essa tensão de frequência de linha durante sua vida útil normal.
O disjuntor deve ser classificado para suportar a tensão de frequência de linha por um tempo específico. Geralmente, o tempo é de 60 segundos. Fazer a capacidade de suportar a tensão de frequência de linha por mais de 60 segundos não é econômico e não é desejável na prática, pois todas as situações anormais do sistema de energia elétrica são definitivamente limpas em um período muito menor do que 60 segundos.Assim como outros aparelhos conectados ao sistema de energia, um disjuntor também pode enfrentar impulsos de raio e impulsos de chaveamento durante sua vida útil.
O sistema de isolamento do CB e a lacuna de contato de um CB aberto devem suportar essas formas de onda de tensão de impulso. A amplitude desta perturbação é extremamente alta, mas transitória. Portanto, um disjuntor é projetado para suportar essa tensão de pico de impulso apenas por microsegundos.
