sexta-feira, 7 de fevereiro de 2020

Escola Ibest



Convidamos todos vocês, alunos ou amigos da Ibest Escola a comparecerem no nosso evento dos projetos de conclusão dos nossos alunos dos cursos de eletrotécnica e mecânica.
Venha conhecer nossos cursos profissionalizantes e tenha a oportunidade de entrar no mercado de trabalho.

🎓 Projeto de Conclusão
🗓 Dia: 19/02
🕕 Horário: 18h

📱 (21) 3890-3814 | (21) 980571755 (WhatsApp)
📍 Rua Francisco Manoel,172A - Benfica - Na Rua do HCE e ao lado da estação de trem e metrô Triagem.
 — em Ibest Escola.


Estarei presente, com certeza. Acho essa iniciativa, muito válida. É uma oportunidade dos alunos mostrarem os conhecimentos adquiridos durante o curso. Parabéns a escola pela iniciativa.

quarta-feira, 9 de outubro de 2019

Redes Elétricas

1. Como denominamos os transformadores que alimentam uma rede em baixa tensão a partir de uma rede em alta tensão?
(  ) Transformador interligador. 
(  ) Transformador de distribuição. 
(  ) Transformador de carga. 
(  ) N.R.A. 

2. Como denominamos as UHE que reaproveitam a água utilizada durante a geração de energia? 
(  ) Grande potência. 
(  ) Reversível, 
(  ) Acumulação. 
(  ) Fio d'água. 

3. Analise as sentenças e assinale F para falsa e V para verdadeira:
(  ) A finalidade das esferas alaranjadas nas LT é a sinalização para aeronaves. 
(  ) O efeito joule é responsável pela corrosão das partes metálicas de uma LT. 
(  ) Turbina Pelton é apropriada para regiões montanhosas, 
(  ) Cogeração é o sistema de obtenção de energia elétrica, mecânica e térmica através de um único combustível. 

4. Como denominamos a SE aonde todos os equipamentos ficam dentro de um compartimento fechado?
(  ) Abrigada, 
(  ) Aérea. 
(  ) Interligadora. 
(  ) Compacta. 

5. Assinale a opção que não corresponde a um dos meses do período úmido: 
(  ) Dezembro. 
(  ) Abril. 
(  ) Janeiro, 
(  ) Maio. 


6. Qual a forma de geração de energia mais utilizada no Brasil? 
(  ) Termonuclear. 
(  ) Termelétrica. 
(  ) Hidrelétrica. 
(  ) Eólica. 

7. Como denominamos a sobretensão acompanhada de uma subtensão repentinas em urna rede elétrica? 
(  ) Spike. 
(  ) Flicker. 
(  ) Distorção da forma de onda. 
(  ) Black-out. 

8. Analise as sentenças e assinale F para falsa e V para verdadeira: 
(  ) O cabo mais fino de fica na parte mais alta de uma linha de transmissão é um tipo de para-raios. 
(  ) O efeito corona é responsável pela corrosão das partes metálicas de uma LT. 
(  ) Turbina Bulbo é apropriada para regiões montanhosas. 
(  ) Cogeração é o sistema de obtenção de energia elétrica, mecânica e térmica através de um único combustível. 

9. Como denominamos o intervalo compreendido por três horas consecutivas, onde a demanda contratada não pode ser ultrapassada para evitar o pagamento da demanda de ultrapassagem? 
(  ) Horário de ponta. 
(  ) Demanda. 
(  ) Tarifa binômia. 
(  ) Potência. 

10. Qual tarifa é obrigatória para consumidores alimentados por uma rede em 138kV? 
(  ) Horossazonal verde. 
(  ) Horossazonal azul. 
(  ) Convencional. 
(  ) Bandeira branca.

terça-feira, 1 de outubro de 2019

Proteção Elétrica

ESQUEMA GERAL DE PROTEÇÃO ELÉTRICA INDUSTRIAL

A figura 1 mostra o "esquema geral da sequência dos elementos de proteção em uma instalação elétrica industrial. 

Notem que no "topo" da rede, isto é, na posição mais próxima a rede elétrica temos o fusível e, então, segue o disjuntor (e, em alguns casos, o relé térmico). 

Essa concepção, apesar de clássica, pode apresentar variações (previstas em norma) dependendo de cada caso. Há projetos que utilizam apenas disjuntores, por exemplo. 

A estrutura proposta pela figura 1, entretanto, pode ser entendida através da filosofia de funcionamento de cada elemento protetor. Particularmente, eu classifico as proteções em duas grandes categorias: proteção tipo fusível, e proteção tipo disjuntor. 

Os fusíveis são proteções desenvolvidas para atuar na corrente de curto-circuito, já as proteções termomagnéticas (disjuntores, reles, etc.) para atuar na corrente de sobrecarga. 

"Mas qual a diferença entre corrente de curto-circuito e de sobrecarga?" 

Definimos como corrente de curto-circuito aquela cuja amplitude tende ao infinito, e é provocada pelo curto-circuito entre fases, entre fase e neutro, ou entre fase e terra. 

Nessa situação a linha sob energia tende a diminuir sua tensão para zero volt, visto que a impedância de curto-circuito também aproxima-se de zero ohms. 

Em uma instalação cuja corrente nominal seja 10 A, por exemplo, a corrente de curto-circuito pode atingir instantaneamente vários kA (quiloampéres).

O elemento limitador da corrente de curto-circuito, por sua vez, é o fusível.

Ao contrário da corrente de curto-circuito, a corrente de sobrecarga raramente compromete a ddp (diferença de potencial) na linha de alimentação. Quando isso ocorre, entretanto, a queda de tensão dificilmente ultrapassa 10% da tensão nominal. Outra diferença é que a corrente de sobrecarga não tende ao infinito, porém, ela pode atingir valores que danifiquem tanto a carga como a instalação. É para esse tipo de sobrecarga que as proteções termomagnéticas foram desenvolvidas. 

Pode parecer óbvio, mas é comum técnicos e engenheiros confundirem-se nesses conceitos, principalmente quanto ao papel do fusível. 

Por várias vezes já presenciei "especialistas" no ramo reclamarem que determinado fusível fora mal dimensionado, pois, somente "abriu" após a queima de um semicondutor em um equipamento. 

Ora, é exatamente esse o papel do fusível do tipo convencional. Ele somente se abrirá após alguma anomalia ter ocorrido, por exemplo, um semicondutor em curto-circuito. 

"Mas, então, qual a sua função?" 

A função do fusível convencional é proteger a instalação, e não a carga. 

Aproveitando o mesmo exemplo citado acima, caso não houvesse fusível, não somente o semicondutor estaria danificado após o curto, mas também toda a PCl (placa de circuito impresso), cabos, fios e "sabe-se mais lá o quê". Como o fusível abriu, o dano restringiu-se ao componente com defeito. Conforme veremos mais adiante, existem tipos especiais de fusíveis destinados à proteção de semicondutores. 

FUSÍVEIS 

Quando tratamos sobre qualquer assunto referente a instalações elétricas em baixa tensão, temos de fazê-lo segundo a norma NBR 5410 da ABNT. Para isso, vamos a alguns conceitos fundamentais determinados pela NBR antes de partirmos para o estudo das proteções. 

a) Definições: 

- Sobrecorrente: corrente cujo valor excede o valor nominal. Para condutores, o valor nominal é a capacidade de condução de corrente. 

- Corrente de sobrecarga: sobrecorrente em um circuito, sem que haja falta elétrica. 

- Corrente de curto-circuito: sobrecorrente que resulta de uma falta. de impedância desprezível, entre condutores vivos que apresentam uma diferença de potencial em funcionamento normal. 

- Condutores vivos: todo condutor pelo qual circula corrente. O neutro, portanto, é considerado um condutor vivo.

b) Determinações: 

-Todos os condutores vivos devem ser protegidos por um ou mais dispositivos de seccionamento automático contra sobrecargas e contra curto-circuitos. 

* CUIDADO! Essa determinação da NBR 5410 é um procedimento que visa apenas a proteção dos condutores. o que não garante necessariamente a proteção dos equipamentos ligados a esses condutores.

- A norma brasileira permite o seccionamento do neutro (em alguns países essa prática é obrigatória), portanto, no Brasil a decisão de seccionamento do neutro é do profissional responsável pelo projeto de instalação. Caso ele decida seccioná-lo, porém, dois pontos devem ser obedecidos: 

1 - O condutor neutro só pode ser seccionado por dispositivo multipolar, isto garante que esse condutor nunca será seccionado antes dos condutores fase, nem restabelecido após. 

2 - O condutor PEN, condutor com função de neutro e de proteção, frequentemente e erroneamente chamado de neutro, nunca pode ser seccionado.


- Na condição de sobrecarga os dispositivos de proteção devem interromper a corrente antes que esta possa provocar um aquecimento prejudicial à isolação, às ligações, aos terminais ou às vizinhanças das linhas. Para a condição de curto-circuito a norma estabelece que devem ser previstos dispositivos de proteção para interromper toda a corrente de curto-circuito nos condutores, de forma a evitar que os efeitos térmicos e dinâmicos da corrente prevista possam causar danos aos condutores e/ou outros elementos do circuito.

Agora, que já conhecemos as principais diretrizes da norma NBR 5410 quanto ao aspecto proteção, vamos analisar a estrutura do primeiro dispositivo protetor: o fusível. 

Os primeiros estudos aprofundados sobre o processo de fusão como técnica de proteção foram feitos pela Siemens, na Alemanha. em 1930. Essa empresa desenvolveu um fusível de valor real e prático e foi patenteado com o nome de "diazed". ''Dia" derivado da palavra ''diametrisch" (diametral), ''Z" da palavra alemã ''z weiteilig" = bi-partido (fusível e tampa rosqueada) e "ed" significando ''rosca Edson". Podemos ver a aparência desse componente, bem como sua base, na figura 2.

A figura 3 exibe o fusível Diazed em corte. Note que o corpo de porcelana abriga dois fios: o condutor principal, cujo meio é de secção mais fina (essa técnica permite que o arco voltaico formado pela interrupção da corrente fique o mais longe possível das extremidades do componente); e um fio fino que segura a "espoleta" indicadora. Uma vez que o condutor principal funde-se, o fio fino também (visto que toda corrente circula por ele agora), liberando uma pequena "espoleta" de indicação de fusível queimado. Internamente, o fusível Diazed é preenchido com areia para que o arco-voltaico seja extinto o mais rápido possível. 


Podemos encontrar dois tipos de fusível Diazed: rápido e retardado. 

O fusível rápido é indicado para cargas resistivas convencionais (lâmpadas, fornos, etc.). e o retardado para circuitos de proteção para motores elétricos. Os motores elétricos consomem na sua partida até dez vezes mais corrente que a nominal de trabalho, porém, esse pico é transitório e normal, e acaba tão logo a inércia de partida seja vencida. Caso utilizássemos fusíveis rápidos como elementos protetores de motores, esses queimariam de imediato logo na partida. 

O fusível retardado desloca sua curva de atuação tempo-corrente de modo a preservar sua integridade no instante da partida. A figura 4 mostra a comparação entre duas curvas, uma de fusível rápido e a outra de retardado. Vejam que, embora com os mesmos valores limítrofes, a curva corrente-tempo do fusível rápido é bem mais inclinada que a do retardado. O controle da inclinação da curva corrente-tempo é feita através da geometria e tratamento do elemento fusível.


A figura 5 apresenta algumas construções dos elementos fusíveis através da técnica dos 'furos múltiplos". Observem que o maior diâmetro dos furos sempre está na região central cio elemento, região na qual deve ocorrer a fusão. 

Os elementos fusíveis retardados recebem um adicional de "matéria ativa" aplicada no centro do elemento fusível: um pouco de estanho (figura 6). Essa técnica desloca sua curva de atuação.

TEMPO DE INTERRUPÇÃO

O tempo total necessário à interrupção de corrente é maior do que o tempo requerido apenas para a fusão do elemento fusível.

A figura 7 ilustra o exemplo das etapas do processo de interrupção. Notem que, para que haja a total interrupção da corrente, o elemento tem de se fundir por completo, e o arco-voltaico formado ser extinto. Portanto, o tempo de interrupção é a soma do tempo de fusão e do tempo de extinção do arco.

Os fusíveis tipo rápido ainda são incapazes de proteger semicondutores. Embora com a denominação "rápido", um semicondutor reage com uma velocidade muito maior do que um fusível. Existe, entretanto, outra categoria de fusíveis: os ultra-rápidos. Normalmente, esses dispositivos são iguais em aparência aos Diazeds convencionais, porém, com atuação rápida o suficiente para proteger semicondutores de potência (SCRs. TRIACs, IGBTs, etc.).

O pessoal da manutenção deve tomar cuidado ao substituir fusíveis tipo Diazed, pois esses tem o mesmo aspecto dos "silized" (ultra-rápidos), porém, como são de resposta mais lenta, podem comprometer a integridade do equipamento em questão. Portanto, leia com atenção as descrições do componente no seu invólucro (rápido, retardado, ou ultra-rápido).



FUSÍVEIS DE ALTA CAPACIDADE

Geralmente, os fusíveis tipo Diazed são elementos de baixa a média capacidade de ruptura. Isso significa que um elemento protetor dessa natureza não deve ser empregado em circuitos cuja corrente nominal ultrapasse os 125 A, e a de curto-circuito 40 kA. 

Para sistemas de potência acima dessas utiliza-se um outro tipo de fusível: o NH. 

O fusível NH (também conhecido como fusível ''faca", ou de "lâmina") pode operar com correntes nominais da ordem da 1000 A. e curto-circuito de até 250 kA. 

A característica desse fusível é o fato de seu elemento fusível estar inteiramente protegido (figura 8). Assim como o Diazed. os elementos fusíveis do NH também são constituídos por furos múltiplos (figura 9). 

Normalmente, esses fusíveis possuem um indicador de queima que funciona da mesma forma que o Diazed. Alguns fusíveis NH vêm montados diretamente sobre a chave seccionadora da instalação. Além de maior capacidade de ruptura, o fusível NH é de efeito retardado exclusivamente. 




TIPOS DE FUSÍVEIS 

Conforme já dissemos anteriormente, a proteção clássica para curto-circuito é o fusível e para sobrecorrentes o disjuntor. Com o avanço tecnológico, porém, novos dispositivos surgiram e, atualmente, podemos encontrar fusíveis que atuam na sobrecorrente. e disjuntores que atuam no curto-circuito. 

Essa nova "tendência" fez com que a norma se adaptasse, permitindo a proteção composta por apenas um dispositivo. Claro que esse dispositivo deve garantir, simultaneamente. a proteção contra os curtos e sobrecargas. Por essa razão podemos encontrar várias instalações protegidas apenas por disjuntores (ou fusíveis). 

A normalização internacional (IEC 60269) e a nacional (NBRs 11840 e 11849), então, definem três tipos de fusíveis: gG para proteção de circuitos contra correntes de sobrecargas e de curto-curcuito; gM e aM, que atuam apenas como proteção contra curto-circuito. Esses dois últimos, geralmente, são empregados para proteção de motores, onde a proteção de sobrecarga (sobrecorrente) é feita pelo relé térmico. 

A figura 10 mostra as curvas tempo-corrente dos fusíveis gG e aM.


Os valores típicos de fusíveis e disjuntores em baixa tensão são: 6. 10. 13. 16, 20, 25. 32. 40, 50. 63. 80, 100, e 125 A (fusíveis de baixa capacidade): e de 150 A a 1kA (fusíveis de alta capacidade). 

A figura 11 exibe as zonas de fusão e de não-fusão para fusíveis gG e gM. A corrente convencional de não-fusão (Inf) é o valor da corrente que o fusível pode suportar por um tempo determinado, sem se fundir. A corrente de fusão é o valor de corrente que assegura a fusão do elemento fusível antes de ocorrido o tempo convencional. 


Vamos a um exemplo prático. 

Seja. um fusível de 80 A (tipo gG ou gM) conduzindo uma corrente de 1.25 In (isto é, 100 A), ele não deve se fundir antes de 2 horas. Porém. caso circule uma corrente equivalente a 1,6 In (128 A), ele deve se fundir em. no máximo, 2 horas, vide tabela 1. 


DISJUNTORES 

Os disjuntores são dispositivos de proteção que podem operar segundo três princípios: térmicos, magnéticos, ou eletrônicos. A grande maioria deles é termomagnético. ou seja, atua segundo duas grandezas. 

O acionamento magnético do dispositivo atua nas condições de curto-circuito, e o térmico nas condições de sobrecorrente. Um disjuntor termomagnético, portanto, protege a instalação contra curtos e sobrecargas. Existem modelos no mercado, entretanto, que possuem apenas um ou outro mecanismo de disparo. 

A figura 12 revela o interior de um disjuntor termomagnético. Podemos observar que o acionamento térmico é feito através de uma lâmina bimetálica convencional já o magnético por uma bobina. Quando ocorre um curto-circuito. o campo magnético gerado provoca o deslocamento da armadura que, através de um disparador mecânico, "desarma" o dispositivo. 

O mecanismo de desarme é o mesmo para a secção térmica. Desta vez, porém, o que causa o disparo é a ação de uma lâmina bimetálica. O disparo térmico apresenta a característica de atuação em tempo inverso, isto é, o disparo se dá em um tempo tanto menor quanto maior for a sobre-corrente. 

A figura 13 ilustra a curva característica típica tempo-corrente de um disjuntar termomagnético. 

a) Características nominais dos disjuntores: 

Temos quatro principais características dos disjuntores a serem observadas no projeto. 

-Tensão Nominal: 

A tensão nominal de um disjuntor é a tensão normal de operação, e pode ser apresentada por Un ou Ue. 

- Corrente nominal: 

A corrente nominal é a corrente que o disjuntor pode suportar em regime ininterrupto. a uma tempera-tura de referência especificada (a norma considera essa temperatura como 30''C) 

- Disparo instantâneo: 

Essa característica define as três faixas possíveis de atuação de um disjuntor: B. C. e D. 

Cada faixa mostra em qual corrente cada dispositivo atuará segundo o tempo de duração da sobrecarga. 

Essa corrente é expressa em um múltiplo da corrente nominal. 

- Faixa B: de 3 In a 5 In. 

- Faixa C: de 5 In a 10 In. 

- Faixa D: de 10 In a 20 In. 



A figura 14 apresenta as características dessas faixas segundo a curva tempo-corrente. 


Vamos a um exemplo prático.

Suponha que um fabricante tenha um disjuntor que opera na faixa C. Isso significa que sua atuação na sobrecarga atua entre os limites de 5 In (cinco vezes a corrente nominal) a 10 In. Uma vez dentro desse inter-valo, o dispositivo demorará o tempo expresso na curva da figura 14 para desarmar. Vamos supor que esse exemplo refere-se a um disjuntor de 5 In. então, nessa condição, em 9 segundos (aproximadamente) ele desarmará.

- Capacidade de interrupção: 

Capacidade de interrupção é a capacidade de sobrecarga ou curto-circuito sem que haja dano (mecânico ou elétrico) ao dispositivo de proteção. Para disjuntores de baixa capacidade os valores típicos são: 1, 3, 4, 5, 6, 10, 15, 20, e 25 kA. 

b) Condições de proteção contra sobrecargas e curto-circuito: 

Para tratarmos do dimensionamento dos elementos protetores, temos que entender um conceito fundamental no projeto de instalações elétricas: a seletividade. 

A seletividade é a característica de coordenação de disjuntores e/ou fusíveis de modo a seccionar apenas o "ramal" sob sobrecarga ou curto-circuito, preservando os demais. 

Podemos entender melhor o processo analisando a figura 15. Imaginem que uma falha (curto ou sobre-carga) ocorra no "ramal C" de uma fábrica. Para que o sistema tenha uma boa seletividade, apenas aquela proteção (seja ela fusível ou disjuntor) deve atuar. Todos os demais pontos da instalação devem permanecer energizados, fazendo assim com que a falta de energia limite-se ao ramal defeituoso.


É intuitivo que os disjuntores mais próximos da entrada de energia (esse ponto é denominado "montante") sejam de maior capacidade do que os mais próximos a carga (esse ponto é denominado "juzante"). 

"Mas, como dimensionar uma proteção em vista das características da instalação?" 

Como já dissemos anteriormente, quatro são as principais características: tensão de trabalho, correntes, região de operação, e capacidade de ruptura. 

Todas essas quatro características são comuns a fusíveis e disjuntores. 

A tensão de trabalho deve ser igual á tensão da rede de alimentação. Portanto, esse é o mais fácil dos parâmetros a ser determinado. 

As correntes envolvidas no processo são de quatro naturezas: 

IB = corrente de projeto do circuito 

In = corrente nominal do dispositivo de proteção 

lz = capacidade de condução de corrente dos condutores 

I2 = corrente de atuação (para disjuntores), ou de fusão (para fusíveis). 

Segundo a NBR 5410, a seleção do dispositivo de proteção deve satis-fazer as seguintes condições:



Estabelecendo os limites acima, pode-se afirmar que o projeto está bem "seletivo". 

Para facilitar a escolha, a figura 16 traz quatro tabelas com potências clássicas, cujos disjuntores já estão dimensionados. Outros casos podem ser calculados através dos limites já citados. 

A região de operação (terceiro parâmetro) pode ser estabelecida como região "B", ou "C'', pois essas são as que mais se aproximam das exigências da norma. De acordo com a capacidade do disjuntor, o próprio fabricante estabelece a melhor opção. Portanto, essa não é uma preocupação do projetista. 

O último parâmetro que determinará, finalmente, a escolha da proteção é a capacidade de interrupção. 

Para definirmos esse parâmetro precisamos saber qual será a máxima corrente de curto-circuito na instalação. 

Ora, como em um curto-circuito a impedância é desprezível, a única "resistência" a corrente é a impedância da instalação. 


A figura 17 mostra um curto-circuito em uma "tomada" em uma instalação elétrica. 



Como o fio responsável pelo curto tem impedância desprezível, a "resis-tência" que limitará a corrente de curto é a soma das impedâncias "resistências" das etapas do circuito: (Z = + RT + RR + RA + Rc).

A corrente total de curto, portanto, será a razão da tensão da linha por essa impedância 

Para determinarmos a corrente de curto-circuito temos de saber a impedância de cada elemento da instalação. Isso nem sempre é fácil de se determinar, pois o comprimento dos cabos influencia muito. 

Para facilitar o trabalho do leitor. na figura 18 trazemos quatro tabelas com as potências clássicas dos transformadores de entrada (30 kVA, 45 kVA, 75 kVA e 150 kVA), com suas respectivas correntes já calculadas. 

Segundo a norma, a capacidade de ruptura do elemento protetor deve ser maior ou, no mínimo, igual a corrente de curto-circuito. 


INTEGRAL DE JOULE 

Com as tabelas e parâmetros descritos até agora temos informações suficientes para dimensionamos uma boa proteção segundo as características da instalação. Essa proteção, entretanto, destina-se a preservação da integridade dos condutores (chaves e demais componentes) dessa instalação. Suponha que, dentro de determinado equipamento, tenhamos chaves estáticas (ou semicondutores de potência) as quais desejamos proteger. 

Seguir todo o procedimento anterior substituindo apenas os elementos protetores por ultra-rápidos não é suficiente. 

Nesse caso, precisamos considerar um novo parâmetro: a integral de Joule. A integral de Joule é definida como a integral do quadrado da corrente durante um dado intervalo de tempo.

Quando as sobrecorrentes assumem valores muito elevados (como no caso de curto-circuitos). as junções dos semicondutores atingem temperaturas da ordem de centenas de graus em tempos extremamente rápidos (ordem de centésimos de segundo). 

Nessa condição. para o estudo dos efeitos térmicos da corrente (considerando tempos tão pequenos), não é possível separar a grandeza corrente da grandeza tempo, sendo necessário considerá-las conjuntamente no produto integral.

As curvas são fornecidas pelos fabricantes dos semicondutores

A figura 19 ilustra uma curva típica de uma chave estática. 

Ao projetarmos um dispositivo de proteção para semicondutores, portanto, devemos considerar sua curva em relação a curva do componente a ser protegido. 


A figura 20 mostra a curva típica de fusíveis tipo gG. e a figura 21 de um disjuntor termomagnético.

A curva da integral de Joule não serve apenas para proteção de semi-condutores, pois ela é uma poderosa ferramenta no estudo da proteção de condutores no que se refere a coordenação seletiva entre dispositivos. 



DISJUNTORES RESIDUAIS DR

Além das proteções contra sobre-correntes e curto-circuitos das instalações, existe uma outra categoria de proteção: os disjuntores residuais. Os DRs, como são conhecidos, são elementos de proteção contra choques elétricos, portanto, visam a segurança das pessoas e não da instalação ou equipamento. 

Sua filosofia de funcionamento é o disparo (desarme) através da corrente de fuga para o terra. Podemos entender melhor seu funcionamento observando a figura 22. 


Ao ocorrer uma corrente de falta à terra Id (uma pessoa que toca a fase, por exemplo). a corrente de ''retorno" não será mais igual a corrente ("ida"). A diferença entre elas, então, provoca a circulação de uma corrente no enrolamento de detecção. 

Imediatamente, um campo magnético é formado e vence o campo permanente gerado pelo ímã, liberando assim a alavanca. Uma vez liberada, o mecanismo interno provoca a abertura dos contatos. 

Resumindo, o DR opera segundo a soma vetorial das correntes. Quando uma corrente circula pelo corpo da pessoa há um desequilíbrio (diferença) entre a corrente de ''ida" e a de "retorno". Essa diferença é detectada pelo dispositivo como se fosse uma corrente de falta à terra. 

Ao contrário das proteções convencionais, não há cálculos para dimensionar sua capacidade. A norma estabelece que, para proteção de pessoas, o DR deve atuar em uma corrente 30 mA, aliás, é o tipo mais comum encontrado no mercado. Existem outras capacidades (100 mA e 300 mA, por exemplo), porém, não servem para proteção pessoal. 

É importante que a norma NBR 5410 em sua última versão (1997) não "obriga" a utilização desses dispositivos nas instalações e equipamentos. Seu uso, portanto, é uma opção do projetista (ou fabricante). 

Podemos classificar os DRs em três aspectos: tipo de falta detectável. com ou sem fonte auxiliar. e curva de atuação. 

a) Tipo de falta detectável: 

Esse parâmetro determina o modo de funcionamento do DR. Atualmente podemos encontrar três tipos:

Tipo AD: 

Sensível apenas a corrente alter-nada. isto é, o disparo é garantido apenas para correntes diferenciais senoidais.

Tipo A: 

Sensível a corrente alternada e a corrente contínua pulsante. 

Tipo B:

Sensível a corrente alternada. corrente contínua pulsante. e corrente contínua pura. Esse tipo é o mais moderno do mercado. 

b) Fonte auxiliar: 

Os DRs podem ser construídos de duas formas: 

- Funcionamento direto, ou seja. sem a necessidade de energia auxiliar. 

- Funcionamento eletrônico. isto é. com a necessidade de energia (fonte de alimentação) auxiliar. A fonte pode ser a própria rede elétrica. 

c) Curvas de atuação: 

Existem duas curvas possíveis de atuação para o DRs: "G" e "S''. 

Para o tipo G. a normalização só especifica limites máximos, isto é, o tempo máximo em que o dispositivo deve efetivar o desligamento do circuito protegido. Já o tipo S deve obedecer também a tempos mínimos de não-atuação. Essa característica é a razão do nome desse tipo de DR ("S" de seletivo), visto que ele atua após decorrido um certo tempo. 

Podemos visualizar melhor as diferentes atuações através da figura 23. Notem que a operação do DR tipo G é uma linha (curva tempo máximo de interrupção), enquanto o tipo S é uma faixa. 

A figura 24 mostra um exemplo de instalação que emprega disjuntores com a função DR já incorporada.



CONCLUSÃO

Todos os conceitos tratados neste artigo foram feitos "à luz" da norma NBR 5410 em sua última edição (1997). Essa norma da ABNT teve como base a norma internacional IEC 60364 (Electrical Installations of Buildings). Embora dentro da NBR, este artigo é apenas um breve resumo do “capítulo" proteção elétrica. Com certeza, a consulta à documentação original da NBR 5410 é fundamental para o profissional que deseja trabalhar com instalações elétricas, sejam elas residenciais ou industriais.

Literaturas sobre o assunto: 

- Norma NBR 5410 (1997) 

- Guia EM da NBR 5410 (Editora Aranda).

Sites: 

- www.bussmam.com (tanto para produtos como "aplications notes". consulte: Kfuseologyn. e ''SPD Eletri-cal Protection Handbook"). 

- www.siemens.com.br (produtos).

Alexandre Capelli

sexta-feira, 20 de setembro de 2019

O Circuito Integrado 555

Pela utilidade do circuito integrado 555, este artigo é um dos mais acessados deste site. Nele explicamos quase tudo (pois tudo que ele pode fazer é impossível de descrever) sobre o funcionamento e utilidades do mais popular detodos os circuitos integrados usados atualmente. O circuito integrado 555 foi criado originalmente para funcionar como timer e oscilador de uso geral. No entanto, esse circuito integrado se mostrou tão versátil, que milhares de aplicações foram criadas e continuam criadas ainda hoje, quando já se anuncia que ele vendeu mais de 1 bilhão de unidades. Assim. quando se pensa em qualquer projeto em que a geração de formas de onda é necessária, retardos, temporizações ou o disparo de dispositivos a partir de sinais de todos os tipos o componente que em primeiro lugar vem à cabeça do projetista é o 555. Este artigo dá apenas uma breve idéia do que se pode fazer com este componente fabuloso.
Com mais de 1 bilhão de unidades vendidas, o circuito integrado 555 provavelmente é o mais importante componente dessa família, de todos até hoje lançados no mundo. Com versões CMOS e de baixa tensão, esse componente é insuperável quando se deseja uma temporização até 1 hora ou geração de pulsos de duração constante, ou ainda em aplicações em que precisam ser gerados sinais retangulares de até 500 kHz.

O CIRCUITO INTEGRADO 555
O circuito integrado 555 consiste em um timer de uso geral que pode operar tanto na configuração astável quanto monoestável. A pinagem básica deste CI é mostrada na figura 1



Figura 1 – Pinagem do 555.

Embora exista uma versão antiga com invólucro de 14 pinos, ela dificilmente é encontrada em nossos dias. Uma versão importante do 555 é o duplo 555 conhecido como 556, cuja pinagem é vista na figura 2.


Figura 2 - Pinagem do 556 – Duplo 555.

Na prática, os fabricantes acrescentam prefixos para identificar os seus 555, e denominações como LM555, NE555, µA555 e outras são comuns. Temos ainda versões "diferentes" do 555 que empregam tecnologias mais avançadas que a tradicional linear. Assim, um primeiro destaque é o 555 CMOS, também especificado como TL7555 ou TLC7555, e que se caracteriza por poder operar com tensões menores que o 555 comum, ter menor consumo e alcançar freqüências mais elevadas. Na figura 3 temos um diagrama simplificado das funções existentes no circuito integrado 555.


Figura 3 – Diagrama interno de blocos do 555.

Esses blocos podem ser usados de duas formas básicas (que serão analisadas em pormenores), as quais são astável (free running) e monoestável (pulso único). Na versão astável, o circuito opera como oscilador gerando sinais retangulares disponíveis na saída do pino 3. Na versão monoestável, o circuito gera um pulso retangular único ao ser disparado externamente. As características principais do 555 são:
Características: (*)
Faixa de Tensões de Alimentação: 4,5 - 18 V
Corrente máxima de saída: +/- 200 mA
Tensão de limiar típica com alimentação de 5 V: 3,3 V
Corrente de limiar típica: 30 nA
Nível de disparo típico com alimentação de 5 V: 1,67 V
Tensão de reset típica: 0,7 V
Dissipação máxima: 500 mW
Corrente típica de alimentação com 5 V: 3 mA
Corrente típica de alimentação com 15 V: 10 mA
Tensão típica de saída no nível alto com 5 V de alimentação (Io = 50 mA): 3,3 V
Tensão típica de saída no nível baixo com 5 V de alimentação (Io = 8 mA): 0,1 V

km(*) As características dessa tabela são dadas para o NE555 da Texas Instruments, podendo variar levemente para CIs de outros fabricantes ou ainda com eventuais sufixos indicando linhas especiais.

CONFIGURAÇÕES
O circuito integrado 555 pode ser empregado em duas configurações básicas, astável e monoestável, que analisamos a seguir:


a)Astável
Na figura 4 temos o circuito básico do 555 na configuração astável.


Figura 4 – 555 na configuração astável.


Esse circuito pode gerar sinais de 0,01 Hz a 500 kHz e os valores limites para os componentes usados são:

R1, R2 = 1k a 3,3 Mohms
C = 500 pF a 2 200 µF

A freqüência de oscilação é dada por:

f = 1,44 /[(R1 + 2R2) C]

Onde:
f é a freqüência em hertz
R1 e R2 são os valores dos resistores em Ohms
C é a capacitância em farads.

O tempo em que a saída permanece no nível alto é dado por:

th = 0,693 x C (R1 + R2)

O tempo em que a saída permanece no nível baixo é dado por:

tl = 0,693 x R2 x C

Veja que, nessa configuração, o ciclo ativo não pode ser 50% em nenhum caso, pois o tempo de carga do capacitor é sempre maior que o tempo de descarga. Para se obter ciclos ativos menores existem configurações em que os percursos das correntes de carga e descarga são alterados, mas nesse caso, não vale o programa do CD para cálculo de freqüência.

Também é importante observar que a carga e descarga do capacitor permitem a obtenção de uma forma de onda dente-de-serra sobre esse componente, conforme ilustra a figura 5.


Figura 5 – Formas de onda no circuito.

Evidentemente, trata-se de um ponto do circuito em que esse sinal é de alta impedância e, portanto, não pode ser usado diretamente para excitar cargas de maior potência.

b)Monoestável
Na configuração monoestável, quando a entrada de disparo (pino 2) é momentaneamente levada ao nível baixo, a saída (pino 3) vai ao nível alto por um intervalo de tempo que depende dos valores de R e de C no circuito da figura 6. 


Figura 6 – Carga com capacitores de diversos valores e com fuga.

Os valores limites recomendados são:
R - 1 k a 3,3 Mohms
C - 500 pF a 2 200 µF

Esse tempo também pode ser calculado pela fórmula:

T = 1,1 x R x C

Onde:
T é o tempo em segundos
R é a resistência em ohms
C é a capacitância em farads

Com os elementos fornecidos, o leitor poderá criar seus próprios projetos usando o 555 a partir dos circuitos aplicativos que damos a seguir.

APLICAÇÕES
A seguir, damos uma série de circuitos básicos que podem ser utilizados para gerar sinais em alarmes, produzir sinais de áudio, proporcionar temporizações até pouco mais de uma hora, detectar ausência de pulsos e muito mais.

1.Oscilador de Áudio Básico
Na figura 7 mostramos o circuito de um oscilador de áudio básico que excita um alto-falante ou transdutor.

Figura 7 –Oscilador de áudio com dois tipos de saída.

A freqüência pode ser ajustada numa faixa de 1:10 no potenciômetro e está basicamente determinada pelo valor do capacitor usado.

Para a excitação de um pequeno transdutor piezoelétrico de alta impedância ou uma cápsula de fone, pode-se usar diretamente a saída do pino 3. No entanto, para uma carga de baixa impedância como um alto-falante, deve ser usado um transistor excitador. Para tensões acima de 6 V o transistor deverá ser montado em um radiador de calor.

2.Pisca-Pisca/Metrônomo
Com a utilização de um capacitor acima de 1 µF temos a produção de pulsos intervalados e o circuito pode ser usado como um metrônomo, ou ainda excitar uma lâmpada num pisca-pisca conforme exemplo da figura 8.


Figura 8 – Excitação de carga com transistor PNP. Aciona no nível baixo da saída.

Lâmpadas de até 500 mA podem ser excitadas com o uso de transistores como o BD136 ou TIP32, e de maiores potências com o uso de transistores de efeito de campo de potência apropriados.

3.Inversor
Na figura 9 indicamos como ligar o 555 num pequeno transformador de alta tensão para gerar tensão suficiente para acender uma pequena lâmpada fluorescente, ou mesmo fazê-la piscar (com a operação em freqüência menor). Esse mesmo circuito pode ser utilizado para gerar estímulos num excitador de nervos.


Figura 9 – Circuito inversor que, na realidade, pode ser considerado uma fonte chaveada de alta tensão.

O transistor tanto pode ser bipolar PNP quanto um transistor de efeito de campo de potência, devendo ser dotado de um radiador de calor, se a alimentação for feita com mais de 6 V. A freqüência de operação é ajustada em P1 e deve ser escolhida de acordo com as características do transformador para resultar em um maior rendimento na transferência de energia.

4.Oscilador Modulado em Freqüência
O pino 5 do circuito integrado 555 pode ser usado para se controlar o ciclo ativo dos sinais na configuração astável e assim proporcionar uma modulação de freqüência. Na figura 10 mostramos como montar uma sirene básica com dois circuitos integrados 555, onde temos a modulação de freqüência feita pelo sinal de baixa freqüência de um dos osciladores.


Figura 10 – Uma sirene modulada em frequência utilizando dois circuitos integrados 555.

Nesse circuito, CI1 gera um sinal de baixa freqüência que é determinado basicamente pelo capacitor C1 e pelo ajuste de P1.Esse sinal é aplicado ao pino 5 de modulação atuando diretamente sobre a freqüência gerada por CI2. Em CI2 a freqüência é ajustada por P2 e pelo valor de C2. O resistor R3 determina a "profundidade" da modulação, ou seja, a amplitude da variação da freqüência gerada pelo segundo oscilador (CI2).
Etapas de potência como a observada no oscilador básico podem ser usadas para aplicar o sinal gerado pelo circuito a um transdutor ou ainda a um alto-falante.

5.Oscilador Intermitente
Acionamento intermitente de relé ou outras cargas em intervalos regulares, efeitos de som e aplicações intermitentes podem ser obtidas com o circuito ilustrado na figura 11.


Figura 11 – Neste circuito o relê abre e fecha seus contatos de modo intermitente, isso em intervalos regulares ajustados por P1.

Nesse circuito, o primeiro oscilador controla o segundo através de seu pino de Reset de modo a ligá-lo e desligá-los em intervalos regulares. O modo de acionamento e, portanto, a freqüência do efeito de intermitência é determinado por C1 e ajustado por P1. No exemplo, são dados valores típicos de componentes para acionamentos que vão de alguns segundos a mais de 15 minutos. A freqüência do segundo oscilador é ajustada em P1 e determinada basicamente por C2, que também tem os valores típicos para a faixa de áudio mostrados na figura. É importante observar que os valores de C1 devem ser bem maiores que os de C2 para que os ciclos de funcionamento do segundo oscilador possam ser encaixados em cada ciclo do primeiro, conforme ilustra a figura 12.


Figura 12 – Formas de onda no circuito em função de C1 e C2.

A carga depende da aplicação: podemos utilizar simples transdutores sonoros para aplicações onde sinais intermitentes de áudio devam ser gerados, até relés ou outras cargas de corrente contínua, com o uso da etapa excitadora apropriada. Um relé intermitente que abre e fecha um determinado número de vezes e depois entra em repouso por um tempo maior, para depois voltar a ter o mesmo ciclo de funcionamento, é uma aplicação possível para esse circuito.

6.Alterando o Ciclo Ativo
Conforme vimos, o ciclo ativo do circuito básico que emprega o 555 tem o tempo no nível alto dado pela soma dos valores dos dois capacitores usados e o tempo no nível baixo dado pelo segundo capacitor. Isso faz com que o tempo no nível alto seja sempre maior do que no nível baixo, tendendo a um ciclo ativo mínimo de 50 % quando R2 tem seu valor mínimo e R1 seu valor máximo, observe a figura 13.


Figura 13 – Trabalhando com o ciclo ativo.

Uma forma de se obter um ciclo ativo de menos de 50% para o acionamento de uma carga é trabalhar com a excitação no nível baixo, o que fazemos quando a carga é ativada por um transistor PNP. Entretanto, há uma outra forma de se obter um ciclo ativo menor que 50% sem precisarmos inverter o sinal de saída com um transistor PNP.
Isso pode ser conseguido com o uso de diodos para se obter um percurso separado para a carga e descarga do capacitor, conforme mostra a figura 14.


Figura 14 – Obtendo ciclos ativos menores do que 50%.

Nesse circuito, a carga do capacitor e portanto o tempo no nível alto depende apenas de R1, enquanto que a descarga depende apenas de R2. Assim, em lugar das fórmulas para o cálculo no nível alto da configuração tradicional, temos:

th = 0,693 x R1 x C

tl = 0,693 x R2 x C

E, para a freqüência:

f = 1,44/[(R1 + R2)xC]

Onde:
f é a freqüência em hertz
th é o tempo no nível alto em segundos
tl é o tempo no nível baixo em segundos
R1 e R2 são as resistências do circuito em ohms
C é o valor do capacitor em farads.

Para se obter um ciclo ativo ajustável, podemos empregar um potenciômetro ou trimpot na configuração exibida na figura 15.


Figura 15 – Circuito com ciclo ativo ajustável.

Se bem que o programa dado para calcular os elementos dessa configuração no CD não seja válido, lembramos que os valores limites para os componentes são os mesmos da configuração tradicional.

7.Temporizador Simples
Na figura 16 temos um circuito básico de timer que mantém um relé acionado (ou outra carga de corrente continua) por um intervalo de tempo que pode ser ajustado entre alguns segundos até mais de meia hora no potenciômetro P1.

Figura 16 – Um temporizador ajustável.

Uma vez ajustado o tempo em P1, pressiona-se o interruptor S1 por um instante para levar a saída do 555 ao nível alto e assim obter-se o atracamento do relé ou alimentação da carga de coletor do transistor.
O tempo máximo que se pode obter desse tipo de circuito depende basicamente das fugas do capacitor eletrolítico C1.

São estas fugas que determinam o seu valor máximo. Quando as fugas atingem um valor que forma com P1 um divisor de tensão cuja tensão aplicada aos pinos 6 e 7 caia abaixo do ponto de disparo, o circuito não desliga mais e se mantém constantemente disparado. É importante que o capacitor colocado nesse temporizador seja um tipo de excelente qualidade para que problemas de fugas não afetem o seu funcionamento.

Outro problema relacionado ao capacitor está na carga residual. Uma vez utilizado o temporizador, na vez seguinte em que ele for disparado, não teremos o mesmo intervalo de tempo ajustado, pois sempre resta uma carga residual no capacitor a partir da qual ele inicia a carga de temporização. Esta carga afeta sensivelmente a precisão de um temporizador que use o 555.

8.Temporizador Duplo
Na figura 17 temos uma configuração muito interessante para aplicações em automatismos de todos os tipos.


Figura 17 – Diagrama do temporizador duplo.

Trata-se da possibilidade de realizarmos uma dupla temporização em que, ao pressionarmos S1, o primeiro CI determina o intervalo de tempo inicial, depois do qual o relé usado como carga será acionado. Quando o relé for acionado, o intervalo de tempo de tempo em que ele ficará atracado dependerá do segundo CI. Assim, temos uma curva de operação conforme vista na figura 18.


Figura 18 – Diagrama de tempos do circuito da figura 17.

Nessa curva, t1 é o intervalo de tempo que decorre entre o pressionar de S1 e o acionamento do relé. t2 é o tempo em que o relé fica acionado. Os valores de C1 e C3 determinam t1 e t2 e seus valores limite são os indicados na aplicação tradicional. Trimpots em série com esses capacitores podem ser empregados para ajustes finos do tempo de acionamento de cada uma das etapas com o 555.Podemos ir além com a utilização dessa idéia agregando diversos 555 em série para um acionamento seqüencial, conforme mostra a figura 19.


Figura 19 – Circuito de acionamento sequencial utilizando três circuitos integrados 555.

Os tempos de acionamento de cada saída numa seqüência são determinados pelos capacitores associados aos pinos de disparo e ajustados nos trimpots em série com esses elementos.

9.Sensor Foto-Elétrico
O circuito integrado 555 pode ser disparado pelo aterramento momentâneo do pino 2. Como esse pino tem uma elevada impedância de entrada, diversos tipos de sensores podem ser usados com circuitos adicionais simples para fazer o seu disparo. Uma possibilidade interessante é o disparo por foco de luz, em um sensor foto-elétrico que pode ser usado em aplicativos industriais tais como alarmes de passagem, de presença de objetos e muito mais. O circuito sugerido é apresentado na figura 20.


Figura 20 – Sensor fotoelétrico com o 555. Acionamento por LDR.

Quando um foco de luz incide no LDR o transistor conduz, e com isso a entrada de disparo do 555 é levada ao nível baixo por um instante, disparando a configuração monoestável. A saída do 555 vai, então, ao nível alto por um intervalo de tempo que depende de R e de C, da forma que já vimos e que pode ser calculada pelo aplicativo no CD. Veja que, mesmo depois que o pulso de luz aplicado no sensor desaparecer, o relé ligado como carga permanecerá ativado. Para termos o acionamento com o corte de luz basta inverter o modo de ligação do sensor, observe a figura 21.


Figura 21 – Circuito para acionamento pelo corte momentâneo da luz que incide no LDR.

Nesse circuito, quando a luz é cortada no LDR por um instante, o transistor conduz colocando o nível baixo no pino de disparo do 555 ligado na configuração monoestável. Nos dois circuitos o ajuste da sensibilidade é feito pelo trimpot. Para se obter maior sensibilidade e diretividade para o acionamento do circuito, o sensor deve ser montado em um tubo opaco com uma lente convergente. Na figura 22 mostramos o posicionamento do sensor em relação ao foco da lente, para se obter maior sensibilidade e seletividade.


Figura 22 – Utilizando uma lente para aumentar a sensibilidade e obter maior diretividade.

Filtros de cores podem ser colocados para a detecção seletiva de luz em aplicações que exijam mais de um canal de operação. Nesses circuitos, com o uso de trimpots de valores maiores podem ser usados fototransistores e até fotodiodos. A sensibilidade obtida dependerá das características dos componentes usados. É importante observar que os fototransistores e fotodiodos são muito mais rápidos do que os LDRs na detecção de pulsos ou cortes de luz de curtíssima duração.

10.Detector de Ausência de Pulso
Uma aplicação importante do 555 em automatismos, transmissão de dados e controles remotos é o detector de ausência de pulsos. O que esse circuito faz é detectar quando um ou mais pulsos (numa seqüência que deve ser mantida constante), faltam. Em um sistema de segurança ou monitoramento de funcionamento de uma máquina, o detector de ausência de pulso pode acusar imediatamente quando ocorre uma interrupção em um elo de proteção ou ainda quando acontece uma situação em que o trem de pulsos de controle falha. A vantagem do sistema é o uso de pulsos numa freqüência que possibilita a proteção de áreas muito grandes, ou ainda o envio de sinal a uma estação muito distante, pois ele opera por freqüência e não por intensidade do sinal. Na figura 23 temos a configuração básica do 555 recomendada para essa aplicação.

Figura 23 – Detector de ausência de pulso.

A constante de tempo RC, que pode ser calculada pelo programa da configuração monoestável do CD, deve ser maior do que o intervalo entre dois pulsos transmitidos, mas menor do que dois intervalos sucessivos (para se detectar a ausência de um pulso). A transmissão dos pulsos pode ser feita com a ajuda de um outro 555 na configuração estável. Como a entrada do circuito é de alta impedância, a distância entre o transmissor e o detector pode ser muito grande. As formas de onda para essa aplicação são exibidas na figura 24.

Figura 24 – Sinal gerado quando o circuito detecta a falta de um pulso.

11. Divisor de Freqüência
Uma outra aplicação pouco conhecida para o circuito integrado 555 é como divisor de freqüência. Conforme podemos ver pela figura 25, o 555 é ligado como monoestável e o sinal retangular até 500 kHz cuja freqüência queremos dividir, é aplicado ao pino 2 de disparo.

Figura 25 – Divisor de frequência sincronizado.

A constante de tempo do circuito deve então ser calculada (usando a opção monoestável do programa) para ter um valor que corresponda a duas, três ou quatro vezes o período do sinal de entrada. Nessas condições, aproveitando o disparo no final de cada ciclo de temporização, temos a divisão da freqüência de entrada por esses valores.

12. Modulação de Posição de Pulso (PPM)
Pulse Position Modulation ou PPM é uma aplicação interessante para o circuito integrado 555 conectado na configuração astável. Na figura 26 mostramos o circuito. As formas de onda obtidas com o 555 usado nessa aplicação são pulsos .cuja separação varia conforme o sinal de entrada.

Figura 26 – Circuito 555 como PPM.

CONCLUSÃO
O que vimos até aqui é apenas uma pequena parcela do que pode ser feito com base no circuito integrado 555 e suas versões de menor consumo e menor tensão. Trabalhando com o ciclo ativo, com a entrada de modulação e de reset, o leitor imaginoso poderá criar aplicações que, de outra forma, exigiriam circuitos dedicados muito mais caros e complexos. Aproveitar o potencial de um circuito integrado que pode ser encontrado com facilidade e a um custo muito baixo, pode ser muito importante quer seja nos projetos de uso pessoal quer seja nos projetos industriais.

Grandes Cientistas

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