Disjuntor de corrente residual (RCCB) ou um 'interruptor de desarme' é um dispositivo de proteção usado em sistemas elétricos. Os RCCBs protegem humanos e aparelhos elétricos de falhas elétricas, como choque elétrico e fuga de corrente. Neste artigo, discutiremos o que são RCCBs, como são feitos e como funcionam como dispositivos de proteção de circuitos elétricos.
Disjuntor de corrente residual Como funciona
Os disjuntores de corrente residual também são conhecidos como 'interruptores de desarme' e RCD (dispositivo de corrente residual). Eles pertencem à categoria de dispositivos de proteção de circuitos elétricos. Os RCCDs podem ser encontrados em todos os circuitos de distribuição de energia doméstica e industrial. Eles estão disponíveis em configurações monofásicas e trifásicas e possuem várias classes.
A forma mais simples de RCCB é o tipo monofásico. Eles têm dois terminais de entrada e dois terminais de saída em cada unidade. Semelhante a um MCB, há também um interruptor com mola para ligar e desligar o dispositivo. Além do switch, há um botão de 'teste' para testar se o dispositivo está realmente funcionando. Este botão pode ser de cores diferentes, como vermelho, verde, amarelo, laranja ou azul, dependendo do fabricante.
Um ser humano típico só pode tolerar até 30mA de corrente elétrica antes que ocorram lesões com risco de vida. Se um ser humano ou qualquer ser vivo entrar em contato com uma conexão elétrica ativa e estiver aterrado, eles serão eletrocutados e ficarão gravemente feridos. Embora não seja tão grave, as máquinas elétricas também podem ser danificadas devido a curtos-circuitos elétricos e fugas de corrente.
Um disjuntor de corrente residual funciona pelo princípio de Lei atual de Kirchhoffs (KCL). A KCL afirma que a corrente que flui para um circuito deve ser igual à corrente que retorna do circuito. Da mesma forma, o RCCB mede quaisquer mudanças significativas na corrente que passa pelos terminais ativo (L) e neutro (N). Em um cenário ideal, a diferença deve ser muito próxima de 0mA.
Se houver uma fuga de corrente em um equipamento elétrico protegido pelo RCCB, a corrente do neutro será menor do que a corrente do fio energizado porque uma certa quantidade de corrente será aterrada através de uma pessoa ou da conexão à terra da máquina. Essa diferença é chamada de 'corrente residual'. Quando esta diferença excede o limite de disparo do RCCB (ou seja, 20mA), ele dispara rapidamente a chave e imediatamente interrompe a conexão e corta a alimentação do equipamento.
A ação de disparo acontece instantaneamente em alguns milissegundos. Portanto, a pessoa sendo eletrocutada pode ser protegida de lesões com risco de vida. Embora o choque elétrico não possa ser evitado, a segurança da pessoa é sempre garantida. Ao considerar aparelhos elétricos, se tal dispositivo tiver uma falha de fuga de corrente que vaza corrente no chassi, ele pode desarmar imediatamente o RCCB para evitar possíveis riscos elétricos.
Diagrama de Circuito do Disjuntor de Corrente Residual
Agora que conhecemos a operação de um disjuntor de corrente residual, vamos dar uma olhada em como funciona um RCCB.
Abaixo é mostrada a construção interna de um dispositivo RCCB monofásico (dois pólos).
A partir da esquerda, os terminais de entrada são conectados à alimentação elétrica principal da rede ou do gerador. Isso é comutado usando um MCB de dois pólos para isolar o circuito quando necessário. A alimentação é então passada através de contatos de disjuntores de 2 pólos; um para vivo e um para neutro para proteção total.
Os fios energizados e neutros passam por uma bobina especial que possui um enrolamento por cada fio e outro enrolamento separado chamado 'bobina de detecção'. Cada extremidade dessas duas bobinas primárias é conectada à carga. Como discutido acima, quando a corrente está passando por essas bobinas, elas criam um campo magnético de acordo com a Lei da indução eletromagnética de Faraday. Em circunstâncias normais, onde não há falha no circuito de carga, esses dois campos magnéticos se cancelam.
Quando há uma condição de falha e a corrente viva é maior/menor que a corrente neutra, esses dois campos magnéticos não são capazes de se cancelar. Isso induz uma tensão dentro da 'bobina de detecção'. Se esta tensão se tornar muito alta (o que significa que a corrente de falha/corrente residual é muito alta), ela ativa um solenóide para quebrar os contatos para cortar a energia para a carga. Uma vez desarmado, ele precisa ser ligado manualmente após a correção da falha.
Os RCCBs também vêm equipados com um circuito adicional que inclui um botão e um resistor. Este é um circuito que permite testar o dispositivo. Quando pressionamos o botão, ele cria uma condição de falha artificial (corrente residual) e aciona o RCCB. Se o dispositivo desarmar quando o botão for pressionado, ele confirma que a proteção está em vigor.
Fiação RCCB
RCCBs são dispositivos de segurança que são instalados em circuitos elétricos. Eles são frequentemente instalados em quadros de distribuição de energia próximos à fonte. A imagem abaixo indica a ordem de instalação de um RCCB.
O RCCB é conectado após a chave primária, que é um MCB de 2 polos. O MCB atua como um interruptor principal para isolar completamente o circuito da rede em casos como reparo e manutenção. O RCCB é colocado próximo para proteger os subcircuitos. Os MCBs de pólo único que fornecem proteção contra sobrecorrente aos subcircuitos são colocados após o RCCB.
Classificação do RCCB
Os RCCBs são comumente classificados em dois tipos principais de acordo com sua contagem de terminais. Eles são RCCB de polo único e RCCB de 4 poloss.
- RCCB de pólo único
- RCCBs monopolares são comumente usados em aplicações domésticas e aplicações industriais de pequena escala onde são usadas cargas monofásicas. Eles têm dois terminais e dois terminais de saída, vivo e neutro (L e N).
- RCCB de 4 pólos
- RCCBs de 4 pólos são usados para proteção do sistema de energia trifásico. Existem 4 conjuntos de terminais de entrada e saída para fios L1, L2, L3 e N em um sistema trifásico. Estes são comumente encontrados em circuitos de distribuição de energia industriais e alguns circuitos de distribuição de energia domésticos onde o uso de energia é alto.
Além dessas duas configurações físicas, existem mais alguns tipos especialmente projetados para atender a aplicações específicas. Estes são definidos no IEC 60755: Requisitos gerais de segurança para dispositivos de proteção operados por corrente residual.
- Tipo AC - uso geral
- Este tipo é adequado para sistemas de tensão senoidal alternada. Estes são os tipos de RCCBs mais usados em aplicações domésticas e industriais.
- Tipo A – Cargas eletrônicas monofásicas, classe I
- Os RCCBs do tipo A são mais adequados para circuitos que operam em fontes de onda senoidal pura ou fontes de onda senoidal modificada, como inversores. Estes também são usados em circuitos onde as cargas possuem circuitos retificadores de diodo e/ou tiristor, como controladores de motores VFDs (Variable Frequency Drive). Os RCCBs do tipo A podem ser usados como substitutos para as unidades do tipo A.
- Tipo F - recém-introduzido, propósito especial
- Os RCCBs do tipo F são feitos especialmente para serem usados em circuitos de acionamento de velocidade variável, como controladores de motores. Eles funcionam muito bem em circuitos de alta frequência, corrente distorcida e forma de onda de tensão, como sistemas HVAC. Os RCCBs do tipo F são muito sensíveis às correntes de falta. Estes não disparam devido a correntes de inrush repentinas. O Tipo F pode substituir os RCCBs Tipo A e AC.
- Tipo B - sistemas trifásicos, sistemas EV e PV
- Os disjuntores de corrente residual tipo B são projetados para funcionar em circuitos de carregamento de veículos elétricos, sistemas fotovoltaicos e outros sistemas retificados trifásicos. Estes podem detectar AC sinusoidal, DC pulsante com múltiplas frequências e até mesmo correntes residuais DC suaves. Além dos tipos de forma de onda, as características também são definidas em frequências específicas de 3Hz a 50kHz. Os RCCBs Tipo B estão em conformidade com os tipos Tipo A, F e AC e podem ser usados como substitutos.
Vantagens e Desvantagens do RCCB
Os disjuntores de corrente residual são um dos dispositivos de proteção de circuitos elétricos mais importantes. Nós os vemos em quase todos os quadros de distribuição elétrica, protegendo os usuários e os equipamentos contra danos. Como qualquer dispositivo, os RCCBs também apresentam desvantagens e vantagens.
Vantagens/Benefícios RCCB
- RCCBs são usados principalmente para fornecer proteção contra choques elétricos para humanos e outros seres vivos.
- Além de choques elétricos, os RCCBs também podem proteger humanos e equipamentos elétricos contra falhas de aterramento, como vazamentos de corrente.
- Os RCCBs disparam automaticamente quando a corrente de falha excede a sensibilidade nominal.
- Eles estão disponíveis em várias sensibilidades e tipos de classificação para se adequar a uma aplicação específica.
- Os RCCBs vêm em configurações monofásicas (dois polos) ou trifásicas (quatro polos). Esses arranjos nos permitem isolar completamente o circuito da alimentação.
- A maioria dos RCCBs contém circuitos de filtragem adicionais que ajudam a proteger o equipamento contra flutuações de tensão.
Desvantagens do RCCB
- RCCBs não possuem proteção contra curto-circuito/sobrecarga. Eles dependem completamente da corrente residual. Se uma carga entrar em curto acidentalmente, a corrente de retorno será a mesma que a corrente que sai do RCCB. Isso não acionará a proteção do dispositivo.
- Variantes altamente sensíveis podem ser acionadas por relâmpagos e flutuações de tensão.
- RCCBs não podem proteger contra fiação elétrica defeituosa (ou seja, quando os fios energizados e neutros foram trocados na tomada elétrica)
- O RCCB só oferece proteção contra choques de terra viva ou terra neutra. Ele não pode proteger o usuário de choques neutros. Isso pode ser letal.
- A não seleção do tipo correto de RCCB para uma aplicação específica leva a um nível reduzido de proteção contra choque elétrico.
Preço do disjuntor de corrente residual
Dispositivos de proteção elétrica são inerentemente caros. Eles são dispositivos sensíveis que precisam atender aos padrões do setor para garantir que o nível mínimo de proteção necessário seja garantido em cada unidade.
Os preços dos disjuntores de corrente residual começam de $ 25 a $ 30 para tipos de 25A de pólo único. À medida que a classificação atual, o número de pólos e a sensibilidade aumentam, um RCCB pode custar de algumas centenas a vários milhares de dólares. Por exemplo, o RCCB de 125 pólos 4A ABB custa uma bolada $ 51730 no momento em que este artigo está sendo escrito.
Disjuntor de corrente residual com proteção de sobrecorrente (RCBO)
Como mencionado acima, um RCCB típico não é capaz de detectar eventos de sobrecorrente. Isto é devido ao princípio de funcionamento do dispositivo. Baseia-se apenas na diferença entre a saída e a corrente de retorno (corrente residual) para acionar a segurança. Se uma carga consumir muita corrente, o RCCB não poderá detectá-la, pois a corrente de retorno é exatamente a mesma que a corrente de saída do dispositivo.
Para evitar isso, pode haver duas abordagens. A prática usual é usar um RCCB e distribuir a energia através de vários MCBs. Desta forma, a proteção de corrente residual é tratada pelo RCCB e a proteção de sobrecorrente é fornecida pelo MCB. No entanto, um evento de corrente residual em qualquer um dos subcircuitos faz com que o RCCB dispare e desligue todo o sistema.
RCBOs são projetados para contornar esse problema. Eles consistem em um circuito de proteção de sobrecorrente além do circuito geral de proteção de corrente residual.
A imagem mostrada abaixo é um RCCBO de 4 pólos. Os RCCBOs são distinguíveis por sua aparência semelhante a um MCB que possui 4 pólos conectados. Eles quase se parecem com um MCB emparelhado com um RCCB.
O que faz com que um RCCB tropece?
Os RCCBs são projetados para desarmar sempre que houver uma corrente de falha. Esta corrente é chamada de 'corrente residual'. O dispositivo, conforme explicado acima, monitora a corrente viajando nos fios Vivo(s) e Neutro. Em condições normais de trabalho, a diferença entre as duas correntes deve ser próxima de zero.
Sempre que houver fuga de corrente; por exemplo, uma pessoa que está aterrada é eletrocutada, uma pequena quantidade de corrente do fio vivo exposto viaja através da pessoa até o solo. Isso causa um desequilíbrio nas correntes de viva e neutra no RCCB. SE a diferença for muito alta, o RCCB dispara.
Além desta funcionalidade primária, eventos como raios, cargas não uniformes como cargas altamente indutivas (motores elétricos, instalações de soldagem) também podem acionar o RCCB inadvertidamente. Isso é indesejado e pode ser evitado usando o tipo correto de RCCB adequado para o tipo de carga.
Os RCBOs atualizados também podem desarmar devido a condições de sobrecorrente. Os RCBOs podem detectar instâncias de sobrecorrente/curto-circuito e desarmar a chave de acordo.
Conclusão
Os disjuntores de corrente residual são dispositivos de segurança muito confiáveis que protegem equipamentos e operadores humanos contra choques elétricos perigosos. Existem RCCBs muito avançados no mercado que permitem até mesmo a programação de parâmetros como corrente de disparo e retardo de disparo. Sempre use o RCCB adequado em seu sistema de distribuição de energia para garantir a proteção ideal.
