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Como Funcionam os Dispositivos DR (EL053)

Se bem que incluam recursos eletrônicos, e esta será a abordagem principal neste artigo, ao analisar seu funcionamento, os dispositivos DR ou Disjuntores Diferencial Residual (DDR), ou ainda, Dispositivos de Corrente Diferencial Residual são fundamentais na segurança de instalações elétricas modernas. Veja neste artigo como eles funcionam.

A segurança das instalações elétricas de todos os tipos é fundamental em, nossos dias e muito bem especificada nas normas 5410. Aterramentos, isolamentos e todos os recursos disponíveis pára se evitar que a eletricidade cause danos a pessoas ou seja causa de acidentes mais graves são previstos.

Um recurso importante que deve ser usado em todas as instalações elétricas é o que desliga todo o circuito no caso de alguém tomar contacto com a instalação sendo, por esse motivo, levada a uma situação de choque elétrico.

Os dispositivos DR ou ainda DDR (disjuntores diferenciais residuais) são a solução para estas situações. A seguir, veremos como eles funcionam e como devem ser usados numa instalação elétrica.

 

O Circuito Elétrico

Para fornecer energia elétrica a um dispositivo qualquer de modo que ela possa ser aproveitada, transformando-se em outra forma de energia, por exemplo, luz, calor, movimento, som, etc. não basta ligar um fio que permita o transporte das cargas.

Se apenas um fio for ligado as cargas chegam ao aparelho, mas não tem para onde ir, conforme mostra a figura 1.

Veja que as cargas não são a energia elétrica, elas simplesmente transportam a energia. Assim, elas devem entregar a energia ao dispositivo alimentado e tem de ir para algum lugar.

 

Figura 1 - Os elétrons que chegam à lâmpada não tem para onde ir depois
Figura 1 - Os elétrons que chegam à lâmpada não tem para onde ir depois

 

Se não tiverem para onde ir, a corrente simplesmente pára e nada mais acontece.

Por esse motivo, analisando então os casos em que os geradores alimentam lâmpadas, aquecedores ou LEDs, vemos que é preciso que as cargas elétricas que formam a corrente devem realizar um percurso ou caminho fechado.

Saindo de um dos pólos do gerador, elas percorrem todos os componentes entregando sua energia, para depois chegar de volta ao outro pólo do mesmo gerador.

Deve, então, haver um percurso ou caminho completo (fechado) para que uma corrente possa circular e fornecer energia. O dispositivo que fornece energia é o gerador e os que recebem são os receptores.

O caminho total percorrido pela corrente, incluindo os componentes, recebe o nome de circuito elétrico, conforme ilustrado na figura 2.

 

Figura 2 - Para circular, a corrente precisa de um percurso fechado ou circuito fechado
Figura 2 - Para circular, a corrente precisa de um percurso fechado ou circuito fechado

 

É comum chamarmos o percurso total que uma corrente deve fazer num conjunto de componentes de "circuito elétrico" ou simplesmente circuito.

O circuito é então formado pelo conjunto de componentes que devem exercer alguma função quando percorridos por uma corrente.

Observe que, se o circuito for interrompido em qualquer ponto, a corrente deixa de circular por todo ele, e o dispositivo ou aparelho pára de funcionar.

O importante ao analisarmos o circuito elétrico é que a intensidade da corrente é a mesma em todos os seus pontos, ou seja, a corrente é a mesma antes e depois da lâmpada.

A lâmpada não consome elétrons, mas tão somente a energia que eles transportam, de modo que os elétrons que saem de um pólo do gerador são mesmos que chegam ao outro.

Na corrente alternada, os elétrons oscilam, mas a oscilação é mesma antes e depois da carga, ou seja, a intensidade da corrente também é a mesma em todos os pontos do circuito.

 

O Choque Elétrico

O corpo humano pode conduzir a corrente elétrica.

No entanto, como nosso sistema nervoso também opera com correntes elétricas, qualquer corrente que "venha de fora" consiste numa forte interferência passível de causar sérios problemas ao nosso organismo.

Dependendo da intensidade da corrente que circular pelo nosso organismo, diversos efeitos podem ocorrer.

Se a corrente for muito fraca, provavelmente nada ocorrerá, pois o sistema nervoso não será estimulado o suficiente para nos comunicar alguma coisa, e as próprias células de nosso corpo não sofrerão influência alguma.

Entretanto, se a corrente for um pouco mais forte, o sistema nervoso já poderá ser estimulado e termos com isso algum tipo de sensação como, por exemplo, um "formigamento".

Se a corrente for mais forte ainda, o estímulo já proporciona a sensação desagradável do choque e até de dor.

Finalmente, uma corrente muito forte, além de poder paralisar órgãos importantes como o coração, pode ainda danificar as células "queimando-as", pois correntes intensas quando encontram certa resistência à sua passagem, geram calor.

A tabela abaixo nos mostra as diversas faixas de correntes e os efeitos que causam sobre o organismo humano.

 

EFEITOS DA CORRENTE NO ORGANISMO HUMANO

100 µA a 1 mA - Limiar da sensação

1 mA a 5 mA - formigamento

5 mA a 10 mA - sensação desagradável

10 mA a 20 mA - pânico, sensação muito desagradável

20 mA a 30 mA - paralisia muscular

30 mA a 50 mA - a respiração é afetada

50 mA a 100 mA - dificuldade extrema em respirar, ocorre a fibrilação ventricular

100 mA a 200 mA - morte

200 mA - além da morte temos sinais de queimaduras severas

 

Obs: 1 µA (um microampère = 1 milionésimo de ampère)

1 mA (um miliampère = 1 milésimo de ampère)

 

Uma crença que deve ser examinada com muito cuidado, já que muitas pessoas aceitam-na como definitiva, é a de que usando sapatos de borracha não se leva choque e, portanto pode-se mexer à vontade em instalações elétricas. Nada mais errado!

Se a eletricidade é tão perigosa e, se mesmo usando sapatos de borracha o choque ainda pode ocorrer, é importante analisarmos o assunto mais profundamente.

Conforme vimos, uma corrente elétrica só pode circular entre dois pontos, ou seja, é preciso haver um ponto com potencial mais alto e um ponto de retorno ou potencial mais baixo.

A terra é um ponto de retorno, porque conforme vimos, as empresas de energia a usam para ligar o pólo neutro. Isso quer dizer que, se a pessoa estiver isolada da terra (usando um sapato com sola de borracha ou estando sobre um tapete de borracha ou outro material isolante), um primeiro percurso para a corrente é eliminado, veja a figura 3.

 

Figura 3- Não há percurso para a corrente
Figura 3- Não há percurso para a corrente

 

Isso significa que, se uma pessoa, nestas condições, tocar num ponto de uma instalação elétrica que não seja o neutro e, portanto houver um potencial alto (110 V ou 220 V), a corrente não terá como circular e não haverá choque.

Lembre-se: estando isolado da terra e tocando num único ponto de uma instalação elétrica não há choque, porém, o fato de usar sapatos de borracha não o livrará do perigo de choque.

Todavia, se a pessoa tocar ao mesmo tempo num outro ponto que ofereça percurso para a corrente seja por estar no circuito para isso, quer seja por estar ligado à terra, o choque ocorrerá, independentemente da pessoa estar ou não com sapatos de sola de borracha, conforme mostra a figura 4.

 

Figura 4 - Há percurso para a corrente
Figura 4 - Há percurso para a corrente

 

É por este motivo que uma norma de segurança no trabalho com eletricidade consiste em sempre se tocar apenas num ponto do circuito em que se está trabalhando, caso exista o perigo dele estar ligado.

Nunca segurar dois fios, um em cada mão! Nunca apoiar uma mão em local em contato com a terra enquanto se trabalha com a outra!

 

Detectando Fugas

Os dispositivos diferenciais de proteção se baseiam exatamente no fato de que em todos os pontos de um circuito elétrico a intensidade da corrente deve ser a mesma.

Isso só não vai ocorre e algum elemento estranho ao circuito desviar parte da corrente de modo que tanto no fio fase como no de retorno (neutro) as correntes se alterem e fiquem diferentes.

Na figura 5 mostramos o que ocorre no caso de alguém tocar num dos fios de uma instalação elétrica, tomando choque pela corrente que, atravessando seu corpo vai para a terra.

 

 Figura 5 - A corrente nos dois fios do circuito se altera em caso de fugas ou choque
Figura 5 - A corrente nos dois fios do circuito se altera em caso de fugas ou choque

 

Assim, uma maneira simples de se detectar choque, fugas ou outros problemas de um circuito consiste em se comparar as correntes nos dois fios da instalação.

Se as correntes tiverem a mesma intensidade, então podemos dizer que o circuito está em ordem, e que apenas a carga está recebendo a alimentação.

No entanto, se as correntes tiverem intensidades diferentes, então podemos dizer que está havendo uma fuga, um curto à terra ou então alguém está sendo afetada por um choque, sendo a causa de um desvio de corrente.

É exatamente isso que faz o Dispositivo DR ou DDR. Ele compara as duas correntes e no momento em que elas se tornam desiguais, ele desliga o circuito.

Para os Dispositivos DR comuns a sensibilidade costuma estar em torno de 30 mA.

Na figura 6 mostramos como isso pode ser feito com a utilização de um transformador de corrente e um comparador de tensão.

 

Figura 6 - O transformador de corrente
Figura 6 - O transformador de corrente

 

Neste circuito se as intensidades das correntes forem iguais, a saída será zero. Se as intensidades forem diferentes teremos uma tensão de saída.

Essa tensão de saída pode então ser usada para acionar um relé ou disjuntos que desarma o circuito até que a causa da fuga seja removida, ou então exigindo o rearme de forma manual.

Veja que o dispositivo opera com o campo magnético da corrente que passa através do fio, que induz uma tensão nas espiras da bobina do toróide. Assim, as perdas no circuito praticamente não existem. A corrente no circuito não é afetada.

Na figura 7 temos o aspecto de um dispositivo deste tipo que incorpora o sistema sensor e o circuito de desarme.

 

   Figura 7 - dispositivos DR comuns
Figura 7 - dispositivos DR comuns

 

A instalação do dispositivo é muito simples. Basta intercalá-lo na entrada do circuito elétrico a ser protegido.

Na figura 8 temos os diversos modos de conexão dos dispositivos DR segundo a Siemens (WWW.siemens.com.br)

 

Figura 8 - Modos de conexão para os diversos tipos de dispositivos DR segundo a Siemens
Figura 8 - Modos de conexão para os diversos tipos de dispositivos DR segundo a Siemens

 

Na página http://www.siemens.com.br/templates/v2/templates/TemplateD.Aspx?channel=9102, o leitor poderá ter mais detalhes sobre as conexões dos dispositivos DR da Siemens.

 

Especificações

Os dispositivos DR são especificados basicamente pela corrente nominal do circuito que devem proteger e pela corrente residual que provoca o desarme do circuito.

As correntes residuais podem variar entre 10 mA e 300 mA tipicamente e para a proteção contra curtos circuitos temos uma proteção adicional que é o disjuntos, especificados em ampères. Valores na faixa de 16 a 125 A são comuns nas instalações comerciais e residenciais.

Para mais informações sugerimos baixar informações técnicas em PDF no endereço:

http://www.industry.siemens.com.br/buildingtechnologies/br/pt/produtos-baixa-tensao/protecao-eletrica/saiba-mais/Documents/Dispositivos%20DR%20Modulos%20DR%20e%20Disjuntores%20DR.pdf

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