Como coordenar os disjuntores MCCB a montante e a jusante: Um guia para a proteção seletiva

Por Jimmy Zheng | Gestor de Negócios Internacionais na SSPD

Resposta rápida: Como se coordenam os disjuntores MCCB a montante e a jusante?

Para coordenar os disjuntores em caixa moldada (MCCBs) a montante e a jusante, os engenheiros devem avaliar as condições de carga, a corrente de curto-circuito prevista, os parâmetros de disparo, as curvas características tempo-corrente e os dados de seletividade fornecidos pelo fabricante. O objetivo é garantir que o disjuntor mais próximo de uma avaria interrompa o circuito afetado, enquanto a proteção a montante permanece fechada, dentro do intervalo de seletividade verificado.

Por que razão é importante a coordenação dos disjuntores MCCB?

Num sistema de distribuição elétrica industrial, um curto-circuito num dos ramos não deve interromper desnecessariamente o fornecimento de energia a toda a instalação.

Quando os disjuntores MCCB a montante e a jusante não estão devidamente coordenados, ambos os disjuntores podem disparar durante uma avaria a jusante. Isto pode desligar circuitos em bom estado, interromper a produção e dificultar o diagnóstico da avaria.

Por exemplo, uma avaria num pequeno quadro de distribuição auxiliar pode provocar o disparo do disjuntor principal de distribuição, caso os dispositivos de proteção não estejam devidamente coordenados.

A coordenação seletiva ajuda a limitar a interrupção à parte afetada do sistema elétrico. No entanto, é necessário verificar os dispositivos, as configurações e as condições reais de corrente de falha, em vez de partir de pressupostos baseados nos seus valores nominais de corrente.

O que é a seletividade entre disjuntores?

A seletividade, também designada por discriminação, é a capacidade de um sistema de proteção isolar uma avaria utilizando o dispositivo de proteção mais próximo da avaria, enquanto os dispositivos a montante permanecem operacionais.

Num sistema de distribuição típico, o disjuntor MCCB a montante protege um alimentador principal ou um quadro de distribuição, enquanto um disjuntor MCCB a jusante protege um circuito derivado ou uma carga individual.

Quando ocorre uma falha a jusante, a resposta pretendida é que o disjuntor MCCB a jusante interrompa a falha sem desligar desnecessariamente a alimentação a montante.

Há três resultados importantes:

• Seletividade total: A seletividade é mantida em toda a gama de correntes de falha especificada, até ao limite aplicável definido pelos dados de coordenação do fabricante.
• Seletividade parcial: A seletividade é mantida apenas até um limite especificado de corrente de falha.
• Sem seletividade verificada: Os dados disponíveis não comprovam que o disjuntor MCCB a jusante se dispare sem que o dispositivo a montante também entre em ação nas condições que estão a ser avaliadas.

A distinção entre seletividade total e parcial é importante. Uma combinação de disjuntores pode coordenar-se com sucesso em caso de sobrecargas e correntes de falha mais baixas, mas perder seletividade quando a corrente de curto-circuito se torna suficientemente elevada.

Para obter mais informações técnicas, consulte o Explicação do Guia de Instalações Elétricas sobre a coordenação dos disjuntores.

Como coordenar os disjuntores MCCB a montante e a jusante

Um estudo de coordenação fiável segue um processo sistemático. Não basta selecionar um disjuntor a montante de maior capacidade e um disjuntor a jusante de menor capacidade.

Passo 1: Definir o sistema elétrico

Comece por identificar o esquema de distribuição e as condições de funcionamento.

Recolha as seguintes informações:

• Tensão e frequência do sistema
• Esquema unifilar
• Características do transformador ou de outras fontes de alimentação
• Modelos de disjuntores MCCB a montante e a jusante
• Correntes nominais e capacidades de corte
• Tipos de unidades de disparo e configurações de proteção
• Dimensões dos cabos e características de carga relevantes
• Corrente máxima de curto-circuito prevista em cada local relevante

A fonte de alimentação é importante porque a corrente de falha disponível pode variar consoante a configuração do transformador, o funcionamento do gerador ou outras formas de abastecimento.

Quando forem possíveis várias configurações operacionais, a coordenação deve ser avaliada para cada uma das configurações relevantes.

Passo 2: Determinar a corrente de curto-circuito prevista

A corrente de curto-circuito prevista é a corrente que poderia circular num determinado ponto, numa condição de falha especificada, antes de o dispositivo de proteção a limitar ou interromper.

Este valor é essencial para avaliar se um disjuntor consegue interromper a falha com segurança e se os dispositivos a montante e a jusante conseguem coordenar-se.

Os engenheiros devem determinar a corrente de falha disponível nos pontos de instalação relevantes, recorrendo a um cálculo de curto-circuito adequado ou a um estudo verificado do sistema.

Não se deve escolher um disjuntor com capacidade de corte insuficiente apenas pelo facto de a sua corrente nominal ser adequada à carga.

Os dispositivos a montante e a jusante devem, cada um, cumprir os requisitos aplicáveis em matéria de proteção contra curto-circuito. Caso seja proposta uma configuração de proteção em cascata ou de proteção de reserva que tenha sido testada, a sua adequação deve ser confirmada com base nos dados de combinação documentados pelo fabricante.

Passo 3: Verificar as características nominais e as funções de proteção do disjuntor MCCB

Analise as classificações e as funções de proteção relevantes de ambos os disjuntores MCCB.

Parâmetro	O que verificar
Corrente nominal	Adequação aos requisitos relativos à carga e à proteção dos condutores
Tensão operacional nominal	Compatibilidade com o sistema elétrico
Icu	Capacidade máxima de interrupção de curto-circuito
Ics	Capacidade de interrupção de curto-circuito do serviço
Características da viagem	Funções de proteção contra sobrecarga, curto-circuito e outras funções de proteção aplicáveis
Configurações ajustáveis	Valores reais das configurações de tempo longo, tempo curto, instantâneo ou de falha à terra, quando disponíveis

Os parâmetros exatos disponíveis dependem do modelo do MCCB e da configuração da unidade de disparo.

Um valor nominal de corrente a montante mais elevado pode ajudar a estabelecer uma hierarquia de proteção, mas não comprova a seletividade. É necessário avaliar o comportamento real de disparo de ambos os dispositivos.

Passo 4: Comparar as curvas características de corrente em função do tempo

Uma curva de característica tempo-corrente (TCC) mostra como o tempo de atuação de um dispositivo de proteção varia em função da corrente.

Para a análise de coordenação, os engenheiros comparam as curvas a montante e a jusante ao longo da gama de corrente relevante.

O gráfico apresenta normalmente a corrente no eixo horizontal e o tempo de funcionamento no eixo vertical, sendo que, em geral, se utilizam escalas logarítmicas para ambos.

A comparação deve ter em conta:

• Funcionamento em sobrecarga
• Correntes de curto-circuito mais baixas
• Proteção de curto prazo, quando disponível
• Proteção instantânea
• Faixas de tolerância e características de funcionamento relevantes

Em níveis mais baixos de corrente de falha, o tempo de funcionamento do dispositivo a montante tem, geralmente, de ser suficientemente mais longo do que o tempo de funcionamento do dispositivo a jusante, para permitir uma interrupção seletiva.

No entanto, as curvas, por si só, podem não ser suficientes para determinar a seletividade em condições de curto-circuito de alta intensidade. O comportamento de limitação de corrente e a interação entre os dois disjuntores podem afetar o resultado.

Importante: Um diagrama conceptual do TCC explica o princípio, mas não permite verificar uma combinação específica de disjuntores SSPD. As decisões reais de coordenação exigem as curvas de produto corretas, os ajustes adequados e os dados aplicáveis do fabricante.

Passo 5: Verificar os dados de seletividade do fabricante

No caso de correntes de curto-circuito elevadas, as tabelas de seletividade do fabricante ou outros dados de coordenação validados assumem particular importância.

Estes documentos podem indicar a corrente de falha máxima até à qual uma combinação específica de disjuntores a montante e a jusante mantém a seletividade.

Ao analisar uma tabela, verifique se os seguintes elementos correspondem à instalação proposta:

• Gamas e modelos exatos de disjuntores a montante e a jusante
• Tipos de unidades de disparo
• Definições de proteção ou pressupostos predefinidos
• Tensão operacional nominal
• Condições de corrente e de falha aplicáveis
• Quaisquer restrições ou condições de instalação especificadas pelo fabricante

Não se deve partir do princípio de que um resultado de seletividade para uma combinação de produtos se aplica a outra combinação com uma intensidade nominal semelhante.

Se a combinação pretendida não estiver abrangida pelos dados disponíveis, solicite esclarecimentos ou uma verificação técnica ao fabricante. Até que existam provas suficientes, a combinação não deve ser descrita como totalmente seletiva.

Passo 6: Avaliar toda a gama de correntes de falha

Um estudo de coordenação não deve limitar-se a analisar apenas um valor atual conveniente.

Considere o intervalo relevante de correntes de falha potenciais, incluindo as condições em que o disjuntor a jusante possa entrar na sua região de disparo instantâneo.

A avaliação final deve determinar se a seletividade é total, parcial até um limite especificado ou se não foi demonstrada nas condições de funcionamento exigidas.

Nos casos em que esteja instalada uma proteção contra falhas à terra, as suas configurações e coordenação devem também ser avaliadas, conforme aplicável.

Se o sistema elétrico puder funcionar com diferentes fontes ou configurações, verifique os casos de funcionamento exigidos, em vez de se basear num único cálculo.

Métodos de coordenação seletiva

Podem ser utilizados vários métodos para coordenar os dispositivos de proteção. A sua adequação depende do projeto do disjuntor, das funções da unidade de disparo, dos requisitos do sistema e dos dados do fabricante.

1. Seletividade da corrente

A seletividade de corrente baseia-se nas diferenças entre os limiares de corrente dos dispositivos de proteção.

O dispositivo a jusante está geralmente configurado para responder a limiares de corrente de falha mais baixos do que o dispositivo a montante, sempre que as funções de proteção disponíveis permitam esta configuração.

Este método pode ser eficaz num determinado intervalo de corrente. O seu desempenho deve, no entanto, ser verificado em relação às características reais dos dispositivos, especialmente em caso de correntes de falha elevadas.

2. Seletividade temporal

A seletividade temporal recorre a atrasos operacionais coordenados.

O dispositivo a jusante destina-se a interromper a falha em primeiro lugar, enquanto o dispositivo a montante proporciona um tempo de funcionamento mais prolongado para falhas que ocorram na zona de proteção a jusante.

Este método depende das funções das unidades de disparo disponíveis e da capacidade do disjuntor a montante para suportar a falha durante o tempo de atraso necessário.

Não se devem introduzir atrasos temporais sem ter em conta a capacidade de resistência a curto-circuito do sistema e os requisitos de segurança aplicáveis.

3. Seletividade energética

A seletividade energética depende do comportamento de limitação de corrente e de energia dos dispositivos de proteção compatíveis.

O seu desempenho depende dos projetos específicos dos disjuntores e da sua interação durante a interrupção de falhas. Não se deve partir apenas das relações de corrente nominal ou de comparações genéricas de TCC.

Os dados de coordenação específicos do fabricante são particularmente importantes para este método.

4. Interbloqueio seletivo por zona

O interbloqueio seletivo por zona (ZSI) utiliza equipamento de proteção compatível e sinalização entre os dispositivos de proteção para melhorar a coordenação.

Por exemplo, um dispositivo a montante pode alterar a sua resposta quando recebe um sinal que indica uma avaria a jusante.

A função ZSI só está disponível em equipamentos compatíveis e não é uma característica universal dos disjuntores MCCB. A sua implementação requer unidades de disparo, cablagem e configurações adequadas, bem como o cumprimento das instruções do fabricante.

Exemplo prático: Avaliação de dois disjuntores MCCB num sistema de distribuição industrial

Consideremos um sistema de distribuição industrial ilustrativo com um alimentador principal protegido por um disjuntor MCCB a montante e um circuito derivado protegido por um disjuntor MCCB a jusante.

O circuito derivado alimenta equipamentos que podem sofrer uma sobrecarga ou um curto-circuito durante o funcionamento.

O objetivo da engenharia consiste em isolar uma avaria num circuito derivado sem interromper desnecessariamente o alimentador principal.

Uma avaliação prática seguiria os seguintes passos:

Em primeiro lugar, defina as condições do sistema. Confirme a tensão, a configuração da fonte de alimentação, os modelos dos disjuntores, as definições de proteção e a corrente de curto-circuito disponível no circuito derivado.

Em segundo lugar, verifique cada dispositivo individualmente. Verifique se os disjuntores MCCB a montante e a jusante são adequados para as respetivas cargas e cumprem os requisitos aplicáveis em matéria de proteção contra curto-circuito.

Em terceiro lugar, compare as características de proteção. Analise as curvas reais de tempo-corrente e determine se o dispositivo a jusante pode funcionar, em primeiro lugar, na gama de corrente necessária.

Em quarto lugar, verifique os dados da combinação. Confirme se o par específico de disjuntores possui limites de seletividade documentados para a tensão, as configurações e as condições de falha relevantes.

Por fim, registe o resultado. Indique as condições em que se verifica a seletividade e identifique quaisquer limites ou casos por resolver.

Sem as curvas relevantes e os dados de coordenação do fabricante, este exemplo não permite determinar se uma determinada combinação de MCCB é totalmente seletiva. Ilustra o processo de verificação, não o resultado de um produto testado.

Seletividade vs. Cascata: Qual é a diferença?

A seletividade e a cascata abordam diferentes aspetos da proteção elétrica.

Seletividade tem como objetivo garantir que o dispositivo de proteção mais próximo de uma avaria interrompa o circuito afetado, enquanto os dispositivos a montante permanecem ligados, dentro do intervalo de seletividade verificado.

Em cascata, também designada por «proteção de reserva», recorre às características de um dispositivo de proteção a montante para ajudar a proteger o equipamento a jusante contra condições de curto-circuito que, de outra forma, poderiam exceder a capacidade autónoma do dispositivo a jusante.

Uma configuração em cascata deve ser apoiada por dados adequados do fabricante relativos à combinação especificada. Não se deve partir do princípio de que proporciona seletividade total.

Estes conceitos estão relacionados, mas não são intercambiáveis. Um projeto pode recorrer à cascata para cumprir os requisitos de proteção contra curto-circuito sem, necessariamente, atingir o nível desejado de coordenação seletiva.

Para obter mais orientações técnicas, consulte o Guia de Seletividade, Cascata e Coordenação da Schneider Electric. Verifique sempre se as informações se aplicam aos produtos em questão.

Erros comuns na coordenação de disjuntores MCCB

Erro 1: Presumir que uma intensidade nominal mais elevada a montante garante a seletividade

Os valores nominais de corrente, por si só, não determinam o comportamento completo de disparo de dois disjuntores. É necessário ter também em conta as curvas de proteção, os parâmetros de disparo, a corrente de falha e a interação entre os dispositivos.

Erro 2: Ignorar as elevadas correntes de curto-circuito

Dois dispositivos podem coordenar-se numa parte da gama de funcionamento, mas perdem seletividade em caso de correntes de falha mais elevadas. O estudo deve abranger a gama de correntes de falha relevante.

Erro 3: Considerar as curvas TCC como a única prova

As curvas TCC são essenciais, mas podem não garantir totalmente a coordenação durante uma interrupção de alta corrente com limitação de corrente. Poderá ser necessário recorrer aos dados de seletividade fornecidos pelo fabricante.

Erro 4: Confundir a cascata com a seletividade

A proteção de reserva não significa automaticamente que o disjuntor a jusante irá interromper todas as falhas sem que o disjuntor a montante entre em ação.

Erro n.º 5: Utilizar dados relativos à combinação errada de disjuntores

Os resultados da coordenação podem depender do modelo exato do disjuntor, da unidade de disparo, das configurações, da tensão e de outras condições indicadas. Produtos de aspeto semelhante não devem ser considerados intercambiáveis sem provas concretas.

Lista de verificação para a coordenação do MCCB

Antes de finalizar um projeto de distribuição de baixa tensão, verifique se:

• O esquema unifilar e a configuração da fonte de alimentação foram confirmados.
• Foram determinadas as correntes de curto-circuito previstas em pontos relevantes.
• Ambos os disjuntores MCCB apresentam características técnicas e funções de proteção adequadas.
• As configurações reais do curso e as curvas características foram analisadas.
• Os dados de seletividade fornecidos pelo fabricante foram verificados para a combinação exata, sempre que necessário.
• Foram documentados os limites de seletividade parcial, se aplicáveis.
• As alegações em cascata são corroboradas pelos dados relevantes do fabricante.
• Foram tidas em conta a proteção contra falhas à terra e as configurações operacionais alternativas, sempre que aplicável.
• As configurações finais e as decisões de conceção são analisadas por um profissional qualificado na área da eletricidade.

Perguntas frequentes

Um disjuntor MCCB a montante com uma capacidade nominal mais elevada garante a seletividade?

Não. Uma corrente nominal a montante mais elevada, por si só, não garante a seletividade. O resultado depende das características de disparo dos disjuntores, das suas configurações, da corrente de falha prevista e dos dados de coordenação validados.

Qual é a diferença entre seletividade total e seletividade parcial?

A seletividade total significa que a coordenação é mantida em toda a gama de correntes de falha especificada, até ao limite aplicável. A seletividade parcial significa que a coordenação é mantida apenas até um valor definido de corrente de falha.

Posso combinar disjuntores MCCB de diferentes fabricantes?

Pode ser possível, mas não se deve partir desse pressuposto. Confirme se as curvas relevantes e os dados de coordenação corroboram a combinação proposta. Caso não estejam disponíveis informações validadas, o resultado da coordenação permanece por verificar.

Os disjuntores MCCB de disparo eletrónico proporcionam sempre uma melhor seletividade?

Não. As unidades de disparo eletrónicas podem oferecer funções de proteção ajustáveis que ajudam os engenheiros a desenvolver um projeto coordenado, mas o resultado depende das características reais do dispositivo, das configurações e dos requisitos do sistema.

Por que razão é que os disjuntores MCCB, tanto a montante como a jusante, podem disparar durante um curto-circuito?

Ambos os disjuntores podem responder a uma corrente de falha elevada se as suas características de funcionamento se sobreporem ou se a combinação não mantiver a seletividade nessa condição. A causa real deve ser determinada com base no estudo do sistema e nos dados dos dispositivos.

A coordenação em cascata é o mesmo que a coordenação seletiva?

Não. A disposição em cascata diz respeito à proteção de curto-circuito de reserva, utilizando uma combinação de dispositivos testada. A seletividade diz respeito ao dispositivo de proteção que interrompe a falha. Uma disposição em cascata não garante automaticamente a seletividade total.

Conclusão

A coordenação dos disjuntores MCCB a montante e a jusante requer mais do que a simples seleção de diferentes intensidades nominais. Os engenheiros devem avaliar os níveis de falha do sistema, as configurações de proteção, as características tempo-corrente e os dados de coordenação fornecidos pelo fabricante para estabelecer o nível de seletividade necessário.

Um estudo de coordenação documentado contribui para melhorar o isolamento de falhas, reduzir interrupções de energia desnecessárias e garantir um sistema de distribuição de baixa tensão mais fiável.

Sobre a SSPD

A SSPD fabrica produtos de proteção elétrica de baixa tensão, incluindo disjuntores em caixa moldada (MCCBs), disjuntores de ar (ACBs), disjuntores miniatura (MCBs), disjuntores de proteção de motores (MPCBs) e contactores de corrente alternada.

Para questões relacionadas com projetos, os compradores e os fabricantes de aparelhagem de comutação podem contactar a SSPD, indicando a tensão do sistema, os requisitos de carga, os modelos de disjuntores propostos e as informações disponíveis sobre a corrente de falha, a fim de discutir a adequação do produto e a documentação técnica necessária para a avaliação.

Sobre o Autor

Jimmy Zheng
Gerente de Negócios Internacionais na SSPD

Jimmy Zheng dedica-se aos produtos elétricos de baixa tensão e ao comércio internacional B2B, colaborando com distribuidores, fabricantes de aparelhagem de distribuição e clientes industriais na seleção de produtos e nos requisitos de aprovisionamento.

As suas áreas de especialização incluem disjuntores MCCB, ACB, MCB e MPCB, contactores CA e soluções de proteção de circuitos de baixa tensão.