Como funcionam os disjuntores?

Como funcionam os disjuntores?

Disjuntor - necessidade e definição

A eletricidade que chega à nossa casa ou a qualquer outro lugar proveniente das redes de distribuição de energia forma um grande circuito com as linhas que se conectam à usina formando uma extremidade chamada fio quente e as linhas que se conectam ao solo formando a outra extremidade. A carga elétrica flui entre essas duas linhas e o potencial é desenvolvido entre elas. A ligação das cargas (aparelhos) que oferecem resistência a este fluxo de carga completa o circuito completo e todo o sistema elétrico dentro da casa funciona bem, desde que os aparelhos tenham resistência suficiente e não provoquem sobrecorrente. Curto-circuito ou muita carga fluindo através do circuito ou conexão repentina do fio da extremidade quente ao fio terra aqueceria os fios, causando um incêndio. Para evitar tais situações, a proteção do circuito é usada, o que simplesmente corta o circuito restante em tais condições.



Geralmente, existem duas maneiras de resolver o problema acima:

Fusível . : Consiste em um fio fino encerrado em uma caixa. No caso de corrente excessiva, o fio do fusível simplesmente queima ou se desintegra, causando a quebra do circuito. No entanto, eles não são confiáveis ​​e o fio do fusível deve ser trocado manualmente após a queima. Assim, eles geralmente não são preferidos.


Fusível Elétrico Comuta : Outra forma de proteção do circuito é garantindo que o fluxo de corrente seja interrompido ou que a alimentação de tensão da linha seja interrompida, em caso de sobrecorrente. Isso é feito pela operação automática da chave que desarma na detecção de sobrecorrente ou qualquer falha, isolando assim a linha de falha de todo o circuito e novamente pode ser ligada para restaurar a operação. É mais vantajoso porque permite uma rápida identificação da zona de falha e um rápido restauro. Também é eletricamente seguro em comparação com um fusível.





Comuta

Fusível Eletrônico



Antes de entrarmos em detalhes sobre o disjuntor eletrônico, vamos dar uma olhada em um fusível eletrônico.

A classificação de tensão de um relé deve ser igual à tensão aplicada e o capacitor de 100uF deve ser usado e a corrente que passa pelo circuito pode ser ajustada usando um potenciômetro de 100K. Se um fusível for usado, o valor R2 deve ser reduzido. Enquanto SW1 é feito, isso traz L2 para o circuito, portanto, a corrente através do resistor R2 aumenta, causando uma queda de tensão maior em R2.


Fusível eletrônico reinicializável - Diagrama de circuito:

Diagrama de circuito de fusível eletrônico reiniciável

Através do preset 100K e R1, esta tensão aciona o SCR U1 que opera o relé RL1. Isso desconecta a alimentação da carga e, ao mesmo tempo, remove a alimentação do SCR. A sobrecarga deve ser removida e o sw2 deve ser desligado e ligado novamente para reiniciar. Qualquer SCR pode ser usado para atender aos requisitos de tensão e disparo de porta.

Necessidade de disjuntor eletrônico

Um disjuntor miniatura tradicional consiste em uma tira bimetálica para proteção contra corrente de carga e um eletroímã para proteção contra corrente de curto-circuito. Em caso de sobrecarga, a tira bimetálica se dobra causando a liberação da mola com o movimento do ponto de travamento e eventualmente a abertura dos contatos do MCB. A bobina eletromagnética desenvolve uma força magnetomotriz através dela quando uma grande corrente flui através dela, o que faz com que o ponto de travamento seja deslocado e isso novamente abre os contatos MCB. Assim, em caso de sobrecarga e curto-circuito, o MCB desarma para a posição desligada.

Miniatura

No entanto, existem várias desvantagens para este disjuntor miniatura convencional:

  • Eles são bastante caros e quanto mais é a corrente de curto-circuito, mais é o custo do MCB.
  • A tira bimetálica tende a ser deformada facilmente devido ao calor ou aumento da temperatura do ambiente, causando uma redução na capacidade de corrente do disjuntor.
  • Devido ao uso de componentes mecânicos, eles estão mais sujeitos ao desgaste.
  • O tempo de viagem é mais lento.

Para superar todos esses problemas, a solução mais conveniente é usar um disjuntor eletrônico ou um disjuntor envolvendo uma chave automática controlada eletronicamente. Não envolve qualquer bobina eletromagnética ou qualquer faixa térmica ou qualquer componente mecânico.

Definindo um disjuntor eletrônico

A disjuntor eletronico consiste no interruptor operado automaticamente controlado pelo feedback da carga. Baseia-se no fato de que no momento em que a corrente é muito puxada pelas cargas ou flui muito na linha, a chave é automaticamente fechada por um tempo e a chave é ligada automaticamente após esse determinado período de tempo . A chave pode ser uma chave eletrônica de potência como um SCR ou uma chave eletromecânica como um relé, que é controlada por qualquer elemento sensor de corrente, como um resistor. Este dispositivo de quebra de circuito ultrarrápido usa um resistor em série para detectar a corrente e, embora exceda o valor definido, a queda de tensão correspondente (através da resistência em série) também aumenta. Essa tensão é detectada, retificada para CC e então comparada com uma tensão predefinida por um comparador para gerar uma saída que aciona um relé por meio de um MOSFET para desarmar a carga instantaneamente. O mecanismo de disparo é muito rápido, pois é baseado em princípios de detecção de corrente, em vez de mecanismos de disparo baseados em térmicas como o MCB. Um microcontrolador pode ser usado para obter uma exibição em um LCD sobre o status do disjuntor.

Assim, ao usar este dispositivo, a interrupção ultrarrápida do circuito pode ser alcançada para salvar equipamentos caros de possíveis danos. Usando este conceito único, um protótipo pode ser desenvolvido como trabalho de projeto para estudantes de engenharia elétrica.

Um disjuntor eletrônico funciona segundo o princípio do mecanismo de detecção de corrente. Ele fornece proteção contra sobrecarga e curto-circuito, pois em qualquer caso a corrente através da linha é monitorada e a chave é desligada no caso de sobrecorrente fluindo.

Exemplo de funcionamento de um disjuntor eletrônico simples

Disjuntor eletrônico simples

Um elemento de detecção de corrente ou um resistor pode ser usado para detectar a quantidade de corrente que flui através da carga. A queda de tensão do resistor é dada à entrada não inversora do comparador e uma tensão fixa é dada ao terminal inversor do comparador. No caso de operação normal (corrente fluindo com um número adequado de cargas), a queda de tensão no resistor é menor do que a tensão fixa e a entrada do comparador é baixa o suficiente para fazer com que o MOSFET fique desligado. O contato comum do relé é conectado ao contato normalmente fechado e o circuito é concluído com a carga recebendo alimentação de corrente da rede elétrica.

No entanto, quando qualquer carga extra é conectada, a corrente através do elemento sensor de corrente aumenta, o que, por sua vez, aumenta a queda de tensão no resistor. Em algum ponto no tempo, esta queda de voltagem é maior do que a voltagem fixa, ou seja, a entrada no terminal não inversor é maior do que a entrada no terminal inversor do comparador. Isso causa uma saída lógica alta no comparador, com uma tensão suficiente para acionar o MOSFET para a condição ligada. Conforme o MOSFET conduz, a bobina do relé é energizada e o contato comum agora é conectado ao contato normalmente aberto. Isso causa um obstáculo ao fluxo de corrente, pois o circuito está interrompido e as cargas são comutadas devido à falta de alimentação.

Vantagens do disjuntor eletrônico

  • Os disjuntores eletrônicos podem ser projetados para desarmar em pequenas sobrecargas e não reagem às correntes de inrush.
  • Eles têm um tempo de resposta mais rápido, pois as características de resposta dependem apenas do tempo que leva para a corrente que passa pela junção semicondutora condutora ser zero.
  • Eles não sofrem com os problemas de desgaste dos sistemas convencionais, pois os componentes usados ​​são eletrônicos.
  • Eles são mais baratos porque os componentes usados ​​são mais leves e mais baratos e fáceis de manter.

Disjuntores eletrônicos práticos

Chave de proteção eletrônica da Phoneix

Funciona com alimentação de 24 V DC e vem com conceito de monitoramento e sinalização remota. Consiste em uma reinicialização controlada remotamente. É usado para proteger relés, controladores programáveis, motores, sensores, atuadores, válvulas, etc.

HFDE308032

Ele vem com recursos de corrente ajustável de 15-80 A e consiste em configuração de longo tempo ajustável, configuração de curto tempo e configuração instantânea com sinal de status e alarme integrado a ele.

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