Imagine que um acidente acaba de acontecer em uma instalação industrial. Um operador de empilhadeira perde o controle e esmaga um eletroduto que transporta os cabos entre um painel de controle e uma bomba, provocando um grave curto-circuito.
Esse incidente pode ter dois desfechos distintos:
- Resultado A: O painel de controle da bomba se rompe, expondo trabalhadores e equipamentos próximos a intenso calor e à projeção de fragmentos.
- Resultado B: O painel de controle interrompe o curto-circuito com segurança. Após a inspeção dos dispositivos do painel e a substituição dos cabos ou componentes danificados, a operação pode ser retomada imediatamente.
Esses dois cenários diferem porque, no Resultado B, o contator e os demais componentes do painel foram selecionados com base em sua Capacidade Nominal de Corrente de Curto-Circuito (Short-Circuit Current Rating – SCCR), considerando a corrente de curto-circuito disponível no local da instalação, além de outras especificações críticas de desempenho. A diferença entre os dois resultados está diretamente relacionada à forma como os valores de SCCR são definidos e aplicados.
O padrão mais utilizado para atribuir um valor de SCCR a painéis de controle elétricos é a UL 508A. Já o National Electrical Code (NEC) estabelece os requisitos de identificação (marcação) e o nível de corrente de curto-circuito que os painéis de controle devem suportar. Esses requisitos estão descritos na NEC 409.110, para painéis de controle, e na NEC 670.3(A), para máquinas industriais. Embora a conformidade seja obrigatória, esses requisitos de SCCR também representam importantes práticas de segurança destinadas a proteger tanto os equipamentos quanto as pessoas. Sem sua correta aplicação, aumentam significativamente os riscos de danos materiais e acidentes.
A classificação de um dispositivo envolve uma série de ensaios de alta corrente, conduzidos conforme os procedimentos estabelecidos pela UL, para validar seu desempenho durante um curto-circuito. O valor de SCCR e suas condições de aplicação são indicados na etiqueta do dispositivo ou em seu manual de instruções. Essas informações incluem o nível de corrente de SCCR para cada tensão de operação, bem como o tipo e a capacidade do dispositivo de proteção contra sobrecorrente (fusível ou disjuntor) que devem ser utilizados para que o SCCR especificado seja válido.
Durante um curto-circuito, ocorre um pico instantâneo de corrente, conhecido como corrente de falta (fault current), que pode atingir dezenas de milhares de ampères nos poucos milissegundos entre o início da falha e sua interrupção pelo disjuntor ou fusível mais próximo. O valor dessa corrente depende das características da instalação elétrica e da capacidade de fornecimento de corrente dos circuitos a montante. Em uma mesma planta industrial, esse valor pode variar significativamente entre diferentes aplicações e até mesmo entre circuitos derivados individuais.
Para garantir a segurança, um painel de controle deve possuir um SCCR compatível com o ambiente em que será instalado. Em geral, o SCCR do painel é determinado pelo componente que apresenta o menor SCCR aplicado, pois este é, normalmente, o elemento com menor capacidade de suportar os efeitos de um curto-circuito. Esse valor indica a corrente máxima de curto-circuito que o painel pode suportar com segurança, mas não representa a corrente de falta que efetivamente ocorrerá durante um evento real. A corrente de falta disponível depende exclusivamente do sistema elétrico ao qual o painel está conectado.
Para compreender como os valores de SCCR garantem a segurança de painéis de controle em ambientes industriais, este artigo apresenta o processo de cálculo do SCCR e discute como a seleção adequada dos dispositivos de controle pode melhorar o projeto do painel, mantendo a conformidade com as normas NEC e UL.
Calculando um Valor Mínimo de SCCR
A determinação do SCCR necessário para uma determinada aplicação começa com a estimativa da corrente de falta que o painel poderá enfrentar durante um curto-circuito. Normalmente, isso envolve a análise do circuito de alimentação a montante, iniciando pelo transformador de potência mais próximo.
A capacidade do transformador representa o maior valor possível de corrente de curto-circuito disponível. Entretanto, esse valor pode ser reduzido pelos diversos dispositivos existentes entre o transformador e o painel, além da própria fiação, já que condutores longos introduzem impedância no circuito.
O cálculo da corrente de falta fornecida por um transformador de potência utiliza uma fórmula relativamente simples. Em um sistema trifásico:
Corrente de Falta Disponível = ((kVA × 1000) ÷ 1,732 ÷ Tensão Secundária) ÷ (IZ ÷ 100)
Esse cálculo corresponde à corrente no secundário do transformador dividida pela sua impedância, expressa em valor decimal. Por exemplo, para um transformador de 250 kVA, com tensão secundária de 480 V e impedância de 4,5%, a corrente de falta disponível é de aproximadamente 6,7 kA. Esse representa o maior valor de corrente de falta que o painel poderá enfrentar e, por isso, muitas instalações utilizam esse valor como referência para o dimensionamento.
A parte mais complexa consiste em determinar quais elementos do painel podem reduzir esse valor, permitindo diminuir o SCCR necessário. Isso exige cálculos detalhados, pois diversos fatores influenciam essa redução e, em muitos casos, seu efeito é limitado. Cabe aos engenheiros avaliar se essa redução de classificação realmente compensa. Felizmente, atualmente existem ferramentas de cálculo on-line que simplificam esse processo.
Depois de determinada, essa corrente de falta deve ser utilizada para verificar se o painel é capaz de suportar um evento de curto-circuito. O primeiro passo é confirmar que o disjuntor responsável pela proteção do painel possui capacidade suficiente para interromper a corrente de falta fornecida pelo transformador. Essa capacidade é especificada pelo valor de Ampere Interrupting Capacity (AIC).
Se o valor de AIC for inferior à corrente de falta disponível, os contatos do disjuntor poderão não conseguir interromper o circuito, fazendo com que o curto-circuito permaneça ativo até que um fusível ou outro disjuntor localizado a montante atue. Retomando o exemplo anterior, em que a corrente de falta calculada foi de 6,7 kA, o disjuntor deve possuir um AIC superior a 6,7 kA, independentemente de sua corrente nominal, além de um SCCR compatível.
A determinação do SCCR de um painel segue os procedimentos definidos na UL 508A. Embora a aplicação prática exija uma análise detalhada de cada projeto, o processo básico é descrito no Suplemento SB da norma e envolve quatro etapas principais:
- SB4.2: analisar todos os circuitos derivados (branch circuits) e seus respectivos componentes do circuito de potência;
- SB4.3: identificar os componentes capazes de limitar a corrente de falta, como fusíveis e disjuntores;
- SB4.4: determinar o valor global de SCCR do painel;
- SB5.1: identificar o painel com a marcação correspondente ao seu valor de SCCR.
A determinação correta do SCCR depende da identificação do componente mais vulnerável do painel, ou seja, aquele que possui o menor SCCR, pois será o primeiro a sofrer danos durante um curto-circuito. Após estabelecer o SCCR do painel, os engenheiros devem compará-lo com a corrente de falta disponível da instalação para verificar se o equipamento pode ser utilizado com segurança na aplicação pretendida. Caso o SCCR seja insuficiente, será necessário modificar o projeto para limitar a corrente de falta ou substituir os componentes de menor classificação por dispositivos com um SCCR mais elevado.
Contatores TeSys Enfrentam os Desafios do SCCR
Em circuitos de controle, os contatores estão entre os componentes mais expostos aos esforços provocados por curtos-circuitos. Se um contator falhar durante uma condição de falta, todo o painel de controle poderá ser comprometido.
Por esse motivo, a seleção de um contator com um SCCR elevado e devidamente certificado é um fator essencial para garantir a segurança, a confiabilidade e a conformidade do painel elétrico.
A linha de contatores TeSys Deca, da Schneider Electric, foi desenvolvida para aplicações que vão desde motores monofásicos e trifásicos até sistemas de iluminação, aquecimento e outros equipamentos de alta potência (Figura 1).
A família de produtos inclui modelos com diferentes capacidades e formatos, cada um otimizado para tipos específicos de carga e condições de operação. Um elemento comum em toda a linha é a capacidade de suportar eventos de curto-circuito sem comprometer a segurança.
Essa característica é particularmente importante, pois alguns componentes utilizados em painéis de controle são projetados com menor capacidade de suportar curtos-circuitos como forma de reduzir os custos de fabricação.
Quando componentes de diferentes fabricantes são combinados em um mesmo painel, a verificação dos valores de SCCR pode se tornar complexa, principalmente quando é necessário considerar condições específicas de instalação que nem sempre são práticas de implementar. A padronização de componentes com desempenho de SCCR claramente definido e validado por ensaios ajuda a eliminar essa incerteza.
A Schneider Electric desenvolveu a linha TeSys Deca para oferecer capacidades de SCCR consistentes, ao mesmo tempo em que proporciona configurações práticas, excelente relação custo-benefício ao longo da vida útil e alta confiabilidade.
A Schneider Electric também disponibiliza uma ferramenta on-line de cálculo[1] para determinar a corrente de falta disponível em instalações específicas (Figura 2). A ferramenta orienta o usuário por meio de um processo de perguntas e respostas e permite armazenar os resultados para análises futuras. Após a realização dos cálculos para os circuitos derivados típicos da instalação, esses resultados podem servir como referência para desenvolver uma estratégia de projeto que evite o subdimensionamento do SCCR dos painéis de controle.
Encontrar o equilíbrio entre oferecer proteção adequada e evitar custos excessivos exige um trabalho criterioso de engenharia. No entanto, os prejuízos decorrentes de acidentes, falhas de segurança e danos aos equipamentos costumam ser muito maiores do que o investimento necessário para um projeto corretamente dimensionado.
Alguns exemplos de dispositivos da Schneider Electric desenvolvidos para eliminar os principais pontos de vulnerabilidade em painéis de controle incluem:
- Dispositivos combinados Tipo E ou Tipo F: economizam espaço no painel, porém normalmente são classificados para aplicações em 480Y/277 V. Os acionamentos combinados TeSys Ultra, para motores de até 20 HP, podem atingir valores mais elevados de SCCR em aplicações 480 V Delta quando utilizados em conjunto com um limitador de corrente.
- Barramentos (Busbars): são utilizados para distribuir energia entre diversos circuitos derivados. Na ausência de uma classificação específica, os barramentos assumem, por padrão, um SCCR de 10 kA. A linha TeSys Deca oferece combinações testadas conforme Tipo F, capazes de atingir até 100 kA, quando utilizadas com o acessório de barramento da própria linha.
- Transformadores: quando o SCCR de um painel de controle é insuficiente para determinada aplicação, os transformadores Classe 7400 podem reduzir a corrente de falta disponível, diminuindo, consequentemente, o SCCR exigido dos equipamentos instalados a jusante.
- Chaves seccionadoras (Disconnects): em muitos casos, é necessário utilizar fusíveis para que essas chaves alcancem um SCCR mais elevado. As chaves seccionadoras TeSys VLS podem oferecer classificações equivalentes utilizando tanto fusíveis quanto disjuntores.
- Blocos de distribuição de energia (Power Distribution Blocks): a maioria desses dispositivos depende do uso de fusíveis para alcançar valores de SCCR superiores a 10 kA. A Schneider Electric oferece uma ampla gama de soluções de SCCR, compatíveis tanto com fusíveis quanto com disjuntores, que frequentemente representam a opção preferida pelos projetistas.
Esses exemplos demonstram como é possível alcançar valores mais elevados de SCCR em diferentes configurações de painéis de controle.
Conclusão
A Capacidade Nominal de Corrente de Curto-Circuito (SCCR) é um dos principais fatores para garantir a segurança e a conformidade de painéis de controle elétrico. Como o SCCR de um painel é limitado pelo componente de menor classificação, a seleção criteriosa dos dispositivos é fundamental para evitar falhas durante condições de curto-circuito.
Normas como a NEC 409.110 e a UL 508A fornecem as diretrizes para a correta aplicação do SCCR, embora o processo de dimensionamento possa se tornar complexo dependendo das características específicas da instalação.
Ao utilizar componentes com classificações adequadas e ferramentas de cálculo apropriadas, os engenheiros podem projetar painéis que atendam aos requisitos das normas NEC e UL, protejam equipamentos e pessoas e reduzam significativamente o risco de retrabalho e de modificações dispendiosas no projeto.
[1] https://d2g0qnfxuxm8zr.cloudfront.net/faultcalc/FaultCalc.html
Artigo escrito por Schneider Electric e publicado no blog da Mouser Electronics: https://br.mouser.com/pt/blog/understanding-sccr-values-avoid-weak-links-safety-chain
Traduzido pela Equipe Embarcados.
