Manutenção de célula

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Dispositivos de Proteção de Circuitos

Sistemas Elétricos e Eletrônicos de Aeronaves 2 — Manutenção de Célula

Prof. Fabriciu Alarcão Veiga Benini

Professor de Ensino Básico, Técnico e Tecnológico · Área Aeronáutica
Engenheiro Eletricista · Mestre em Sistemas Dinâmicos · Doutor em Telecomunicações

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA SÃO PAULO
Campus São Carlos · Técnico em Manutenção de Aeronáutica em Célula

A cena da cabine

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Um botão saltado no painel

Um painel de aeronave, e uma unidade com o botão saltado para fora.
O circuito não conduz, e a carga não funciona.
A pergunta não é de livro: o que se faz com esse circuito?

Antes da peça

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A proteção não segura a corrente

Condutores devem ser protegidos por disjuntores ou fusíveis.
A proteção não existe para segurar a corrente.
Ela interrompe o circuito antes de o condutor sofrer dano.

Antes da peça

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O que se protege é duplo

O condutor, que queima quando leva mais corrente do que a bitola permite.
O equipamento, que a sobrecorrente destrói.
Um só dispositivo olha para os dois.

Onde o protetor fica

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Perto da barra da fonte

O protetor fica o mais próximo possível da barra da fonte de força elétrica.
Assim cobre o trecho inteiro do circuito.
Longe da barra, sobra um pedaço de fio sem proteção.

Onde o protetor fica

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Quem manda no dispositivo

Geralmente, o fabricante do equipamento elétrico especifica o fusível ou disjuntor ao instalar.
A escolha do dispositivo não é do técnico.
A especificação vem junto com o equipamento.
Onde ela está, na prática, depende do equipamento.

Contra o quê

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As duas naturezas da ameaça

Sobrecorrente: a amperagem excede um valor pré-determinado.
Curto-circuito: passagem anormal por caminho de resistência muito baixa.
O curto-circuito é tratado como um caso de sobrecarga continuada.

O critério

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Abrir antes de o condutor emitir fumaça

O disjuntor ou fusível deve abrir o circuito antes de o condutor emitir fumaça.
A característica corrente/tempo do protetor cai abaixo da do condutor associado.
As características são igualadas para a utilização máxima do equipamento.

para a mesma corrente, o protetor leva menos tempo para abrir do que o condutor para queimar.

O critério

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Duas curvas, uma comparação

Curva I/t é o gráfico corrente × tempo: mostra em quanto tempo o dispositivo abre, para cada valor de corrente.
Cada dispositivo tem uma curva corrente × tempo.
Quanto mais corrente, mais rápido abre.
A curva do protetor fica abaixo da do condutor.
A tabela de seleção resolve essa comparação na prática — ela aparece adiante.

curva do protetor abaixo da curva do condutor.

Fusível

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Uma tira de metal em série

Um fusível é uma tira de metal que funde sob excessivo fluxo de corrente.
Seu limite de condução é cuidadosamente pré-determinado.
É instalado de forma que toda a corrente do circuito flua por ele.

Fusível

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Aquece, funde, o circuito para

A corrente passa da capacidade para que o fusível foi feito.
A tira de metal aquece e quebra.
O fluxo de corrente no circuito para.

Fusível

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Funde e tem de ser trocado

O fusível é descartável.
Depois de fundir, não volta ao lugar: é substituído.
Cada abertura custa uma peça nova.

Fusível

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A diferença está no tempo

Fusível e limitador de corrente não são a mesma coisa.
O fusível abre quando a corrente excede a capacidade suportada.
O limitador suporta uma sobrecarga considerável por um certo período.

Fusível

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Seccionar não é proteger

O limitador serve primariamente para seccionar um circuito de aeronave.
Não serve para proteger contra sobrecorrente instantânea.
Para isso existe o fusível.
Seccionar é separar o circuito da barra; proteger é interromper antes do dano.

Dois tipos de fusível

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Ação rápida e ação lenta

Ação rápida: abre muito rápido quando a amperagem nominal é excedida.
Ação lenta: construção espiralada por dentro.
Só abre em sobrecarga continuada, como um curto-circuito.

Dois tipos de fusível

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Onde cada um serve

O de ação rápida é para dispositivos que se destroem com pouco excesso de corrente, por pouco tempo.
O de ação lenta é para a sobrecarga mantida.
A escolha segue o equipamento que ele protege.

Fusível

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Onde o fusível vive na aeronave

Dois tipos de suporte na aeronave.
O "plug-in holder", para fusíveis pequenos e de baixa capacidade.
O "clip", para fusíveis de grande capacidade e para limitadores de corrente.

Substituição

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Trocar pelo tipo e pela capacidade

A capacidade do fusível precisa coincidir com as necessidades do circuito.
Ao substituir, consulta-se as instruções aplicáveis do fabricante.
A referência é o tipo e a capacidade corretos.

Substituição

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Fusível subido deixa de proteger

Um fusível de capacidade maior do que a especificada deixa de proteger.
O condutor passa a ser o elo mais fraco.
Quem queima, então, é o fio.

Disjuntor

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O painel que a cabine mostra

Uma fileira de dispositivos rearmáveis no painel.
Cada um responde por um circuito.
É aqui que acontece a cena da unidade saltada.

Disjuntor

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Interromper o fluxo de corrente

Um disjuntor interrompe o circuito e o fluxo de corrente.
A interrupção vem quando a amperagem excede um valor pré-determinado.
É usado no lugar de um fusível.

Disjuntor

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Descartável contra rearmável

O fusível funde e precisa ser substituído.
O disjuntor interrompe rápido o circuito e pode ser religado.
Às vezes, o disjuntor elimina a necessidade de um interruptor separado.
Quanto tempo depois de desarmar ainda se pode religar depende do manual.

Por dentro do disjuntor

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O tipo magnético

Quando flui excessiva corrente, produz-se força eletromagnética suficiente.
Essa força movimenta uma pequena armadura (peça móvel que aciona os contatos).
A armadura dispara o mecanismo.

Por dentro do disjuntor

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O tipo térmico

É a chave de sobrecarga térmica.
Consiste em uma lâmina bimetálica.
Percorrida pela corrente, a lâmina se curva e força a abertura da chave.
As obras dão dois tipos, e nenhum trecho os funde num terceiro.
Qual deles está no painel de bordo, as obras não dizem.

Duas regras de procedimento

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Desarme livre

Todo disjuntor religável abre o circuito onde está instalado.
Abre independentemente da posição do controle de operação.
Esses disjuntores são chamados de "desarme livre".

Duas regras de procedimento

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O que o manual proíbe: o rearme automático

O disjuntor de rearme automático se religa sozinho.
Ele não deve ser usado como dispositivo de proteção nos circuitos de aeronaves.
Com a falha persistente, o circuito passaria a abrir e fechar sem parar.

Quando um disjuntor desarma

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Desarmou: verifique antes

Quando um disjuntor desarma, o circuito elétrico deve ser verificado.
A falha é removida antes de o disjuntor ser rearmado.
A regra vem da [FAA-9] 9-99.

Quando um disjuntor desarma

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Um rearme, e só um

Às vezes o disjuntor desarma sem causa aparente.
Nesse caso, admite-se um rearme.
Desarmando de novo, existe falha no circuito.
Localizar a falha vem antes de qualquer novo rearme.
O que fazer sem acesso ao painel depende do procedimento do manual.

Disjuntor

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A proteção deixa de ser mecânica

Alguns projetos novos usam uma arquitetura digital de proteção de circuito.
O sistema monitora a amperagem de cada circuito.
Ao atingir o limite, a energia é redirecionada para outro caminho.
O ganho é peso e a redução de peças mecânicas.

Por que o RCCB existe

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O peso da fiação

RCCB (Residual Current Circuit Breaker) é o dispositivo que reúne, num só invólucro, as funções de relé e de disjuntor.
Grande parte do peso de uma aeronave deve-se à fiação elétrica de distribuição de energia.
Cabos de força vão do gerador aos sistemas e cargas.
Passam por painéis de disjuntores na cabine de pilotagem.
Quanta parte do peso é essa depende do sistema.

Por que o RCCB existe

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O problema é a distância

Essa cablagem pode atingir aproximadamente 100 metros em alguns aviões.
Num circuito de 75 ou 100 amperes, seriam usados fios de bitola 6 ou 4.
Grosso, caro e pesado, subindo da carga até a cabine.

Por que o RCCB existe

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A troca que resolve

O RCCB é montado junto da carga ou da fonte de força.
O que sobe até a cabine é um fio de comando de bitola 22.
Mais leve e mais barato.
O trecho de potência continua protegido: é o RCCB que o protege, no lugar em que ele está.

O que o RCCB é

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Um só invólucro, duas funções

O RCCB é, basicamente, o casamento de um relé e um disjuntor.
Pode ser usado individualmente ou em combinação.
Depende da aplicação.

Figura 6-82 — Representação simplificada do RCCB. Fonte: LAC – Instituto de Aviação Civil.

O que o RCCB é

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O RCCB como relé sozinho

Pode ser usado como um simples relé.
Montado adjacente à sua carga.
Operado remotamente por um fio de controle, com comando direto da cabine.
É o fio de controle que alimenta a bobina do relé.

Dentro do RCCB

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Ímã que é apoio e balanço

O circuito magnético usa um ímã permanente.
Ele é também o ponto de apoio e de balanço para a armadura.
Nas duas extremidades, eletroímãs que permitem a mudança de posição.

Figura 6-83 — Motor do disjuntor: bobinas SET e TRIP e ímã permanente. Fonte: LAC.

Dentro do RCCB

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A disputa das bobinas

Na posição SET, o fluxo do ímã passa pela armadura e pela extremidade esquerda.
Energizada a bobina T1-T2, o fluxo se reforça na direita.
E fica bem menor no eletroímã da esquerda.
A armadura é atraída para a bobina da direita, transferindo os contatos.
O que se descreve aqui é a ida de SET para TRIPPED.

A transferência dos contatos

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O contato B é um pulso

O contato B é de ação rápida e fica em série com a bobina T1-T2.
É fechado pelo movimento mecânico da armadura.
Sua abertura ocorre nos últimos instantes do movimento.
A bobina T1-T2 só fica energizada durante a transferência.
Quem fecha o B primeiro depende da sequência do sistema.

A transferência dos contatos

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A e B são dois contatos, um atuador

A e B são dois contatos no mesmo atuador.
A linha pontilhada indica a extensão da armadura.
A armadura é o atuador mecânico dos dois.
A e B não são os dois polos do circuito.

Figura 6-84 — Contatos do disjuntor: posições SET e TRIPPED. Fonte: LAC.

A transferência dos contatos

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A posição estável

A armadura cola no núcleo da bobina da direita.
Pela força magnética combinada com a inércia do movimento.
O dispositivo fica onde foi deixado.
E não gasta energia para permanecer.

Dentro do RCCB

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Não há mola de retorno

Não há mola de retorno no circuito magnético.
O ímã permanente é o ponto de apoio e de balanço da armadura.
Por isso ela não volta sozinha.
São duas posições estáveis.

Dentro do RCCB

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Duas posições, nenhuma energia

O dispositivo tem duas posições estáveis: SET e TRIPPED.
Em SET, a armadura está no polo esquerdo e os contatos fechados.
Em TRIPPED, passou para o polo direito e os contatos abriram.
Nenhuma das duas precisa de energia para permanecer.

Figura 6-85 — Disjuntor nas posições SET e TRIPPED. Fonte: LAC.

Relé ou disjuntor

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Ponto C fixo contra ponto C que trava

O ponto C é um ponto do mecanismo na alavanca L, e só ele.
Como relé, o ponto C é fixo, mesmo quando a alavanca L se movimenta.
Como disjuntor, o bimetal (lâmina de dois metais) retira o calço do ponto C.
O ponto C sobe e passa a segurar a alavanca aberta.
Ponto C fixo é relé; ponto C que se desloca e trava é disjuntor.

Dentro do RCCB

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A rota da corrente pelo RCCB

A rota do circuito é de L2, através do bimetal.
Passa por um dos contatos estacionários.
A ponte móvel fecha o circuito através dos seus contatos.
L1 está ligada diretamente ao outro contato estacionário.

entra em L2, passa pelo bimetal, pelos contatos, e sai em L1.

Relé ou disjuntor

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A bobina da esquerda fecha os contatos

Energizada a S1-S2, a armadura vai para o polo esquerdo.
O sistema de ligação fecha os contatos.
Energizada a T1-T2, ela cola no polo da direita.
E a mola K abre os contatos de potência, entre L2 e L1.

Relé ou disjuntor

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O RCCB como disjuntor

O próprio RCCB detecta a sobrecarga.
A corrente elevada flui por L2 e passa pelo bimetal.
Dependendo do valor, o bimetal começa a deflexionar-se.
É o dispositivo que abre, sem comando da cabine.

Figura 6-86 — Funcionamento do RCCB como relé e como disjuntor. Fonte: LAC.

Como o RCCB desarma

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A cadeia mecânica do desarme

O bimetal curva e força o ponto J para baixo.
Isso move o braço H, que retira o calço do ponto C da alavanca L.
Sem o calço, a mola K gira a alavanca para a direita.
Os contatos de potência abrem.

Como o RCCB rearma

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A condição do rearme

Para rearmar, energiza-se a bobina T1-T2 primeiro.
A mola M devolve o ponto C da alavanca L à posição normal.
A mola N devolve o braço H como calço para C.
Só depois se energiza a S1-S2 para fechar os contatos.
Se S1-S2 forçar antes, não há calço para segurar a alavanca aberta.

T1-T2 primeiro; S1-S2 depois.

Como o RCCB rearma

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Se a sobrecarga continua

Se a sobrecarga permanece, o bimetal volta a forçar o ponto J.
Os contatos abrem outra vez.
O dispositivo não se deixa religar sobre uma falha.
A [LV] descreve o comportamento e não lhe dá nome; "desarme livre" é termo da [FAA-9] para o disjuntor comum.

A régua prática

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A tabela de seleção

A tabela de seleção do fio e do protetor do circuito.
Três colunas: bitola, amperagem do disjuntor, amperagem do fusível.
A leitura é horizontal: escolhe-se a bitola e se lê ao lado a proteção aceita.

Figura 6-81 — Tabela do fio e do protetor do circuito (bitola AWG, amperagem, fusível e disjuntor). Fonte: LAC – Instituto de Aviação Civil.

A régua prática

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Como a tabela é lida

A primeira coluna é a bitola do fio de cobre, na numeração AN de 22 a 0.
Quanto menor o número, mais grosso o fio.
A segunda coluna é a amperagem do disjuntor, a terceira a do fusível.

A régua prática

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Dois casos lidos na tabela

Um fio AN 14 aceita disjuntor de 20 A e fusível de 15 A.
Um fio AN 6 aceita disjuntor de 80 A e fusível de 70 A.
Em cada bitola, o fusível abaixo do disjuntor.
A tabela dá os dois valores e não explica a diferença; na prática, usa-se o que a tabela manda.

A régua prática

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A tabela é típica, não universal

A tabela mostra um exemplo de seleção para condutores de cobre.
É aplicável a um conjunto específico de temperaturas ambientes e bitolas de feixe.
Quais são esses valores depende do manual do fabricante.
É apresentada somente como um exemplo típico.

A régua prática

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O fio sozinho ao ar livre

É importante consultar tais tabelas antes de selecionar o condutor para uma finalidade específica.
Um fio único ao ar livre pode ser protegido pelo disjuntor do próximo valor mais alto.
Sozinho, ele esquenta menos do que dentro do feixe.
A exceção é dada para o disjuntor; o fusível não recebe a mesma regra.

A régua prática

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A mesma régua na segunda tabela

A [FAA-9] traz a mesma tabela de seleção para condutores de cobre.
Vale para uma temperatura ambiente e um tamanho de feixe específicos.
É típica, não normativa.

Fechamento

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Armado e desarmado

Set é a posição fechada: armado.
Tripped é a posição aberta: desarmado.
São as duas posições de um disjuntor.
É o vocabulário que o painel usa.

Fechamento

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Os três dispositivos lado a lado

O fusível: funde e tem de ser trocado.
O disjuntor de painel: abre e pode ser rearmado à mão.
O RCCB: abre por sobrecarga e fecha por comando da cabine.
Os três resolvem a mesma função por naturezas diferentes.

Figura 6-87 — Diagrama simplificado usando o RCCB, com a chave do motor e o fusível. Fonte: LAC.

Os quatro critérios

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O que se protege, e quem manda

O que se protege é o condutor e o equipamento.
O protetor fica o mais próximo possível da barra da fonte.
Quem especifica o dispositivo é o fabricante do equipamento.

Os quatro critérios

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A curva abaixo da outra

A característica corrente/tempo do protetor fica abaixo da do condutor.
Assim o protetor abre antes de o condutor emitir fumaça.
A tabela de seleção é a forma prática de garantir isso.
E ela é típica: depende de temperatura e de feixe.

curva do protetor abaixo da curva do condutor.

Os quatro critérios

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Fusível pelo tipo e pela capacidade

Fusível se substitui pelo tipo e a capacidade do fabricante.
Nunca por um valor acima.
Subido, o fusível deixa de proteger e o fio queima.

Os quatro critérios

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Desarmou duas vezes: há falha

Desarmou com causa aparente? Se não há, admite-se um rearme.
Desarmando de novo, há falha no circuito.
Localizar a falha vem antes de qualquer novo rearme.
O dispositivo não volta ao painel até a falha ser removida.

Os quatro critérios aplicados

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O caso da tela 2: o disjuntor comum

Desarmou com causa aparente? Se não há, admite-se um rearme.
Desarmando de novo, há falha no circuito: localizá-la vem antes.
A proteção corresponde à bitola? Confere-se pela tabela, que é típica.
O disjuntor não volta ao painel até a falha ser localizada e removida.

Os quatro critérios aplicados

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O caso da tela 2: o RCCB

Saltou o RCCB? O caminho é outro: ele rearma por bobina.
Sem causa aparente, admite-se um rearme para o disjuntor de painel.
Para o RCCB, não há regra fixa de quantas vezes se pode tentar.
Desarmando de novo, há falha no circuito: localizá-la vem antes.
A proteção corresponde à bitola? Confere-se pela tabela, que é típica.
Enquanto a sobrecarga persistir, o RCCB não fecha.

T1-T2 primeiro, para destravar; S1-S2 depois, para fechar.

O que fica

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O que precisa ficar na memória

A curva do protetor abaixo da curva do condutor.
Fusível substituído pelo tipo e a capacidade do fabricante, nunca subido.
Disjuntor que desarma duas vezes indica falha no circuito.
Localizar a falha vem antes de qualquer rearme.

O que fica

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O RCCB rearma por bobina

O RCCB é rearmado por bobina, e não à mão.
T1-T2 primeiro, para destravar a alavanca.
S1-S2 depois, para fechar os contatos.
E não fecha enquanto a sobrecarga persistir.

T1-T2 primeiro; S1-S2 depois.

A frase que fecha

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Proteger é coordenar

Proteger é coordenar.
Coordenar é comparar a curva do protetor com a do condutor.
Escolhidos para o mesmo circuito, na mesma comparação.
A curva do protetor abaixo da do condutor.

curva do protetor abaixo da curva do condutor.

Verificação

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Exercício 1 — Disjuntor vs Fusível

Qual a principal diferença entre um disjuntor e um fusível?
Por que o disjuntor pode ser religado, mas o fusível não?
Em que situação o fusível é preferível ao disjuntor?

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Resposta

O disjuntor é um dispositivo eletromecânico que pode ser religado após o desarme, enquanto o fusível é um dispositivo de uso único que deve ser substituído após a queima. O fusível é preferível em situações onde se deseja proteção absoluta contra sobrecorrente, pois não pode ser religado indevidamente.

Verificação

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Exercício 2 — Bimetal

O que é um bimetal e como ele funciona?
Por que o bimetal é usado em disjuntores térmicos?
O que acontece quando o bimetal atinge sua temperatura de atuação?

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Resposta

Um bimetal é uma lâmina formada por dois metais com coeficientes de dilatação térmica diferentes. Quando aquecido, ele se curva porque um metal se expande mais que o outro. Em disjuntores térmicos, essa curva é usada para abrir os contatos e interromper o circuito quando a corrente excede o valor nominal.

Verificação

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Exercício 3 — Curto-circuito

O que é um curto-circuito?
Por que o curto-circuito é perigoso?
Qual dispositivo de proteção atua primeiro em caso de curto-circuito?

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Resposta

Curto-circuito é uma passagem anormal de corrente por um caminho de resistência muito baixa. É perigoso porque a corrente pode atingir valores muito altos, causando aquecimento excessivo e incêndio. O disjuntor ou fusível atua primeiro, interrompendo o circuito em milissegundos.

Glossário

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Glossário

Disjuntor: dispositivo eletromecânico que interrompe o circuito em caso de sobrecarga ou curto-circuito.
Fusível: dispositivo de proteção de uso único que queima quando a corrente excede o valor nominal.
Bimetal: lâmina de dois metais com coeficientes de dilatação diferentes.
Armadura: peça móvel que aciona os contatos em um relé.
Curto-circuito: passagem anormal de corrente por caminho de resistência muito baixa.
Sobrecarga: corrente acima do valor nominal por tempo prolongado.

RCCB: Residual Current Circuit Breaker — dispositivo que reúne, num só invólucro, a função de relé e a de disjuntor (protege e comanda o circuito).
Curva I/t: gráfico corrente × tempo — mostra em quanto tempo cada dispositivo abre, para cada valor de corrente.
Relé térmico: dispositivo que abre o circuito por aquecimento (bimetal), e não por força eletromagnética.
Bobina: fio enrolado que vira ímã quando a corrente passa; é o que aciona o relé.
Contato: par de peças que abre ou fecha o caminho da corrente.
Barramento: condutor que distribui corrente para vários circuitos.
Bitola: espessura do condutor, medida pela escala AWG.
TSO: Technical Standard Order — padrão técnico aprovado pela FAA.
STC: Supplemental Type Certificate — certificado suplementar de tipo.
Aeronavegável: condição de uma aeronave apta a voar com segurança.

A frase que fecha

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De ponta a ponta

Da barra da fonte até o motor, um caminho só.
O painel na cabine, o comando, o RCCB junto da carga.
A potência passa pelo RCCB e pelos contatos de potência.
O comando, por um circuito protegido por fusível pequeno.