A seleção do disjuntor em caixa moldada (MCCB) adequado para o seu painel elétrico é uma decisão de engenharia crítica que tem um impacto direto na segurança, fiabilidade e desempenho do sistema. Um MCCB incorretamente selecionado pode levar a disparos incómodos, proteção inadequada, danos no equipamento ou mesmo falhas catastróficas. Este guia completo apresenta-lhe os factores essenciais e o processo passo a passo para selecionar um MCCB que corresponda perfeitamente aos requisitos do seu sistema elétrico.
O que é um MCCB e porque é fundamental para os quadros eléctricos?
Um disjuntor em caixa moldada (MCCB) é um dispositivo de proteção eléctrica vital alojado num invólucro robusto e isolado. Ao contrário dos disjuntores miniatura (MCBs), os MCCBs podem suportar correntes nominais mais elevadas (tipicamente 16A a 2500A) e fornecer capacidades de proteção superiores para sistemas de distribuição de energia.
Os CCM desempenham várias funções cruciais em aplicações de painel:
- Proteção contra condições de sobrecarga que podem danificar os condutores e o equipamento
- Proteção contra curto-circuitos para evitar danos catastróficos por avaria
- Proteção contra falhas à terra (nos modelos equipados)
- Isolamento elétrico para segurança da manutenção
- Operações de comutação fiáveis em várias condições de carga
A função principal de um CCM é interromper automaticamente o fluxo de corrente quando são detectadas condições de sobreintensidade:
- Prevenção de danos térmicos nos condutores e no isolamento
- Proteção do equipamento ligado contra correntes de defeito destrutivas
- Minimizar o risco de incêndios eléctricos
- Garantir a fiabilidade global do sistema
Factores chave a considerar ao selecionar um MCCB para um painel
1. Requisitos de classificação atual
A corrente nominal é o parâmetro mais fundamental na seleção de um CCM:
- Corrente nominal (In): Esta é a corrente máxima contínua que o CCM pode suportar sem disparar sob condições de referência especificadas. A corrente nominal do CCM deve ser maior ou igual à corrente de projeto do seu circuito (Ib).
- Cálculo da corrente de projeto:
- Para cargas CA monofásicas: Ib = P/(V×PF)
- Para cargas CA trifásicas: Ib = P/(√3×VL-L×PF)
- Para cargas DC: Ib = P/V
- Dimensionamento de cargas contínuas: Para cargas contínuas (funcionamento durante mais de 3 horas), é prática corrente selecionar um CCM com um valor nominal mínimo de 125% da corrente de carga contínua calculada: In ≥ 1,25 × Ib. Isto tem em conta o facto de os MCCBs em armários estarem tipicamente limitados a 80% da sua classificação nominal para funcionamento contínuo devido a restrições térmicas.
- Tamanho do quadro (Inm): Indica o valor máximo de corrente que um determinado quadro de CCM pode suportar. Por exemplo, um MCCB 250AF (Quadro de Amperes) pode estar disponível com configurações In de 100A a 250A.
- Considerações sobre a temperatura ambiente: Os MCCBs são normalmente calibrados para uma temperatura de referência (normalmente 40°C). Para temperaturas ambiente mais elevadas, devem ser aplicados factores de redução de acordo com as especificações do fabricante.
2. Seleção da tensão nominal
Os parâmetros de tensão nominal do CCM devem corresponder ou exceder os requisitos de funcionamento do seu sistema:
- Tensão operacional nominal (Ue): A tensão à qual o MCCB foi concebido para funcionar e interromper os defeitos. Os valores comuns incluem 230V, 400V, 415V, 440V, 525V, 600V e 690V. A Ue do CCM selecionado deve ser maior ou igual à tensão nominal do seu sistema.
- Tensão nominal de isolamento (Ui): A tensão máxima que o isolamento do CCM pode suportar em condições de ensaio. Este valor é tipicamente superior a Ue (por exemplo, 800V, 1000V) e fornece uma margem de segurança contra sobretensões de frequência de energia.
- Tensão suportável de impulso nominal (Uimp): O valor de pico de uma tensão de impulso normalizada (tipicamente uma forma de onda de 1,2/50 μs) que o MCCB pode suportar sem falhar. Esta classificação (por exemplo, 6kV, 8kV, 12kV) é crucial para garantir a fiabilidade em ambientes propensos a sobretensões transitórias provocadas por raios ou operações de comutação.
3. Requisitos de capacidade de rotura
A capacidade de corte define a capacidade do CCM para interromper com segurança as correntes de defeito sem ser destruído:
- Capacidade de rutura final (Icu): A corrente de curto-circuito máxima que o CCM pode interromper com segurança sob condições de teste especificadas. Após a interrupção de um defeito a este nível, o CCM pode não ser adequado para serviço posterior sem inspeção ou substituição. A regra crítica é que Icu deve ser maior ou igual à corrente de curto-circuito prevista (PSCC) calculada no ponto de instalação.
- Capacidade de rutura de serviço (Ics): A corrente de defeito máxima que o CCM pode interromper e manter-se em condições de funcionamento. Ics é tipicamente expresso como uma percentagem de Icu (25%, 50%, 75%, ou 100%). Para aplicações críticas em que a continuidade do serviço é fundamental, selecione um CCM com Ics = 100% de Icu e Ics ≥ PSCC.
- Cálculo da corrente de curto-circuito prospetiva (PSCC):
- PSCC = V/Ztotal, em que V é a tensão do sistema e Ztotal é a impedância total do sistema elétrico, desde a fonte até ao CCM.
- Os principais factores que afectam o PSCC incluem a classificação kVA e a impedância do transformador, o comprimento e a dimensão do cabo e outros componentes a montante.
- Para os cálculos do pior caso, considere o limite superior da flutuação da tensão e o limite inferior da tolerância da impedância do transformador.
- Capacidade de produção (Icm): A corrente assimétrica máxima de pico que o CCM pode fechar sem sofrer danos. A norma IEC 60947-2 especifica Icm como um fator de Icu, em que o fator depende do fator de potência do circuito.
4. Tipo e caraterísticas da unidade de viagem
O relé é o "cérebro" do CCM, responsável por detetar condições de falha e iniciar o disparo:
Tecnologias de unidades de viagem:
- Unidades de disparo termo-magnético (TMTU):
- Utilizar um elemento bimetálico para proteção contra sobrecargas (térmico) e um elemento eletromagnético para proteção contra curto-circuitos (magnético)
- Mais económico mas menos ajustável do que as unidades electrónicas
- Sensível às variações de temperatura ambiente
- Unidades de disparo eletrónico (ETU):
- Utilizar transformadores de corrente e microprocessadores para uma proteção mais precisa
- Oferecem uma ampla ajustabilidade e funções de proteção adicionais
- Fornecer caraterísticas como medição, comunicação e diagnóstico
- Mais estável face a variações de temperatura
Tipos de caraterísticas de viagem:
- MCCBs tipo B: Disparo magnético a 3-5 vezes a corrente nominal. Adequado para cargas resistivas como elementos de aquecimento e iluminação onde as correntes de arranque são baixas.
- Disjuntores de tipo C: Disparo a 5-10 vezes a corrente nominal. Utilização geral para aplicações comerciais e industriais com cargas indutivas moderadas, como pequenos motores ou iluminação fluorescente.
- MCCBs tipo D: Disparo a 10-20 vezes a corrente nominal. Concebido para circuitos com correntes de arranque elevadas, tais como grandes motores, transformadores e baterias de condensadores.
- MCCBs tipo K: Disparo a aproximadamente 10-12 vezes a corrente nominal. Ideal para cargas indutivas de missão crítica que requerem uma elevada tolerância à irrupção com arranques frequentes, como transportadores ou bombas.
- MCCBs tipo Z: Disparo com apenas 2-3 vezes a corrente nominal. Proteção altamente sensível para equipamentos electrónicos e de missão crítica, em que mesmo as sobrecargas curtas podem causar danos.
Funções de proteção do relé eletrónico (LSI/LSIG):
- L - Atraso de tempo longo (sobrecarga): Protege contra sobrecorrentes contínuas.
- Ir (captação): Tipicamente 0,4 a 1,0 × In
- tr (Atraso): Caraterística de tempo inverso (por exemplo, 3s a 18s a 6 × Ir)
- S - Atraso de tempo curto: Para defeitos de corrente mais elevada com necessidades de coordenação.
- Isd (Recolha): Tipicamente 1,5 a 10 × Ir
- tsd (Atraso): 0,05 a 0,5 segundos (com ou sem função I²t)
- I - Instantâneo: Para resposta imediata a curto-circuitos graves.
- Ii (captação): Tipicamente 1,5 a 15 × In
- G - Falha de terra (se equipado):
- Ig (Captação): Tipicamente 0,2 a 1,0 × In ou valores fixos de mA
- tg (Atraso): 0,1 a 0,8 segundos
5. Seleção do número de pólos
O número de pólos determina quais os condutores que o CCM pode proteger e isolar:
- Sistemas monofásicos:
- Linha-Neutro (L-N): MCCB de 1 ou 2 pólos
- Linha a linha (L-L): MCCB de 2 pólos
- Sistemas trifásicos:
- Três fios (sem neutro): CCM de 3 pólos
- Quatro fios (com neutro): MCCB de 3 ou 4 pólos, consoante o sistema de ligação à terra
- Considerações sobre o sistema de ligação à terra:
- TN-C: CCM de 3 pólos (o condutor PEN não deve ser comutado normalmente)
- TN-S: CCM de 3 pólos com ligação neutra sólida, ou 4 pólos se for necessário isolamento do neutro
- TT: Recomenda-se vivamente a utilização de um CCM de 4 pólos para um isolamento completo
- IT (com neutro distribuído): MCCB de 4 pólos obrigatório
6. Considerações sobre a conceção física e a instalação
Os aspectos físicos dos CCM têm um impacto significativo nos requisitos de instalação e manutenção:
Opções de montagem:
- Montagem fixa: CCM aparafusado diretamente à estrutura do painel. É o mais económico, mas exige uma desconexão completa para a sua substituição.
- Montagem de encaixe: O MCCB liga-se a uma base fixa, permitindo uma substituição rápida sem perturbar a cablagem. Custo médio.
- Fixação por extração: MCCB em chassis extraível para isolamento e substituição com o mínimo de perturbação. Custo mais elevado mas maximiza o tempo de funcionamento dos circuitos críticos.
- Montagem em calha DIN: Disponível para MCCBs mais pequenos. Instalação simples em calhas standard de 35 mm.
Ligações e terminações:
- Tipos de parafusos: As opções incluem olhais mecânicos, olhais de compressão, espalhadores alargados e conectores de barramento.
- Dimensionamento do fio: Assegurar a compatibilidade dos terminais com os tamanhos de condutores necessários.
- Requisitos de binário: Crítico para ligações fiáveis - seguir as especificações do fabricante.
- Espaço de dobragem de arame: Deve respeitar os requisitos mínimos de raio de curvatura.
Factores ambientais:
- Temperatura ambiente: Afecta a capacidade de transporte de corrente.
- Altitude: O funcionamento acima de 2000 m requer uma redução dos valores nominais de corrente e tensão.
- Tipo de caixa e classificação IP: Afecta o desempenho térmico e a proteção contra os contaminantes.
- Grau de poluição: Classifica as condições ambientais previstas.
7. Coordenação eléctrica com outros dispositivos de proteção
A coordenação adequada garante que apenas o dispositivo de proteção mais próximo de um defeito funciona, minimizando o âmbito da interrupção:
Métodos de seletividade (discriminação):
- Seletividade atual: Definir limiares de corrente dos dispositivos a montante superiores aos dos dispositivos a jusante.
- Seletividade temporal: Introdução de atrasos intencionais no disparo de dispositivos a montante.
- Seletividade energética: Utilizar as caraterísticas de limitação de corrente e os valores de passagem de energia.
- Encravamento seletivo de zona (ZSI): Comunicação entre disjuntores para otimizar as decisões de disparo.
Em cascata (proteção de reserva):
- Permite que os disjuntores a jusante com menor capacidade de corte sejam protegidos por disjuntores limitadores de corrente a montante.
- Deve ser verificado através de testes e tabelas do fabricante.
- Pode ser económico, mas pode comprometer a seletividade.
8. Acessórios e caraterísticas adicionais
Os CCM podem ser equipados com vários acessórios para melhorar a sua funcionalidade:
- Disparo de derivação: Capacidade de disparo elétrico à distância.
- Libertação de subtensão: Desarma quando a tensão desce abaixo do nível predefinido.
- Contactos auxiliares: Indica o estado aberto/fechado do MCCB.
- Contactos de alarme: Sinaliza quando o CCM dispara devido a um defeito.
- Operadores de motores: Permitir o funcionamento elétrico à distância.
- Pegas rotativas: Possibilita o funcionamento manual, muitas vezes montado numa porta.
- Escudos de terminais: Reforçar a segurança do pessoal.
- Módulos de comunicação: Permitir a integração com sistemas de gestão de edifícios ou SCADA.
Guia passo-a-passo para selecionar o MCCB certo
Passo 1: Avaliar o seu sistema elétrico e os requisitos de carga
Antes de selecionar um MCCB, reúna as seguintes informações fundamentais:
- Parâmetros do sistema:
- Tensão e frequência nominais
- Número de fases e disposição da ligação à terra do sistema
- Caraterísticas da fonte de energia a montante (kVA do transformador, %Z)
- Condições do ambiente de instalação
- Calcular a corrente de projeto (Ib):
- Para uma única carga: Utilizar a fórmula adequada com base na potência nominal, tensão e fator de potência
- Para cargas múltiplas: Soma das correntes individuais (considerar factores de diversidade, se aplicável)
- Acrescentar margem 25% para cargas contínuas
- Calcular a corrente de curto-circuito prospetiva (PSCC):
- Considerar a capacidade e a impedância do transformador
- Ter em conta a impedância do cabo
- Incluir outras impedâncias a montante
- Utilizar os parâmetros do pior caso para segurança máxima
Passo 2: Determinar os valores de tensão e o número de pólos
- Selecionar a tensão nominal adequada:
- Assegurar que a tensão operacional (Ue) ≥ tensão do sistema
- Verificar se a tensão de isolamento (Ui) e a tensão de resistência ao impulso (Uimp) são adequadas
- Escolher o número correto de pólos:
- Com base no tipo de sistema (monofásico, trifásico)
- Considerar os requisitos do sistema de ligação à terra para a comutação do neutro
Passo 3: Selecionar a corrente nominal e a capacidade de rutura
- Determinar a corrente nominal (In):
- Assegurar que In ≥ corrente de projeto (Ib)
- Para cargas contínuas, aplicar o fator 125% (In ≥ 1,25 × Ib)
- Considerar as necessidades futuras em termos de capacidade (25-30% adicional)
- Selecionar a capacidade de rutura adequada:
- Assegurar que a capacidade de rutura final (Icu) ≥ PSCC calculado
- Para aplicações críticas, garantir uma capacidade de rutura de serviço (Ics) ≥ PSCC
- Considerar a criticidade do sistema ao determinar os Ics necessários como percentagem do Icu
- Selecionar o tamanho adequado da moldura (Inm):
- Com base na capacidade de rutura e na capacidade de entrada necessárias
- Considerar as restrições de espaço físico
Passo 4: Aplicar os factores de derivação necessários
- Redução de temperatura:
- Se a temperatura ambiente exceder a temperatura de referência (normalmente 40°C)
- Utilizar as curvas/tabelas de redução do fabricante
- Redução de altitude:
- Para instalações acima de 2000m
- Afecta tanto a corrente como a tensão nominal
- Agrupamento de desclassificação:
- Quando vários MCCBs são instalados próximos uns dos outros
- Aplicar o Fator de Diversidade Nominal (FDR) de acordo com a conceção do painel
- Impacto do invólucro:
- Considerar a ventilação do armário e a classificação IP
- Pode exigir uma redução adicional da temperatura
Passo 5: Selecionar o tipo de unidade de disparo e as definições de proteção
- Escolha entre um relé térmico-magnético ou eletrónico:
- Com base nos requisitos da aplicação, no orçamento e nas caraterísticas pretendidas
- Considerar a necessidade de adaptabilidade, comunicação e precisão
- Selecionar a curva ou caraterísticas de percurso adequadas:
- Com base no tipo de carga (resistiva, motor, transformador, eletrónica)
- Considerar os requisitos de corrente de arranque
- Configurar os parâmetros de proteção (para disparadores electrónicos):
- Definir a proteção contra sobrecarga (Ir) com base na corrente de carga real
- Configurar a proteção contra curto-circuitos (Isd, Ii) com base em cálculos de falhas
- Definir a proteção contra falhas à terra (Ig), se equipado
Passo 6: Assegurar a coordenação com outros dispositivos de proteção
- Verificar a seletividade com dispositivos a montante e a jusante:
- Utilizar tabelas de seletividade do fabricante
- Analisar as curvas tempo-corrente
- Aplicar o método de seletividade adequado (corrente, tempo, energia, ZSI)
- Verificar os requisitos em cascata, se aplicável:
- Verificar através de tabelas em cascata do fabricante
- Assegurar a proteção dos dispositivos a jusante
Passo 7: Finalizar os requisitos físicos e de instalação
- Confirmar se as dimensões físicas se adequam ao espaço disponível:
- Verificar os desenhos dimensionais do fabricante
- Assegurar a existência de espaços livres adequados
- Selecionar o método de montagem:
- Fixo, plug-in ou extraível com base nas necessidades de manutenção
- Considerar o custo do ciclo de vida versus o investimento inicial
- Selecionar as ligações de terminais adequadas:
- Com base no tipo, tamanho e quantidade de condutores
- Considerar o acesso para instalação e manutenção
Passo 8: Selecionar os acessórios necessários
- Identificar as funções auxiliares necessárias:
- Necessidades de controlo/monitorização à distância
- Requisitos de encravamento de segurança
- Integração com sistemas de automação
- Escolha os acessórios adequados:
- Disparos de derivação, disparos de subtensão, contactos auxiliares
- Encravamentos mecânicos, manípulos, protecções de terminais
- Módulos de comunicação, se necessário
Erros comuns a evitar na seleção de MCCBs
Subdimensionamento do MCCB
A seleção de um CCM com uma corrente nominal insuficiente pode conduzir a
- Disparos incómodos durante o funcionamento normal
- Envelhecimento prematuro do dispositivo
- Redução da vida útil do equipamento
- Paragens de produção desnecessárias
Ignorar requisitos de capacidade de rutura
Um CCM com uma capacidade de corte inadequada pode:
- Falha catastrófica durante uma falha
- Criar riscos graves para a segurança
- Causar danos extensos no equipamento
- Conduzem a períodos de inatividade prolongados e a reparações dispendiosas
Esquecer a coordenação com outros dispositivos de proteção
Uma coordenação adequada garante:
- Apenas o disjuntor mais próximo do defeito dispara
- Perturbação mínima do resto do sistema
- Isolamento e restauração de falhas mais rápidos
- Melhoria da fiabilidade do sistema
Negligenciar as considerações ambientais
O desempenho do CCM é afetado por:
- Temperatura ambiente (requer desclassificação a altas temperaturas)
- Níveis de humidade e poluição
- Altitude (requer redução de potência acima de 2000m)
- Ventilação do compartimento e dissipação de calor
Seleção incorrecta da curva de disparo
A utilização da curva de disparo incorrecta para a sua aplicação pode resultar em
- Disparos incómodos durante eventos de energização normais
- Proteção inadequada para cargas sensíveis
- Resposta de proteção descoordenada
- Fiabilidade do sistema comprometida
Considerações especiais para diferentes aplicações de painéis
Aplicações de painéis industriais
Para os painéis industriais, dar prioridade:
- Capacidades de rutura mais elevadas para ambientes industriais
- Caraterísticas de proteção do motor
- Construção robusta para ambientes agressivos
- Coordenação com arrancadores e contactores de motores
- Disparo seletivo para continuidade de serviços críticos
Painéis para edifícios comerciais
Para aplicações comerciais, considerar:
- Capacidades em cascata para proteção económica
- Capacidades de medição e monitorização
- Desenhos que poupam espaço
- Requisitos de manutenção e acessibilidade
- Conformidade com os códigos de construção comercial
Painéis de energia crítica
Para aplicações críticas como hospitais ou centros de dados:
- A seletividade e a discriminação entre disjuntores são essenciais (Ics = 100% Icu)
- Capacidades de operação e monitorização remotas
- Funcionalidades de comunicação avançadas
- Requisitos de fiabilidade mais elevados
- Sistemas de proteção redundantes
Exemplo de cálculo de dimensionamento de CCM
Vamos analisar a seleção de um MCCB para um painel de motor trifásico de 50 HP, 415V:
- Calcular a corrente de plena carga:
- O motor de 50 CV a 415 V, trifásico, tem uma corrente de carga total de aproximadamente 68 A
- Aplicar margem de segurança para funcionamento contínuo:
- 68A × 1,25 = 85A mínimo
- Considerar o arranque do motor:
- O arranque direto em linha pode consumir 6 a 8 vezes a corrente de plena carga
- Necessita de um CCM com ajuste de disparo magnético acima da corrente de arranque
- Determinar a necessidade de capacidade de rutura:
- Assumindo uma corrente de defeito disponível de 25kA
- Capacidade de corte necessária: 25kA × 1,25 = 31,25kA
- Seleção final do CCCM:
- Disjuntor de 100A com capacidade de corte de 35kA
- Curva de disparo termomagnético do tipo D ou disparo eletrónico com definições ajustadas para o arranque do motor
- Tensão nominal de 415V, configuração de 3 pólos
- Considere caraterísticas adicionais como contactos auxiliares para monitorização do estado
Conclusão: Assegurar uma seleção óptima de MCCB para o seu painel
A seleção do CCM adequado para o seu painel requer uma abordagem sistemática que considere vários factores técnicos, incluindo a corrente nominal, a tensão nominal, a capacidade de corte, as caraterísticas de disparo, a configuração dos pólos e considerações físicas. Ao seguir o processo passo a passo descrito neste guia, pode garantir que o seu sistema elétrico permanece protegido, fiável e em conformidade com as normas relevantes.
Lembre-se destes pontos-chave ao selecionar um MCCB:
- Dimensionar o CCM com base na corrente de carga calculada mais a margem de segurança adequada
- Assegurar que a capacidade de corte excede a corrente de defeito máxima prevista
- Selecionar caraterísticas de viagem compatíveis com o seu tipo de carga específico
- Considerar a coordenação com outros dispositivos de proteção
- Ter em conta as condições ambientais e aplicar a desclassificação adequada
- Escolha a configuração física e os acessórios com base nas necessidades da aplicação
Cumpra sempre os códigos e normas eléctricas relevantes, incluindo NEC, IEC ou regulamentos locais. Para aplicações críticas ou sistemas complexos, considere a possibilidade de consultar um engenheiro eletrotécnico qualificado ou a equipa de assistência técnica do fabricante do MCCB.
O tempo investido na seleção adequada do MCCB compensa através do aumento da segurança, fiabilidade e desempenho do sistema durante todo o ciclo de vida da sua instalação eléctrica.
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