Disjuntor

O disjuntor é um componente essencial na atualidade e um  importante mecanismo de segurança no interior de uma casa. Sempre que a fiação elétrica recebe corrente muito elevada o disjuntor corta a energia até que alguém possa resolver o problema. Sem os disjuntores (ou, como alternativa, os fusíveis), a eletricidade doméstica seria impraticável, devido ao perigo potencial de incêndios, danos resultantes de problemas na fiação elétrica ou falhas de equipamento.

Neste artigo, descobriremos como os disjuntores e fusíveis monitoram a corrente elétrica e como eles cortam a energia quando os níveis de corrente aumentam demais. Conforme veremos, o disjuntor é uma solução incrivelmente simples para um problema potencialmente letal.

Eletricidade básica

Para compreender os disjuntores, seria bom entendermos como funciona a eletricidade em nossas casas.

Eletricidade é definida pela suas três principais propriedades:

•  tensão
• corrente
• resistência

Tensão é a "pressão" que movimenta a carga elétrica. Corrente é o "fluxo" da carga, a quantidade de carga que passa pelo condutor medida em qualquer ponto específico. Um condutor oferece uma certa quantidade de resistência a este fluxo, que varia dependendo do tamanho e composição do condutor.

Tensão, corrente e resistência estão todas inter-relacionadas: você não pode mudar uma sem interferir na outra. Corrente é igual à tensão dividida pela resistência - geralmente definida por I = v / r. Podemos entender isso de forma intuitiva: se você aumentar a pressão que atua na carga elétrica ou diminuir a resistência, mais carga fluirá. Se você diminuir a pressão ou aumentar a resistência, menos carga fluirá.  

Então, como isso tudo está integrado na sua casa?

O sistema de fornecimento de energia transporta a eletricidade da usina geradora até a sua casa. Lá dentro, a carga elétrica circula em um grande circuito, composto por vários circuitos menores. Uma extremidade do circuito, o fio fase, conduz até a usina geradora. A outra extremidade, chamada de fio neutro, segue para dentro da terra. Em razão do fio fase conectar-se a uma fonte alta de energia e o fio neutro conectar-se a uma fonte de energia neutra (a terra), existe tensão através do circuito. A carga move-se sempre que o circuito é fechado. Define-se esta corrente como corrente alternada, porque muda de direção rapidamente.

A rede de distribuição elétrica fornece eletricidade a uma tensão constante (120 e 240 volts nos Estados Unidos), mas a resistência e, portanto, a corrente, variam dentro de uma casa. Todas as diferentes lâmpadas elétricas e eletrodomésticos oferecem uma certa quantidade de resistência, também denominada carga. Esta resistência é o que faz um aparelho funcionar. Uma lâmpada elétrica, por exemplo, contém um filamento interno que é muito resistente ao fluxo de carga. Ela tem que trabalhar duro para se mover, o que aquece o filamento e faz com que ele brilhe.

Em uma fiação, os fios fase e neutro nunca se tocam diretamente. A carga que passa pelo circuito sempre atravessa um aparelho, que age como um resistor. Desta forma, a resistência elétrica, em um eletrodoméstico, limita a quantidade de carga que pode fluir através do circuito - com tensão e resistência constantes, a corrente também deve ser constante. Eletrodomésticos são projetados para manter a corrente a um nível relativamente baixo por questões de segurança. Demasiada carga, fluindo através de um circuito em um momento específico, aqueceria os fios do circuito e de toda a fiação a níveis perigosos, podendo causar um incêndio.

Isso mantém o circuito elétrico funcionando normalmente, na maior parte do tempo. Mas, ocasionalmente, algo poderá conectar um fio fase diretamente a um fio neutro ou a algo que o conduza à terra. Por exemplo: o motor de um ventilador poderia sobreaquecer e derreter, fundindo os fios neutro e fase; ou alguém poderia colocar um prego na parede e, acidentalmente atingir um condutor elétrico. Quando o fio fase conecta-se diretamente a terra, a resistência no circuito é mínima, então, a tensão força uma enorme quantidade de carga pelos fios. Se esse processo continuar, os cabos sobreaquecerão e poderão iniciar um incêndio.

A função do disjuntor é interromper o circuito toda vez que ocorre sobrecarga ou curto-circuito.

O disjuntor

Básicos
O dispositivo de proteção de circuito mais simples que existe é o fusível. O fusível é apenas um fio fino, fechado em uma cápsula e que se conecta ao circuito. Quando o circuito é fechado, toda a corrente passa pelo fio do fusível, que recebe a mesma corrente que qualquer outro ponto do circuito. O fusível é planejado para  romper quando aquecido acima de um certo nível; se a corrente subir muito, o fio queima. A destruição do fusível abre o circuito antes que o excesso de corrente possa danificar a fiação.

O problema com o fusível é que ele funciona apenas uma vez. Toda vez que um rompe, precisa ser substituído. Um disjuntor faz basicamente a mesma coisa: abre o circuito assim que a corrente atinge níveis perigosos. No entanto, pode ser reutilizado.

Um disjuntor básico consiste de um simples interruptor, conectado a uma lâmina bimetálica ou a um eletroimã . O diagrama abaixo mostra a configuração de um eletromagneto.

O fio fase no circuito conecta-se às duas extremidades do interruptor. Quando o interruptor é ligado, a eletricidade pode fluir do terminal inferior através de um eletromagneto, subindo até um contato móvel, depois, através de um contato fixo e saindo pelo terminal superior.

A eletricidade magnetiza o eletromagneto. O aumento da corrente ativa a força magnética do eletromagneto, e a diminuição da corrente a reduz. Quando a corrente salta a níveis de risco, o eletromagneto baixa uma alavanca metálica conectada ao mecanismo do interruptor; este desloca-se, separando o contato móvel do contato fixo e quebrando o circuito. A eletricidade, então, é desligada.

Clique sobre o disjuntor e libere o interruptor

Uma configuração com lâmina bimetálica funciona com o mesmo princípio, exceto pelo fato de que, ao invés de energizar um eletromagneto, uma corrente alta entorta uma fina lâmina para mover o mecanismo. Alguns disjuntores usam uma carga explosiva para desligar o interruptor. Quando a corrente se eleva a um certo nível, ela detona o material explosivo, que aciona um pistão para abrir o interruptor.

Avançados

Disjuntores mais avançados usam componentes eletrônicos (dispositivos semicondutores) para monitorar os níveis de corrente, em vez de simples mecanismos elétricos. Esses elementos são muito mais precisos e desligam o circuito mais rapidamente, embora sejam bem mais caros. Por essa razão, a maioria das casas ainda usa disjuntores convencionais.

Um dos disjuntores mais recentes é o interruptor com circuito de falha de aterramento, ou GFCI. Esses sofisticados disjuntores são elaborados para proteger as pessoas contra choques elétricos, em vez de proteger a fiação do prédio. O GFCI monitora constantemente a corrente nos fios terra e neutro do circuito. Quando tudo está funcionando corretamente, a corrente nos dois lados deve ser exatamente a mesma. Assim que o fio fase conecta-se diretamente ao neutro (se alguém o tocar acidentalmente, por exemplo), o fio fase recebe um surto de corrente, o que não acontece com o fio neutro. O GFCI abre o circuito logo que isso acontece, prevenindo a eletrocução. Uma vez que não precisa aguardar que a corrente se eleve a níveis críticos, o GFCI reage de maneira mais rápida do que um disjuntor convencional.

Toda a fiação em uma casa passa através do painel central de disjuntores (ou caixa de fusíveis). Um painel central comum inclui cerca de uma dúzia de disjuntores ligados a vários circuitos dentro da casa. Um circuito poderia abranger todas as tomadas da sala de estar e um outro poderia reunir a iluminação em outro compartimento. Aparelhos maiores, como a central de ar condicionado ou o refrigerador, geralmente possuem seu próprio circuito.