Um instalador solar residencial do Arizona instalou uma bateria de armazenamento em uma instalação concluída. O alimentador do banco de baterias teve uma instalação limpa no lado DC; isso foi realizado com um MCB de 80A/1200VDC (com o MCB construído a partir da série MCB HUB9NEZ da HUYU) para protegê-lo. O lado AC, no entanto, exigia um disjuntor para proteger o lado de saída do inversor. Felizmente, o instalador tinha um MCB DC extra (do mesmo tamanho de quadro) que ele instalou em vez disso. Após operar por duas semanas, o disjuntor do inversor desarmou após a unidade de ar condicionado estar sob uma carga pesada, e desta vez, o arco interno não se extinguiu. As faces de contato foram severadas, o disjuntor foi defletido, e a corrente de falha continuou pela linha até que o disjuntor principal a montante se abrisse. O que parecia ser uma interrupção rotineira de sobrecorrente resultou, em última análise, em um quase incêndio extraordinário devido a um disjuntor projetado para tensão DC sendo forçado a interromper tensão AC.
O caso descrito neste relatório de segurança de campo de uma importante organização da indústria fotovoltaica é uma confirmação óbvia de por que os acadêmicos não devem abordar se existe ou não compatibilidade de circuito AC para MCBs DC. A resposta é simples—não use um disjuntor classificado apenas para DC em um circuito AC ou vice-versa, independentemente de ser de dupla classificação (pelo fabricante) e identificado como tal.
A funcionalidade única dos mecanismos físicos que extinguem o arco elétrico causado por cada tipo de circuito é tão fundamentalmente diferente, e portanto, usá-los de forma intercambiável realmente derrotará o propósito do dispositivo (o disjuntor) que fornece a proteção elétrica para a qual foi projetado.
O Problema da Extinção do Arco: Física da Interrupção AC vs. DC
Entender o que causou um disjuntor de circuito DC a desarmar em um circuito AC requer estar familiarizado com o arco elétrico. Quando os contatos de um circuito elétrico são abertos (separados) enquanto a corrente flui, os contatos separados produzem um arco que é, por si só, um caminho eletricamente condutivo. À medida que o arco elétrico continua, ele se torna um plasma ionizado composto por muitos elementos diferentes e não é mais composto de gás puro. Toda a corrente que flui através dos contatos abertos do circuito produz um arco (semelhante a uma máquina de soldagem por arco) até que o disjuntor desarme; esse processo ocorre em circuitos AC de alta tensão. O meio de extinção do arco depende de a corrente ser AC ou DC.
Em um circuito elétrico de corrente alternada (AC), a corrente passa por zero 100 ou 120 vezes a cada segundo (2 vezes a cada ciclo ou 50 ou 60 Hertz). Cada vez que a corrente passa por zero, ela colapsa brevemente (ou seja, instantaneamente) a energia do arco. Para extinguir o arco e efetivamente dividi-lo em pedaços de modo que nenhum pedaço individual tenha sua temperatura (ou seja, temperatura de ionização) acima da qual o arco irá reativar após passar por zero, um chute de arco (ou seja, uma pilha de placas de metal) é usado em um disjuntor miniatura AC para cortar e resfriar cada um desses segmentos. Consequentemente, todo o design desses dispositivos depende da extinção garantida de um arco a cada 8,3 milissegundos, quando a corrente passa por zero.
Nunca haverá cruzamento zero em uma corrente DC e a corrente elétrica é constante. Após o desenvolvimento de um arco, o arco continuará a existir até que os contatos sejam separados o suficiente, a tensão do arco seja maior do que o plasma do arco tenha esfriado o suficiente para que a fonte de tensão não consiga mais manter o arco ativo. Isso significa que o MCB usado para DC deve ter um campo magnético de extinção muito mais forte, seja de um ímã permanente ou de uma bobina de extinção conectada em série, para que o arco possa ser forçado a percorrer um caminho mais longo e espiral muito mais em uma câmara de arco de tamanho muito mais profundo. O espaço entre os contatos é maior em DC. O material da placa do chute de arco e sua forma são diferentes do AC. Assim, quando o MCB é usado em DC, ele funciona como um dispositivo de extinção forçada em vez de um dispositivo de extinção que utiliza o recurso de cruzamento zero.
A Instituição de Engenharia e Tecnologia (IET) forneceu uma explicação detalhada sobre o uso seguro de circuitos de proteção de corrente contínua em seu briefing técnico. Existem diferentes maneiras de testar e certificar disjuntores miniatura AC e DC porque eles operam de maneira diferente devido à forma como a interrupção do arco funciona. Por exemplo, disjuntores classificados para AC nunca foram capazes de interromper de forma confiável um arco de corrente contínua, enquanto disjuntores classificados para DC nunca foram capazes de interromper de forma confiável um arco de corrente alternada devido à natureza da polaridade variável da corrente alternada.
O que acontece quando o disjuntor errado é usado
A experiência do instalador do Arizona é comum. Quando uma instalação de Disjuntor Principal de Corrente Contínua (MCB) ocorre em um circuito de Corrente Alternada (AC), há duas maneiras de falhar.
Na metade do ciclo para frenteEm dispositivos de extinção de arco DC, a funcionalidade relacionada ao comportamento mecânico dos mecanismos de extinção de arco DC deve geralmente funcionar como esperado. Quando o mecanismo de sopro mecânico é ativado, o arco é empurrado pelo mecanismo de sopro magnético para a posição (ou seja, o resfriamento é iniciado). Por outro lado, quando o próximo meio ciclo de energia ocorre, a corrente elétrica alternada (AC) inverte a direção e faz com que o ímã permanente (ou bobina de sopro) empurre o arco na direção errada (ou seja, de volta para o dispositivo mecânico (dispositivo de extinção de arco), em direção ao final do disjuntor, e para uma parte do funil de arco que não foi criada para conter o arco). O arco pode queimar através da carcaça plástica do dispositivo, soldar contatos juntos ou escapar da proteção do dispositivo. As primeiras operações do disjuntor (disparos) podem resultar em operação bem-sucedida do disjuntor, mas a falha pode ocorrer após algum período de operação devido ao dano acumulado nos contatos.
Um disjuntor DC AC falhará de forma mais previsível, uma vez que o funil de arco está aguardando uma passagem por zero que nunca ocorrerá. Por causa disso, o arco continuará, fazendo com que os contatos falhem devido ao superaquecimento. O disjuntor ou não conseguirá interromper o ciclo ou pegará fogo. Como não há sopro magnético para lidar com a corrente em estado estacionário, o arco simplesmente permanece na lacuna de contato até que um dos contatos derreta. Portanto, ambos os casos falharam em cumprir a função básica de segurança do dispositivo.
Disjuntores de Dupla Classificação: A Exceção Que Comprova a Regra
Existem disjuntores que podem ser usados para aplicações AC e DC. Eles não têm apenas disjuntores AC que mostram uma tensão DC como uma consideração posterior; eles também são especificamente feitos para lidar com ambos os tipos de arcos: (1) com passagens por zero auxiliando na extinção do arco (AC) e (2) sem qualquer assistência externa (DC). O fabricante deve fornecer certificados de teste de tipo para AC e DC. O fabricante também deve indicar que este é um disjuntor de circuito de dupla classificação certificado; por exemplo, “230Vac max. 400Vac max., 60VDC max/pólo.”
Quando você deseja uma única caixa para circuitos AC e DC ao mesmo tempo em uma instalação (como a cabine do inversor híbrido solar ou rack de energia telco), uma opção lógica é usar esses disjuntores de tipo combinação; no entanto, de acordo com o extenso guia de aplicação da EC&M, há apenas um número limitado de dispositivos de classificação combinada disponíveis e quase todos os mini disjuntores são classificados e testados para apenas um dos dois tipos de corrente; portanto, se você tiver um dispositivo classificado para AC e tentar usá-lo onde um dispositivo classificado para DC é necessário, não poderá usar esse dispositivo classificado para AC a menos que o fabricante tenha lhe dado permissão por escrito para fazê-lo.
Selecionando o Disjuntor Correto para Sua Aplicação
A decisão entre um MCB DC de 32A e um disjuntor AC é totalmente impulsionada pelo tipo de corrente do circuito. A tabela abaixo resume o cenário de aplicação:
| Tipo de Circuito | Disjuntor Necessário | Produto Típico |
|---|---|---|
| Circuitos de ramificação AC (iluminação, tomadas, aparelhos) | disjuntor AC | HUYU HUM18‑63 MCB AC (1P–4P, 10kA, curvas B/C/D) |
| Circuitos de motor AC | MCB AC ou MCCB com curva de disparo apropriada | HUYU HYM1 MCCB |
| Proteção de string de array PV DC | MCB DC, frequentemente sensível à polaridade | HUYU HUM18PV‑63 DC MCB (até 1000V DC) |
| Banco de baterias DC e entrada DC do inversor | MCB DC ou MCCB DC, preferencialmente não polarizado | HUYU HUB9NEZ‑80 Disjuntor DC (16A–80A, até 1200V DC, UL/TUV) |
| Enclosures AC/DC mistos | Disjuntor de dupla classificação, ou disjuntores AC e DC separados claramente | Verifique a dupla classificação e marcações do fabricante |
Para orientações adicionais sobre como combinar classificações de disjuntores ao seu circuito, nosso artigo sobre qual tamanho de disjuntor você precisa cobre os métodos de cálculo NEC e IEC para cargas AC e DC.
Podem AC e DC Compartilhar o Mesmo Fio?
Outra questão de importância semelhante é a capacidade dos condutores AC e DC de ocupar a mesma enclosure (conduíte/corrugado/enclosure). A Electrical Construction and Maintenance Magazine (EC&M) fornece algumas orientações em suas diretrizes práticas de instalação atualizadas sobre a capacidade do NEC (Código Elétrico Nacional) de permitir isso em circunstâncias limitadas; no entanto, é quase sempre mais seguro mantê-los fisicamente separados. Todos os Condutores Dentro do Mesmo Corrugado Devem Ser Classificados Para Lidar com a Tensão Máxima Atualmente Presente (AC ou DC). Portanto, os Condutores DC Devem Ser Classificados Para a Tensão AC de Pico, E os Condutores AC Devem Ser Classificados Para a Tensão DC Máxima.
Em termos práticos, isso geralmente leva os projetistas a ter conduítes separados para circuitos AC e circuitos DC, ou ter um gabinete com compartimentos que são claramente separados uns dos outros. Normalmente, uma divisória separará o compartimento AC do compartimento DC dentro de um gabinete de inversor solar. Isso é indicado pelos condutores DC sendo isolados com fio vermelho/preto, e os condutores AC sendo isolados com cores marrons/azuis (harmonizadas) ou preto/branco (América do Norte). Misturar esses tipos de condutores sem a segregação apropriada causa maior dificuldade em isolar os níveis de tensão, e também cria um potencial maior para identificar incorretamente o(s) condutor(es) correto(s) durante a manutenção.
Perguntas Frequentes
O MCB DC pode ser usado para AC?
Nenhum MCB pode ser usado em AC, a menos que o fabricante tenha identificado a fiação do circuito como adequada para uso em AC e DC e, portanto, de dupla classificação e marcada. Se o MCB não foi fabricado com um mecanismo definido para extinguir um arco em AC, então esse mecanismo pode falhar no meio ciclo reverso de AC, causando assim os contatos a soldarem-se ou a queimarem através da carcaça do MCB.
Os MCBs podem ser usados para DC?
Um MCB AC padrão nunca deve ser conectado a um circuito DC, a menos que seja especificamente classificado e certificado para uso com circuitos DC. Um MCB AC depende de uma passagem por zero na forma de onda AC para fornecer uma interrupção em caso de sobrecarga. A corrente DC não exibe essa característica e, portanto, o disjuntor não será capaz de interromper as correntes de falha DC ao longo de um circuito, causando um potencial risco de incêndio.
Os disjuntores AC funcionam com DC?
Disjuntores AC não são projetados para operar efetivamente com circuitos DC. No DC, não há um momento em que a corrente cruza zero, o que significa que o meio pelo qual um disjuntor AC extingue um arco não será capaz de resfriar e extinguir um arco DC sustentado. Portanto, o disjuntor pode não interromper a corrente corretamente, pode superaquecer e queimar, ou até mesmo causar um incêndio.
Você pode colocar AC em um disjuntor DC?
Não é seguro usar um circuito AC em um disjuntor DC. O campo magnético de extinção usado para ajudar a interromper correntes DC causará uma descarga de arco inadequada durante o semiciclo reverso de uma onda de tensão AC, causando uma perturbação que chamamos de falha. Portanto, um disjuntor classificado para AC deve ser usado em um circuito AC.
Qual é a diferença entre MCB AC e MCB DC?
A maior diferença na operação de MCBs AC versus DC é como eles extinguem um arco. MCBs AC usam um canal para extinguir o arco confiando na corrente passando por zero. MCBs DC usam um campo magnético de extinção mais forte, além de contatos de separação mais largos e um canal mais profundo para permitir que o arco seja extinto sem passar pelo ponto zero. MCBs DC também são tipicamente mais sensíveis à polaridade do que MCBs AC. Por outro lado, na prática, geralmente existem dois dutos independentes ou barreiras físicas entre circuitos AC e DC para que não haja chance de falha entre um circuito AC e DC e para facilitar a identificação dos circuitos por suas tensões, etc.
Referências
- IET Wiring Matters — Aplicação Segura de Dispositivos de Proteção DC — Institution of Engineering and Technology, orientação técnica sobre seleção e instalação de disjuntores DC.
- EC&M — Disjuntores AC vs. DC: Qual é a Diferença? — Electrical Construction & Maintenance, guia prático sobre tecnologia e aplicação de disjuntores.
- EC&M — Misturando Condutores AC e DC: Código e Melhores Práticas — Electrical Construction & Maintenance, guia de instalação cobrindo requisitos NEC para sistemas de corrente mista.
- Fundação Internacional de Segurança Elétrica (ESFI) — Recursos de segurança elétrica residencial e no local de trabalho, incluindo orientações sobre proteção de sistemas fotovoltaicos.
A questão de compatibilidade de circuito DC MCB AC tem uma única resposta correta: o disjuntor deve corresponder ao tipo de corrente. Um disjuntor DC em um circuito AC, ou um disjuntor AC em um circuito DC, é um dispositivo de proteção que foi solicitado a operar fora de seu envelope testado e certificado. As consequências variam desde disparos indesejados até falhas catastróficas. Em uma instalação elétrica, o rótulo no disjuntor — “AC,” “DC,” ou o raro “AC/DC” — é a informação mais importante no dispositivo. Respeitar esse rótulo garante que, quando ocorrer uma falha, o disjuntor abra, extinga o arco e mantenha tudo a jusante seguro. Na HUYU, fornecemos MCBs AC, MCBs DC e disjuntores com dupla certificação, cada um claramente marcado e testado conforme o padrão relevante, porque ninguém deve ter que adivinhar se um disjuntor funcionará quando for chamado para salvar um circuito.
