Traduzido e adaptado por Carlos Delfino
Os disjuntores tradicionais possuem limitações, mas os avanços recentes levaram a melhorias significativas. Este artigo foi publicado pela EEPower como parte de uma parceria exclusiva de conteúdo digital com a Bodo’s Power Systems.
A metade do século XX viu inovações significativas nos sistemas elétricos residenciais e industriais. Uma das inovações mais impactantes foi a transição de fusíveis tradicionais substituíveis para disjuntores em miniatura (MCB). Enquanto os fusíveis forneciam proteção básica, eles precisavam ser substituídos após serem acionados. Os disjuntores, por outro lado, podiam ser facilmente reiniciados após uma desativação. Essa conveniência levou os códigos de construção e os padrões elétricos a favorecerem os disjuntores em vez de fusíveis em novas construções.
Tendências nos Disjuntores
Inovações como os interruptores diferenciais de fuga à terra (GFCI) e os interruptores de falha de arco (AFCI) melhoraram ainda mais os disjuntores ao longo dos anos. Apesar dessas melhorias, os disjuntores tradicionais ainda têm limitações devido aos seus relés mecânicos. Estas limitações incluem:
- Arqueamento: Quando os contatos do relé abrem ou fecham, pode ocorrer arqueamento, o que é especialmente problemático durante falhas de circuito com altas correntes.
- Velocidade de desconexão: A velocidade com que um disjuntor eletromecânico desconecta é limitada pela física de sua bobina e pela massa inercial do relé.
- Desgaste: Com o tempo, os contatos em um relé mecânico se desgastam, limitando o número de ciclos de interrupção.
A tendência atual é um novo tipo de disjuntor que substitui o relé eletromecânico por dispositivos de potência semicondutores, conhecidos como disjuntores de estado sólido (SSCB) ou disjuntores semicondutores (SCB). Esses SSCBs oferecem várias vantagens:
- Arqueamento: Os interruptores semicondutores conectam e desconectam sem produzir arcos, eliminando a necessidade de recursos especiais de supressão de arcos.
- Velocidade de desconexão: Livres das restrições de uma bobina magnética, os interruptores semicondutores podem operar centenas de vezes mais rápido do que os relés eletromecânicos. Esta resposta rápida permite que a corrente seja interrompida antes que se torne perigosa, o que é crucial para uma proteção eficaz do circuito.
- Desgaste: Como não possuem componentes mecânicos, os interruptores semicondutores podem realizar ciclos ilimitados de conexão/desconexão sem degradação.
Desafios dos Disjuntores Semicondutores
O desenvolvimento dos SCBs instalados diretamente em painéis elétricos originalmente projetados para disjuntores eletromecânicos permite uma transição gradual e metódica. No entanto, isso introduz desafios significativos, sendo o primeiro deles a gestão térmica. Os disjuntores tradicionais baseados em relés mecânicos têm resistência de contato extremamente baixa, produzindo pouco calor durante a operação normal. Consequentemente, os painéis de disjuntores possuem acomodações mínimas para a remoção de calor, com fluxo de ar limitado e sem dissipadores de calor. Dadas essas restrições, os SCBs projetados para painéis existentes devem gerar calor mínimo, necessitando de uma baixa resistência efetiva do interruptor semicondutor.
O segundo desafio para os SCBs é o tamanho. Para serem compatíveis com painéis existentes, os SCBs devem conformar-se ao formato dos disjuntores eletromecânicos existentes, limitando o número de dispositivos que podem ser instalados em paralelo para alcançar a resistência alvo definida pelas restrições térmicas do painel do disjuntor. Essas restrições impulsionam a necessidade de dispositivos de ultra-baixa resistência em pacotes compactos.
O Papel do JFET de SiC da Qorvo
O JFET de SiC da Qorvo atende a esses requisitos rigorosos com a menor resistência por área (RDS·A) de qualquer tipo de dispositivo em sua faixa de tensão, graças à sua estrutura simples. Este dispositivo oferece uma solução eficiente e robusta para os desafios enfrentados pelos SCBs, permitindo uma operação confiável e duradoura, mesmo em condições extremas.
Conclusão
Imaginem hoje que não existem produtos de proteção de circuitos existentes e que eles precisam ser desenvolvidos do zero. Nesse cenário, os disjuntores eletromecânicos e os disjuntores semicondutores competem para chegar ao mercado. Qual deles vence? Sua resposta a essa pergunta pode moldar o futuro da proteção de circuitos.
Este artigo foi originalmente publicado na Bodo’s Power Systems e é coautorado por Jonathan Dodge, P.E., Engenheiro Principal de Aplicações, e Andy Wilson, Desenvolvimento de Negócios Sênior, Qorvo. Publicado originalmente em 23 de julho de 2024.
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