Protecao Comando

(1)

SÉRIE METALMECÂNICA - ELETROMECÂNICA

PROTEÇÃO E

COMANDOS

(2)

(3)

CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA � CNI CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA � CNI

Robson Braga de Andrade Robson Braga de Andrade

Presidente Presidente

DIRETORIA DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA �DIRET� DIRETORIA DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA �DIRET�

Rafael Esmeraldo

Rafael Esmeraldo LucchLucchesi Ramacciotti esi Ramacciotti

Diretor de Educação e Tecnologia Diretor de Educação e Tecnologia

Júlio Sérgio de

Júlio Sérgio de Maya Pedrosa MoreiraMaya Pedrosa Moreira

Diretor Adjunto de Educação e Tecnologia Diretor Adjunto de Educação e Tecnologia

SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL �SENAI� SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL �SENAI� Conselho Nacional

Conselho Nacional

Robson Braga de Andrade Robson Braga de Andrade

Presidente Presidente

SENAI – Departamento Nacional SENAI – Departamento Nacional

Rafael Esmeraldo

Rafael Esmeraldo LucchLucchesi Ramacciotti esi Ramacciotti

Diretor-Geral Diretor-Geral

Gustavo Leal Sales Filho Gustavo Leal Sales Filho

Diretor de Operações Diretor de Operações Sérgio Moreira Sérgio Moreira Diretor Adjunto Diretor Adjunto

(4)

SÉRIE METALMECÂNICA - ELETROMECÂNICA

PROTEÇÃO E

COMANDOS

(5)

SENAI – DN

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional

Sede

Setor Bancário Norte • Quadra 1 • Bloco C • Edifício Roberto Simonsen • 70040-903 • Brasília – DF • Tel.: (0xx61) 3317-9001 Fax: (0xx61) 3317-9190 • http://www.senai.br © 2014. SENAI – Departamento Nacional

A reprodução total ou parcial desta publicação por quaisquer meios, seja eletrônico, mecâ-nico, fotocópia, de gravação ou outros, somente será permitida com prévia autorização, por escrito, do SENAI.

Esta publicação foi elaborada pela equipe do Núcleo de Educação a Distância do SENAI de Santa Catarina, com a coordenação do SENAI Departamento Nacional, para ser utilizada por todos os Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distância.

SENAI Departamento Nacional

Unidade de Educação Prossional e Tecnológica – UNIEP

SENAI Departamento Regional de Santa Catarina Núcleo de Educação – NED

FICHA CATALOGRÁFICA

_

____

__

_

__

_

S491

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional. Proteção e comandos / Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional, Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Regional de Santa Catarina. Brasília : SENAI/DN, 2014.

60 p. : il. color. (Série metalmecânica. Eletromecânica)

1. Disjuntores elétricos. 2. Instalações elétricas. 3. Mecanismo de distribuição elétrica. I. Título. II. Série.

CDD 621.31924 CDU 621.316

(6)

Lista de fguras e quadros

Figura 1 - Elementos de um contator ...12

Figura 2 - Diagrama esquemático de um contator ...13

Figura 3 - Identiﬁcação de terminais de potência ...13

Figura 4 - Identiﬁcação dos contatos auxiliares ...13

Figura 5 - Relés auxiliares ...15

Figura 6 - Diagrama de tempo do relé com retardo na energização ...16

Figura 7 - Diagrama de tempo de um relé com retardo na desenergização ...17

Figura 8 - Diagrama do relé de tempo estrela-triângulo ...17

Figura 9 - Tipos de botoeiras ...19

Figura 10 - Lâmpada de sinalização ...20

Figura 11 - Disjuntor monofásico ...24

Figura 12 - Composição dos fusíveis D...25

Figura 13 - Componentes do fusível Diazed ...26

Figura 14 - Fusível NH ...26

Figura 15 - Disjuntor motor ...27

Figura 16 - Lâmina bimetálica ...28

Figura 17 - Representação dos relés de sobrecarga ...29

Figura 18 - Parametrização do relé de sobrecarga ...29

Figura 19 - Identiﬁcação dos terminais do relé de sobrecarga...30

Figura 20 - Identiﬁcação dos terminais auxiliares ...32

Figura 21 - Exemplo de aplicação do contato de selo ...32

Figura 22 - Intertravamento de um circuito com reversão motor trifásico ...33

Figura 23 - Exemplo de proteção de circuitos elétricos ...34

Figura 24 - Diagrama de potência e de comando ...38

Figura 25 - Ligação estrela com tensão de triângulo (UΔ) ...39

Figura 26 - Ligação triângulo com tensão de triângulo ...39

Figura 27 - Diagrama de potência e comando partida estrela-triângulo ...40

Figura 28 - Diagrama de potência e de comando de uma partida compensadora ...41

Figura 29 - Inversor de frequência ...42

Figura 30 - Circuito de um inversor de frequência ...43

Figura 31 - Curva representativa da variação U/f 1_...44

Figura 32 - IHM (Interface homem máquina) ...46

Figura 33 - Soft-starter _...47

Figura 34 - Diagrama de blocos simpliﬁcados ...48

Figura 35 - Rampa de tensão na aceleração ...49

Figura 36 - Curva de tensão na desaceleração ...49

Figura 37 - Limitação de corrente ...50

Quadro 1 - Categorias de emprego de contatores conforme IEC 947-4 ...15

(7)

Quadro 3 - Identiﬁcação de sinaleiros ...21 Quadro 4 - Vantagens e desvantagens do método partida direta ...38 Quadro 5 - Vantagens e desvantagens do método partida estrela-triângulo ...40

(8)

Sumário

1 Introdução ...9

2 Componentes para instalações elétricas industriais ...11

2.1 Contatores...11

2.2 Relés auxiliares ...15

2.3 Relés de tempo ...16

2.4 Botoeiras e sinaleiros ...18

3.1 Disjuntores ...23

3 Componentes de proteção para instalações elétricas e circuitos de comando... ...23

3.2 Fusíveis ...25

3.3 Disjuntor motor ...27

3.4 Relé de sobrecarga...28

3.5 Relé falta de fase ...30

3.6 Relé de sequência de fase ...31

3.7 Circuitos de comandos elétricos ...31

3.7.1 Simbologia numérica ...31

3.7.2 Contato de selo ...32

3.7.3 Intertravamento ...33

3.7.4 Proteção de circuitos elétricos ...34

4 Chaves de partida ...37

4.1 Partida direta ...37

4.2 Partida estrela-triângulo ...39

4.3 Partida compensadora ...41

4.4 Chaves de partidas eletrônicas ...42

4.4.1 Inversor de frequência ...42

4.4.2 Soft-starter...47

5 REFERÊNCIAS ...53

6 MINICURRÍCULO DO AUTOR ...55

(9)

(10)

1

Introdução

Olá! Seja bem-vindo à unidade curricular Proteção e Comandos. Este conteúdo faz parte do módulo especíﬁco do curso de Atualização Tecnológica para Docentes em Eletromecânica (área de Metalmecânica) na Modalidade a Distância.

Nesta unidade curricular você aprenderá a interpretar projetos elétricos e automação in-dustrial para montagem e manutenção de sistemas elétricos industriais. Também saberá como dimensionar, selecionar e instalar componentes e acionamentos eletromecânicos para monta-gem e manutenção de sistemas elétricos industriais.

Ao final da unidade curricular, você também estará apto a interpretar e aplicar normas téc-nicas (NBRs e normas da concessionária para instalações elétricas industriais) regulamenta-doras e de preservação ambiental, além de interpretar desenhos técnicos eletromecânicos, catálogos, manuais e tabelas técnicas. Além disso, saberá identificar os dispositivos de siste-mas elétricos, os dispositivos de sistesiste-mas de automação e utilizar sistesiste-mas de medição. Out-ras competências adquiridas ao final deste estudo estão relacionadas à aplicação desoftwares

especíﬁcos, parametrização de inversores de frequência esoft-starter _{, elaboração de leiautes,}

diagramas e esquemas de sistemas elétricos e aplicação de conceitos de tecnologia dos mate-riais elétricos.

(11)

(12)

2

Componentes para instalações elétricas

industriais

Neste capítulo você conhecerá os componentes elétricos que são aplicados em instalações elétricas residenciais e industriais. Fique ligado, pois é muito importante entender o funciona-mento e a aplicação dos componentes que serão abordados a seguir.

Ao ﬁnal deste capítulo, você terá subsídios para:

a) conhecer o funcionamento dos componentes elétricos; b) aplicar corretamente cada um desses componentes.

Inicialmente você conhecerá o contator, que é um dos componentes mais utilizados em instalações elétricas industriais.

2.1 CONTATORES

O contator é caracterizado como uma chave não manual, eletromagnética, com uma única posição de repouso, capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições nor-mais nos circuitos.

É constituído de uma bobina que, quando alimentada, cria um campo magnético no núcleo ﬁxo, que atrai o núcleo móvel, fechando assim o circuito. Tirando a alimentação dos terminais da bobina, o campo magnético é interrompido, provocando o retorno do núcleo por molas. Observe na ﬁgura a seguir os elementos que compõem os contatores.

(13)

PROTEÇÃO E COMANDOS 12 Contator 1 Blocos de contatos auxiliares laterais 2 Temporizador pneumático 8 Relé de sobrecarga 9 Blocos de contatos auxiliares laterais 2 Bloco de contato auxiliar frontal 4 Temporizador eletrônico 5 Bloco supressor 6

Bloco de retenção mecânica 7

Intertravamento mecânico 3

Figura 1 - Elementos de um contator

Fonte: http://ge.bpsinternet.com.br/produtos/reles-contatores/cl/

Analisada a ﬁgura anterior, você pôde perceber que um contator é composto por vários elementos e acessórios. Os quatro elementos principais são: bobina, núcleo de ferro, contato e mola. Veja na ﬁgura a seguir as características básicas de cada um deles:

•Bobina: representa a entrada de controle do contator em que, ao ser

liga-da a uma fonte de tensão, circula uma corrente elétrica, criando um campo magnético que envolve o núcleo de ferro. No momento de energização da bobina, ocorre um pico de corrente aproximadamente dez vezes maior que a corrente nominal da bobina.

•Núcleo de ferro: composto de uma parte ﬁxa e uma parte móvel; o núcleo

móvel é atraído para dentro da bobina por meio da ação de um campo mag-nético; nele estão acoplados os contatos móveis. (FRANCHI, 2008, p. 135).

•Contato: é composto pelos contatos ﬁxos e contatos móveis; com o

movi-mento do núcleo móvel os contatos móveis são atraídos para os ﬁxos, mu-dando, assim, a condição inicial dos mesmos.

•Mola: responsável por levar de volta o contato móvel à posição de repouso

quando a bobina for desenergizada; quando cessa o campo magnético, cria-do pela bobina, a mola torna-se mais forte que o núcleo forçancria-do o mesmo a retornar à posição inicial. A ﬁgura a seguir representa o esboço de um con-tator.

(14)

2 COMPONENTES PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS ₁₃ Bobina Mola I_p Ip Ip Núcleo Fixo Núcleo Móvel Contato Fixo Contato Móvel

Figura 2 - Diagrama esquemático de um contator Fonte: Franchi (2008)

Num contator podemos deﬁnir dois tipos principais de circuitos utilizados em acionamentos eletromecânicos:

I. Circuito principal: os contatos principais em estado fechado desempenham a função de ligação entre a rede e a carga conduzindo a corrente ao circuito prin-cipal. Os contatos principais nos contatores geralmente serão em número de três, quatro eventualmente e, em casos especíﬁcos, dois e até um. (VAZ, 2010, p. 66).

REDE

CARGA

1L1

2 T1 4 T2 6 T3 3L2 5L3

Figura 3 - Identiﬁcação de terminais de potência Fonte: Vaz (2010)

II. Circuito auxiliar: os contatos auxiliares são dimensionados para exercer a função de comutação de circuitos auxiliares de comando, sinalização e intertra-vamento. Podem ser do tipo NA (normalmente aberto), ou NF (normalmente fe-chado).

13

1 4 22 32 4 4 2 1 3 1 4 3

Figura 4 - Identiﬁcação dos contatos auxiliares Fonte: Adaptado de Weg (2007a)

(15)

PROTEÇÃO E COMANDOS

14

Os contatores de força devem ser compatíveis com a potência e o tipo da car-ga que eles irão acionar, caso contrário, poderão ser daniﬁcados. Observe o qua-dro a seguir:

TIPO DE

CORRENTE CATEGORIAS DEEMPREGO APLICAÇÕES TÍPICAS

CA

AC – 1

Manobras leves; carga ôhmica ou pouco indutiva (aquecedores, lâmpadas incandescentes e ﬂuorescentes compensadas).

AC – 2

Manobras leves; comando de motores com anéis coleto-res (guinchos, bombas, compcoleto-ressocoleto-res). Desligamento em regime.

AC – 3

Serviço normal de manobras de motores com rotor gaiola (bombas, ventiladores, compressores). Desligamento em regime.*

AC – 4

Manobras pesadas. Acionar motores com carga plena; comando intermitente (pulsatório); reversão à plena marcha e paradas por contracorrente (pontes rolantes, tornos etc.).

AC – 5a Chaveamento de controle de lâmpadas de descargas elétricas.

AC – 5b Chaveamento de lâmpadas incandescentes. AC – 6a Chaveamento de transformadores.

AC – 6b Chaveamento de bancos de capacitores.

AC – 7a Aplicações domésticas com cargas pouco indutivas e aplicações similares.

AC – 7b Cargas motoras para aplicações domésticas.

AC – 8a Controle de compressor-motor hermeticamente refrige-rado comreset manual para liberação de sobrecarga.** AC – 8b

Controle de compressor-motor hermeticamente refrige-rado comreset automático para liberação de sobrecar-ga.**

AC – 12 Controle de cargas resistivas e cargas de estado sólido com isolamento através de acopladores ópticos.

AC – 13 Controle de cargas de estado sólido com transformadores de isolação.

AC – 14 Controle de pequenas cargas eletromagnéticas (< 72 VA). AC – 15 Controle de cargas eletromagnéticas (> 72 VA).

CC

DC – 1 Cargas não indutivas ou pouco indutivas (fornos de resistência).

DC – 3

Motores CC com excitação independente: partindo em operação contínua ou em chaveamento intermitente. Frenagem dinâmica de motores CC.

DC – 5

Motores CC com excitação série: partindo em operação contínua ou em chaveamento intermitente. Frenagem dinâmica de motores CC.

(16)

2 COMPONENTES PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS ₁₅

DC – 6 Chaveamento de lâmpadas incandescentes.

DC – 12 Controle de cargas resistivas e cargas de estado sólido através de acopladores ópticos.

DC – 13 Controle de eletroímãs.

DC – 14 Controle de cargas eletromagnéticas que têm resistores de economia no circuito.

* A categoria AC – 3 pode ser usada para regimes intermitentes ocasionais por um período de tempo limitado como emset-up de máquinas; durante tal período de tempo limitado o número de opera-ções não pode exceder cinco por minuto ou mais que dez em um período de dez minutos.

** Motor-compressor hermeticamente refrigerado é uma combinação que consiste em um compres-sor e um motor, ambos enclausurados em um invólucro, com eixo não externo, sendo que o motor opera nesse meio refrigerante.

Quadro 1 - Categorias de emprego de contatores conforme IEC 947-4 Fonte: Weg (2007a)

O quadro acima apresenta as categorias de aplicação para contatores. É muito importante que essas aplicações sejam seguidas para evitar que a vida útil do componente seja reduzida e para garantir o funcionamento correto do circuito.

2.2 RELÉS AUXILIARES

Dentro dos circuitos de acionamento de máquinas, é comum encontrar relés auxiliares, que servem para executar a função de controle de acionamentos, alar-me, proteção, alimentação de solenoides etc. São de extrema importância para manobras de cargas elétricas, pois permitem a combinação lógica no comando, bem como a separação do circuito de potência e comando.

Figura 5 - Relés auxiliares

(17)

16

Os relés auxiliares são utilizados na automação de máquinas, processos indus-triais, especialmente em sequenciamento, interrupções de comandos e chaves de partida. (VAZ, 2010, p. 79).

CURIOSIDADE

Você já abriu um painel elétrico e se deparou com um relé auxiliar? Hoje existem relés auxiliares de vários formatos, e variam de fabricante para fabri-cante, sendo que alguns possuem mais ou menos contatos, dependendo da sua aplicação.

2.3 RELÉS DE TEMPO

Os relés de tempo são mais conhecidos como temporizadores. São dispositi-vos de controle de tempo de curta duração que têm como ﬁnalidade fornecer um sinal de saída conforme sua função e o tempo ajustado.

A seguir, você conhecerá os tipos mais comuns de relés de tempo utilizados na indústria:

I - Relé de tempo com retardo na energização

Com a energização dos terminais de alimentação (A1-A2/A3-A2), inicia-se a contagem do tempo (t) ajustado no dial . Depois de transcorrido esse tempo, ocorrerá a comutação dos contatos de saída, permanecendo nessa posição até que a alimentação seja interrompida. (VAZ, 2010, p. 79).

T

a Alimentação

Saída (contatos)

b

a - Instante de comutação dos contatos b - Retorno para a posição de repouso T - Temporização ajustado nodial

Figura 6 - Diagrama de tempo do relé com retardo na energização Fonte: Franchi (2008)

(18)

2 COMPONENTES PARA

2 COMPONENTES PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAISINSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS ₁₇₁₇

Os temporizadores com retardo na desenergização comutam seus contatos Os temporizadores com retardo na desenergização comutam seus contatos após ser retirada a alimentação dos terminais da sua bobina (A1-A2/A3-A2) e após ser retirada a alimentação dos terminais da sua bobina (A1-A2/A3-A2) e mantêm-se durante o tempo (t) ajustado no

mantêm-se durante o tempo (t) ajustado nodial dial . Observe a ﬁgura a seguir:. Observe a ﬁgura a seguir:

T T a a Alimentação Alimentação Saída (contatos) Saída (contatos) b b Figura 7 -

Figura 7 - Diagrama de tempo de um relDiagrama de tempo de um relé com retardo na desenergé com retardo na desenergizaçãoização Fonte: Adaptado de Franchi (2008)

Fonte: Adaptado de Franchi (2008)

III - Relé de tempo estrela-triângulo (Y-Δ) III - Relé de tempo estrela-triângulo (Y-Δ)

Especialmente desenvolvido para ser utilizado em chaves de partida Especialmente desenvolvido para ser utilizado em chaves de partida estrela--triângulo, possui dois circuitos de temporização em separado.

-triângulo, possui dois circuitos de temporização em separado. O primeiro circui-O primeiro circui-to permite ajustar apenas o

to permite ajustar apenas o controle de tempo que executa a conexão estrela, controle de tempo que executa a conexão estrela, e oe o segundo, com tempo preestabelecido e ﬁxo (100ms), para o

segundo, com tempo preestabelecido e ﬁxo (100ms), para o controle do contatorcontrole do contator que faz a ligação

que faz a ligação das bobinas em triângulo.das bobinas em triângulo.

RT-RE RT-RE RT-RE RT-RE A1 A1 25 25 1 166 1188 AA22 A2 A2 YY116 16 1 88 ∆∆226 26 288 A A11 AA33 1155 2255 2 266 2288 A3 A3 15 15 P P o o s s i i ç ç ã ã o o d d o o s s t t e e r r m m i i n n a a i i s s

D D i i a a g g

r r a a m m a a T1 T1 T2 T2 b b a a b b a a Alimentação Alimentação Tempo Tempo YY Tempo ∆ Tempo ∆ Contator ∆ Contator ∆ Contator Y Contator Y Alimentação: A1-A2/A3-A2. Alimentação: A1-A2/A3-A2. Saída 1: Contato Estrela Saída 1: Contato Estrela 15 -

15 - Contato comumContato comum 16 - Contato NF 16 - Contato NF 18 - Contato NA 18 - Contato NA

Saída 2:

Saída 2: Contato TriânguContato Triângulolo 25 -

25 - Contato comumContato comum 26 - Contato NF 26 - Contato NF 28 - Contato NA 28 - Contato NA

Figura 8 -

Figura 8 - Diagrama do relé de temDiagrama do relé de tempo estrela-triângulopo estrela-triângulo Fonte: Adaptado de Weg (2007a)

Fonte: Adaptado de Weg (2007a)

Entenda como ocorre seu funcionamento: com a

Entenda como ocorre seu funcionamento: com a energização dos terminais deenergização dos terminais de alimentação A1-A2/A3-A2, o contato de saída

alimentação A1-A2/A3-A2, o contato de saída estrela (15–18) comuta instantane-estrela (15–18) comuta instantane-amente, permanecendo os terminais acionados durante todo o tempo (t1) amente, permanecendo os terminais acionados durante todo o tempo (t1) ajus-tado no

(19)

PROTEÇÃO E COMANDOS 18

18

retorna ao repouso (15–16), iniciando a contagem do tempo (t2) ﬁxo de 100ms; retorna ao repouso (15–16), iniciando a contagem do tempo (t2) ﬁxo de 100ms; ocorrido o tempo (t2), os contatos de saída triângulo (25–28) serão acionados e ocorrido o tempo (t2), os contatos de saída triângulo (25–28) serão acionados e permanecem acionados até que a alimentação seja interrompida.

permanecem acionados até que a alimentação seja interrompida.

CASOS E RELATOS

Manutenção no contator da partida estrela-triângulo

Um estudante que trabalhava com manutenção elétrica pegou os

Um estudante que trabalhava com manutenção elétrica pegou os registrosregistros

de manutenção de uma máquina e percebeu que era comum estragar um

contator que faz a

contator que faz a partida estrela-triângulo. Ele fez o questionamento parapartida estrela-triângulo. Ele fez o questionamento para

o professor e o

o professor e o professor perguntou: O temporizador é estrela-triângulo ouprofessor perguntou: O temporizador é estrela-triângulo ou

é com retardo na energização? O temporizador com retardo na

energiza-ção não dá o tempo entre as

ção não dá o tempo entre as trocas da ligação estrela para a trocas da ligação estrela para a triângulo. Issotriângulo. Isso

sobrecarrega o contator e diminui a sua vida útil. O temporizador

estrela--triângulo não provoca esse efeito, fazendo com que o contator dure mais

-triângulo não provoca esse efeito, fazendo com que o contator dure mais

tempo.

2.4 BOTOEIRAS E SINALEIROS

As botoeiras são chaves elétricas acionadas manualmente que apresentam, As botoeiras são chaves elétricas acionadas manualmente que apresentam, geralmente, um contato aberto e outro fechado. Possuem encaixe universal, geralmente, um contato aberto e outro fechado. Possuem encaixe universal, nor-malmente três, para blocos de contatos NA ou NF. Alguns modelos possuem malmente três, para blocos de contatos NA ou NF. Alguns modelos possuem su-perfície translúcida para o encaixe de soquetes de lâmpadas, integrando a função perfície translúcida para o encaixe de soquetes de lâmpadas, integrando a função de sinalizador. De acordo com o tipo de sinal a ser enviado ao comando elétrico, de sinalizador. De acordo com o tipo de sinal a ser enviado ao comando elétrico, as botoeiras são caracterizadas como pulsadoras ou

as botoeiras são caracterizadas como pulsadoras ou com trava.com trava.

As botoeiras pulsadoras invertem seus contatos mediante o pulso no botão, As botoeiras pulsadoras invertem seus contatos mediante o pulso no botão, retirando a ação pulsante ele retorna, por meio de uma mola, para sua posição retirando a ação pulsante ele retorna, por meio de uma mola, para sua posição inicial.

inicial.

As botoeiras com trava também invertem seus contatos mediante o As botoeiras com trava também invertem seus contatos mediante o aciona-mento, mas para retorná-la é

mento, mas para retorná-la é necessário acioná-la novamente no sentido contrá-necessário acioná-la novamente no sentido contrá-rio. Outro tipo de botoeira com trava, utilizado como botão de emergência, é o rio. Outro tipo de botoeira com trava, utilizado como botão de emergência, é o botão do tipo cogumelo, também

(20)

2 COMPONENTES PARA

2 COMPONENTES PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAISINSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS ₁₉₁₉

Figura 9 -

Figura 9 - Tipos de botTipos de botoeirasoeiras Fonte: Do autor (2014) Fonte: Do autor (2014)

Agora, observe no quadro a seguir a identiﬁcação de botões segundo IEC 73 Agora, observe no quadro a seguir a identiﬁcação de botões segundo IEC 73 e VDE 0199. Perceba que cada

e VDE 0199. Perceba que cada cor possui um significado diferente e é usada cor possui um significado diferente e é usada parapara sinalizar situações específicas.

sinalizar situações especíﬁcas.

Identiﬁcação de Botões Segundo IEC 73 e

Identiﬁcação de Botões Segundo IEC 73 e VDE 0199VDE 0199

C COORREESS SSIIGGNNIIFFIICCAADDOO AAPPLLIICCAAÇÇÕÕEES S TTÍÍPPIICCAASS Vermelho Vermelho

•

Parar, desligar Parar, desligar Emergência Emergência •

•Parada de um ou mais motores;Parada de um ou mais motores; •

•Parada de unidades de uma máquina;Parada de unidades de uma máquina; •

•Parada de ciclo de operação;Parada de ciclo de operação; •

•Parada em caso de emergência;Parada em caso de emergência; •

•Desligar em caso de sobreaquecimento perigoso.Desligar em caso de sobreaquecimento perigoso.

Verde Verde

•

_{Partir, ligar, pulsar}_{Partir, ligar, pulsar} ••Partida de um ou mais motores;Partida de um ou mais motores; •

•Partir unidades de uma máquina;Partir unidades de uma máquina; •

•Operação por pulsos;Operação por pulsos; •

•Energizar circuitos de comando.Energizar circuitos de comando.

Preto Preto

•

Amarelo Amarelo

•

Intervenção

Intervenção ••Retrocesso;Retrocesso; •

•Interromper condições anormais.Interromper condições anormais.

Azul Azul

•

Qualquer função,Qualquer função, exceto as acima exceto as acima

•

•Reset Reset de relés térmicos; de relés térmicos; •

•Comando de funções auxiliares que não tenham correla-Comando de funções auxiliares que não tenham

correla-ção direta com o ciclo de operacorrela-ção da máquina. ção direta com o ciclo de operação da máquina. Branco

Branco

•

Quadro 2 -

Quadro 2 - Identiﬁcação de botoeIdentiﬁcação de botoeirasiras Fonte: Weg (2007a)

(21)

20

Já ossinaleiros são indicadores luminosos utilizados na sinalização visual de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer.

Figura 10 - Lâmpada de sinalização Fonte: Do autor (2014)

SAIBA MAIS

A Siemens é uma empresa alemã que fabrica diversos com-ponentes para comando e proteção. Saiba mais visitando o site <http://www.industry.siemens.com.br/automation/ br/pt/dispositivos-baixa-tensao/Pages/dispositivos-baixa--tensao.aspx.>

Assim como nas botoeiras, os sinaleiros também identiﬁcam diferentes aplica-ções por meio de cores. Observe o quadro a seguir.

(22)

2 COMPONENTES PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS ₂₁

Identiﬁcação de Sinaleiros segundo IEC 73 e VDE 0199

CORES SIGNIFICADO APLICAÇÕES TÍPICAS

Vermelho

•

Condições anormais, perigo ou alarme

•Temperatura excede os limites de segurança. •Aviso de paralisação (ex.: sobrecarga).

Amarelo

•

Atenção, cuidado •O valor de uma grandeza aproxima-se de seu limite.

Verde

•

Condição de serviço

segura •Indicação de que a máquina está pronta para operar.

Branco

•

Circuitos sob tensão, funcionamento normal •Máquina em movimento. Azul

•

Informações espe-ciais, exceto as acima

•Sinalização de comando remoto. •Sinalização de preparação da máquina.

Quadro 3 - Identiﬁcação de sinaleiros Fonte: Weg (2007a)

Vale ressaltar que os sinalizadores são empregados, geralmente, em locais de boa visibilidade que facilitem a sua visualização.

RECAPITULANDO

Neste capítulo você conheceu o funcionamento e a aplicação dos dispo-sitivos mais utilizados em circuitos elétricos. No próximo capítulo você estudará os dispositivos para proteção desses circuitos; ﬁque atento, pois este capítulo é muito interessante e importante para garantir a segurança e o bom funcionamento das instalações elétricas.

(23)

(24)

3 Componentes de proteção

para instalações elétricas e

circuitos de comando

As instalações elétricas devem possuir dispositivos de proteção que sejam acionados no caso de acontecer alguma anomalia e/ou problema técnico. Para que essa proteção seja execu-tada de maneira efetiva é necessário que você conheça a aplicação correta de cada componen-te de procomponen-teção. Nescomponen-te capítulo você conhecerá o funcionamento e a aplicação de cada um des-ses componentes, bem como conhecerá alguns passos importantes para elaborar e interpretar circuitos elétricos utilizados em automação.

Ao ﬁnal deste capítulo, você terá subsídios para:

a) identiﬁcar corretamente qual a aplicação de cada componente;

b) efetuar ajustes e substituição de componentes com algum tipo de defeito; c) elaborar circuitos elétricos;

d) identiﬁcar possíveis falhas em circuitos elétricos.

Inicialmente você conhecerá o funcionamento e a aplicação dos disjuntores, utilizados para executar a proteção dos circuitos elétricos.

3.1 DISJUNTORES

São os dispositivos de proteção de circuitos mais comuns em baixa tensão. Na maioria das aplicações, são termomagnéticos, equipados com disparo térmico (proteção contra sobrecarga – característica de longa duração) e disparo eletromagnético (proteção contra curto-circuito – característica instantânea). (BISONI, 2010, p. 26).

(25)

24

Figura 11 - Disjuntor monofásico

Fonte: http://satech.com.br/disjuntores/disjuntor-interior/

Com relação ao seu funcionamento, os disjuntores são acionados por meio da aplicação de uma força externa sobre um elemento, que tem como função acionar um conjunto de contatos principais e auxiliares, ao mesmo instante em que comprime um jogo de molas de abertura. Ao ﬁnal do percurso do mecanismo de acionamento, uma trava mantém o sistema de posição dos contatos fechado e as molas de abertura comprimidas. Um comando de abertura, diretamente no mecanismo ou por meio do sistema de disparo, provocará o destravamento do mecanismo que ocasionará a separação brusca dos contatos fechados devido à liberação das molas de abertura comprimidas. Com a abertura dos contatos prin-cipais, é ocasionada uma interrupção de corrente no circuito que tem valor máxi-mo denominado capacidade de interrupção.

Os disjuntores apresentam uma curva especíﬁca que deﬁne a sua característi-ca de disparo. Acompanhe.

Curva B: tem como característica o disparo instantâneo para correntes de três

a cinco vezes a corrente nominal. Com esta característica, tem sua aplicação prin-cipal voltada para a proteção de cargas resistivas. Exemplo: chuveiros, torneiras elétricas etc.

Curva C:têm como característica o disparo instantâneo para correntes de cin-co a dez vezes a cin-corrente nominal. Com esta característica, possuem a função de proteger cargas indutivas. Exemplo: lâmpadas ﬂuorescentes, circuitos com cargas motrizes etc.

FIQUE ALERTA

Para especificar tecnicamente um disjuntor há a necessi-dade de informar a corrente nominal, capacinecessi-dade de inter-rupção de curto-circuito e a curva de disparo (B ou C).

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3 COMPONENTES DE PROTEÇÃO PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E CIRCUITOS DE COMANDO ₂₅

3.2 FUSÍVEIS

Têm como função principal a proteção contra curto-circuito, atuam também como limitadores das correntes de curto-circuito. Seu funcionamento baseia-se na fusão de um elemento fusível devidamente projetado que abre o circuito elé-trico no caso da ocorrência de algum curto-circuito.

O fusível é formado basicamente por um ﬁo ou uma lâmina, geralmente de cobre, prata, chumbo, estanho ou outra liga, alojado no interior do seu corpo, que é geralmente de porcelana, inteiramente fechado, de maneira que não deixe pe-netrar o ar; pode assumir diversas formas, de acordo com a sua corrente nominal.

Os fusíveis possuem ainda um elemento indicador de operação, possibilitando ao proﬁssional observar seu estado de funcionamento. É envolvido por completo por um material granulado extintor, utilizando-se, em geral, areia de quartzo com granulometria adequada.

Existem alguns critérios para classiﬁcar um fusível, os mais utilizados são o da tensão de alimentação (baixa ou alta tensão) e o das características de interrup-ção (retardados ou ultrarrápidos). Também podem ser classiﬁcados de acordo com sua forma construtiva; basicamente existem duas formas, tipo D (diametral) e tipo NH (alta capacidade, baixa tensão).

Sinalizador Areia de Quartzo Contato inferior interno Elo fusível Corpo do fusível (Cerâmica) Contato inferior

Figura 12 - Composição dos fusíveis D Fonte: Adaptado de Weg (2007a)

Os fusíveis tipo D (diametral) estão disponíveis em diversas correntes

nor-malizadas (dependendo do fabricante), com capacidade de ruptura de acordo com a corrente do fusível de 100kA, 70kA e 50kA e tensão máxima de 500V. A ﬁgura a seguir mostra um fusível tipo D.

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Figura 13 - Fusível Diazed

Fonte: http://www.luxtil.com.br/images/FUSIVEL_DIAZED_16A_RETARDADO_500V__.jpg?osCsid=64ﬀ7a296d1549a7917f959 d6fe089d7

Já os fusíveis NH têm sua aplicação mais especíﬁca na indústria, em que são utilizados em circuitos com picos de corrente e onde existem cargas indutivas e capacitivas; suportam elevações de corrente durante certo tempo sem que ocorra a ruptura do elemento fusível. Estão disponíveis em diversos valores de correntes normalizadas (dependendo do fabricante), com capacidade de ruptura de 120kA e tensão máxima de 500V.

SAIBA MAIS

Saiba mais sobre os fusíveis no catálogo da Weg: <http:// ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-fusiveis-ar-e-gl--gg-50009817-catalogo-portugues-br.pdf>.

Figura 14 - Fusível NH

Fonte: http://www.intereng.com.br/media/imagens/upload/familia/678/fusivelbaixatensao_tipo-nh_jpg_600x400_q100.jpg

Conforme você pôde observar na ﬁgura anterior, os fusíveis NH são montados em bases com contatos facas e fabricados de 4 até 630A, porém seu custo é maior que o fusível tipo D. Para efetuar sua remoção há a necessidade de se usar um sacador especial.

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3 COMPONENTES DE PROTEÇÃO PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E CIRCUITOS DE COMANDO ₂₇

3.3 DISJUNTOR MOTOR

São dispositivos de seccionamento e proteção contra sobrecarga e curto-circuito. Possuem as mesmas características de um disjuntor termomagnético convencional, juntamente com a característica de retardo dos fusíveis retardados e um ajuste de corrente utilizado para efetuar o desarme no caso de sobrecarga.

Figura 15 - Disjuntor motor

Fonte: https://www.webeletrica.com.br/index.php?src=view/detalheProduto&cdprd=MTE3

Para a proteção contra sobrecarga, seu funcionamento consiste em bimetáli-cos, que se baseia no princípio da dilatação térmica que os metais apresentam, ou seja, cada fase é ligada num componente bimetálico, que é formado por duas lâminas de metais diferentes soldadas entre si, quando há uma circulação de cor-rente, as lâminas se aquecem, por meio do efeito joule, e se dilatam. Como temos dois metais diferentes, a dilatação de cada um também será diferente, com isso eles forçam as lâminas a se envergarem, assim quando a corrente ultrapassar cer-to valor, um mecanismo de disparo faz com que o disjuncer-tor seja desarmado.

O dispositivo contra curto-circuito é formado por uma bobina que, quando atravessada por uma corrente de grande intensidade, gera um campo magnético atraindo uma peça magnética que desarma o disjuntor.

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28

FIQUE ALERTA

Sempre que um profissional capacitado for exercer algu-ma atividade em circuitos protegidos por disjuntor motor é necessário que o mesmo seja bloqueado com cadeado de segurança, pois ele possui um mecanismo de aciona-mento que possibilita seu bloqueio.

3.4 RELÉ DE SOBRECARGA

São dispositivos constituídos por um par de lâminas metálicas (um par por fase), com princípio de funcionamento baseado igual ao disjuntor motor. Tam-bém são constituídos por um mecanismo de disparo contido num invólucro iso-lante e com alta resistência térmica.

Figura 16 - Lâmina bimetálica

Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%A9_t%C3%A9rmico

São aplicados na proteção de um possível superaquecimento dos equipamen-tos elétricos, como transformadores e motores.

É importante saber que o relé de sobrecarga não protege a linha no caso de acontecer um curto-circuito, portanto deve-se usá-lo sempre associado a fusíveis ou disjuntores para ter uma proteção completa do motor. A ﬁgura a seguir mostra

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3 COMPONENTES DE PROTEÇÃO PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E CIRCUITOS DE COMANDO ₂₉

a representação esquemática de um relé térmico de sobrecarga e seus compo-nentes, observe: L1T1 96 95 2 1 3 4 5 6 7 98 97 L2T2 L3T3 Para rearme automático Para rearme manual 1 - Botão de rearme 2 - Contatos auxiliares 3 - Botão de teste

4 - Lâmina bimetálica auxiliar 5 - Cursor de arraste

6 - Lâmina bimetálica principal 7 - Ajuste de corrente

Figura 17 - Representação dos relés de sobrecarga Fonte: Franchi (2008)

Além dos componentes que você acabou de observar, ele ainda possui um bo-tão localizado na parte central, que permite parametrizar a sua atuação de acordo com as seguintes funções, apresentadas na ﬁgura a seguir:

A AUTO HAND

H

Somente rearme automático

Rearme automático e possibilidade de teste Rearme manual e possibilidade de teste Somente rearme manual

Figura 18 - Parametrização do relé de sobrecarga Fonte: Franchi (2008)

Seguindo a norma IEC 974, os terminais do circuito principal dos relés de so-brecarga deverão ser identiﬁcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores. Já os terminais dos circuitos auxiliares deverão ser marcados da mesma forma que os de contatores, com funções especíﬁcas. O número de

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sequ-PROTEÇÃO E COMANDOS

30

ência deve ser o “9” e, se uma segunda sequência existir, será identificada com o “0”. Acompanhe, na figura a seguir, a identificação dos terminais de potência e os auxiliares:

Duplo contato Simbologia

Circuito Auxiliar Circuito de Potência

CARGA REDE 96 98 95 97 1L1 2T1 4T2 6T3 3L2 5L3

Figura 19 - Identiﬁcação dos terminais do relé de sobrecarga Fonte: Do autor (2014)

CURIOSIDADE

Você sabia que, com a criação do disjuntor motor, os fusíveis e relés de sobrecarga estão caindo em desuso? O disjuntor motor faz o mesmo tipo de proteção e ocupa menos espaço. Além disso, no caso de uma falha, não é necessário trocar o fusí-vel.

3.5 RELÉ FALTA DE FASE

É um modelo de relé que supervisiona a rede trifásica, detectando se há fal-ta de uma ou mais fases; quando isso acontece, ele desliga o circuito efetuando assim a proteção. Possui um retardo de aproximadamente cinco segundos, para que ele não atue de forma desnecessária na partida de um motor ou numa possí-vel falta de fase em um pequeno intervalo de tempo.

Esse tipo de relé possui um dial onde é possível fazer o ajuste da sua sensi-bilidade, essa sensibilidade pode variar entre 70 a 90%. O percentual ajustado deﬁnirá o percentual de queda de uma fase em relação às outras.

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3 COMPONENTES DE PROTEÇÃO PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E CIRCUITOS DE COMANDO ₃₁

3.6 RELÉ DE SEQUÊNCIA DE FASE

É utilizado para controle da sequência de fase em circuitos trifásicos e detecta quando há inversão da sequência de fases R, S e T. Quando as fases estiverem invertidas, seu contato (15 – 18) não comuta, acontecendo assim o bloqueio do circuito de comando no qual ele está sendo utilizado. Obrigatoriamente o circuito de comando deverá ser ligado no contato aberto (15 – 18), pois quando as fases estiverem na sequência correta esse contato vai comutar permanecendo fechado até que sua alimentação trifásica seja interrompida.

Agora que você aprendeu sobre os componentes de proteção para instalação elétrica, você terá oportunidade de aprender a montar e interpretar circuitos elé-tricos. Siga em frente!

3.7 CIRCUITOS DE COMANDOS ELÉTRICOS

Para ter uma interpretação correta dos circuitos elétricos é indispensável que você relembre a aplicação e o funcionamento de todos os dispositivos elétricos estudados anteriormente. Nesse contexto, conheça e compreenda algumas das simbologias mais utilizadas na elaboração de circuitos elétricos (conforme norma NBR, IEC, DIN).

3.7.1 SIMBOLOGIA NUMÉRICA

Todo o dispositivo de comando tem sua simbologia específica, assim como uma identificação alfanumérica, que deve seguir um padrão definido pela norma NBR 5280 ou a IEC 1132. Acompanhe, a seguir, alguns exemplos:

a) Numeração dos contatos de potência

• 1, 3 e 5 – Circuito de entrada • 2, 4 e 6 – Circuito de saída

b) Numeração dos contatos auxiliares

• 1 e 2 – Contato normalmente fechado, 1 entrada e 2 saída • 3 e 4 – Contato normalmente aberto, 3 entrada e 4 saída

Os contatos auxiliares do contator são identiﬁcados por dois números, o pri-meiro indica a sequência do contato e o segundo indica se ele é NA ou NF, por exemplo: 31 – terceiro contato indicando que é NF.

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32

Função (NF)

Número de Função (NA) Número de sequência (1º contato)

Sequência (2º contato)

-1 _-3

-4 -2

Figura 20 - Identiﬁcação dos terminais auxiliares Fonte: Adaptado de Weg (2007a)

Os terminais das bobinas dos relés e contator são identiﬁcados de forma alfa-numérica A1 e A2.

Agora que você conheceu um pouco mais sobre as simbologias utilizadas em circuitos elétricos, conheça alguns conceitos básicos utilizados em comandos elé-tricos.

3.7.2 CONTATO DE SELO

De forma simples o contato de selo memoriza o pulso gerado num botão pul-sante, ou seja, é utilizado um contato, geralmente de um contator, ligado em pa-ralelo com o botão liga. Observe a ﬁgura a seguir.

Fusível Contato auxiliar relé de sobrecarga Botão desliga Botão liga Bobina do contator contato de selo F FT S S K K H

Figura 21 - Exemplo de aplicação do contato de selo Fonte: Do autor (2014)

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3 COMPONENTES DE PROTEÇÃO PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E CIRCUITOS DE COMANDO ₃₃

Perceba que, quando o botão liga for acionado, o contator recebe a tensão na sua bobina, e mesmo após o botão ser liberado, mantém a bobina energizada por meio do contato de selo.

3.7.3 INTERTRAVAMENTO

Utilizado para evitar a ligação de um dispositivo antes que o outro dispositivo permita que isso aconteça, ou seja, um dispositivo ﬁca dependente da manobra do outro. Acompanhe na ﬁgura a seguir.

M 3~ R S T F FT FT K K N K K Q S S S S S S H _K H K K

Figura 22 - Intertravamento de um circuito com reversão motor trifásico Fonte: Do autor (2014)

No exemplo anterior, está apresentada uma partida reversora, em que ﬁca de-talhada a importância do intertravamento (na ﬁgura apresentada foi executado o intertravamento entre os contatos auxiliares das contatoras e um intertravamen-to com as bointertravamen-toeiras), onde um containtertravamen-tor só poderá ser acionado quando o outro não estiver atuando.

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34

CASOS E RELATOS

Importância do esquema elétrico e da simbologia numérica dos cir-cuitos

Em uma empresa de fabricação de máquinas, foram feitas melhorias em vários painéis e descobriu-se que um deles não possuía o esquema elétrico. Para desenhar o esquema elétrico do painel e também adequá-lo à NR10, o eletricista teve que seguir todos os ﬁos e fazer veriﬁcação com o multíme-tro. Com isso ele percebeu a importância do esquema elétrico e da simbo-logia numérica dos circuitos.

3.7.4 PROTEÇÃO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

Todos os dispositivos de segurança utilizados para proteger o circuito elétri-co, tais como relé de sobrecarga, disjuntor, fusível, botão de emergência, entre outros, deverão ser interligados em série, quando qualquer um deles for atuado o circuito deverá ser interrompido imediatamente. A ﬁgura a seguir mostra um exemplo de interligação de segurança.

Fusível Relé de Sobrecarga Botão desliga Botão desliga F R FT S S  K K N

Figura 23 - Exemplo de proteção de circuitos elétricos Fonte: Do autor (2014)

Na ﬁgura anterior, foi apresentado um exemplo de partida direta; nele você pôde compreender como devem ser interligados os dispositivos de segurança.

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3 COMPONENTES DE PROTEÇÃO PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E CIRCUITOS DE COMANDO ₃₅

Note que se qualquer um dos quatro dispositivos for atuado desliga imediata-mente o contator K1, fazendo o desligamento do motor.

RECAPITULANDO

Neste capítulo você aprimorou seu conhecimento a respeito do funcio-namento e da aplicação dos dispositivos de proteção como, por exemplo: fusíveis, disjuntores, relés aplicados e os dispositivos aplicados na prote-ção dos motores. Além disso, você conheceu alguns passos para mon-tar e interpremon-tar um circuito elétrico, bem como conheceu a simbologia utilizada nos componentes aplicados nesses circuitos. Agora é a hora de conhecer os métodos utilizados para efetuar a partida dos motores elé-tricos. Fique ligado!

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4

Chaves de partida

Os motores elétricos apresentam uma corrente de partida muito elevada, isso acontece por-que o motor tem uma mudança do estado de inércia em por-que se encontra, podendo chegar de seis a oito vezes a corrente nominal, levando em consideração partida em vazio. Sob carga, este valor pode chegar até dez vezes o valor da corrente nominal, com isso tem-se a necessidade de dimensionar o cabeamento com diâmetro bem maior, levando em consideração este pico de corrente. Outro item importante que deve ser analisado é o fator de potência, que é monitora-do pela concessionária. Como picos de corrente, pode haver uma queda no fator de potência, por um instante, elevando o valor a ser pago na conta de energia. Para minimizar este pico de corrente no momento da partida, existem alguns métodos de acionamentos que podem ser aplicados, os quais você estudará a seguir.

Assim, ao ﬁnal deste capítulo, você terá subsídios para: a) efetuar a partida de um motor elétrico;

b) identiﬁcar um possível problema que possa acontecer no circuito de partida do motor; c) conhecer o funcionamento e a aplicação de um inversor de frequência e de uma

soft-starter _;

d) parametrizar um inversor de frequência ou umasoft-starter _.

Inicialmente você estudará sobre chave de partida direta. Vamos lá!

4.1 PARTIDA DIRETA

Neste método, utilizado para efetuar a partida do motor, existe um único contator que exe-cuta a manobra, ligando as três fases diretamente nos terminais de conexão do motor; esse método não elimina o pico de corrente na partida. Para o motor esse é o melhor método já que sua partida tem valores da tensão e conjugados nominais.

A partida direta só poderá ser utilizada para partir motores de até 5cv, pois um motor com potência superior pode causar eventuais danos às instalações elétricas. Na ﬁgura a seguir você pode observar o circuito de comando e potência de uma partida direta.

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PROTEÇÃO E COMANDOS 38 R S T Q1 K1 FT1 FT1 S0 S1 K1 K1 N H1 F1 Fusível Contato auxiliar relé de sobrecarga Botão desliga Botão liga Bobina do contator contato de selo Disjuntor trifásico Contatos de potência K1 Relé de sobrecarga M 3

~

Figura 24 - Diagrama de potência e de comando Fonte: Do autor (2014)

Esse método de partida apresenta algumas vantagens e desvantagens, acom-panhe:

VANTAGENS DESVANTAGENS

Simples e de fácil construção; conjugado de parti-da elevado; partiparti-da rápiparti-da; baixo custo.

Apresenta queda de tensão na rede de alimenta-ção, podendo ocasionar interferência nos outros equipamentos interligados na mesma rede; tem-se a necessidade de superdimensionar os dispositivos e cabos, encarecendo os custos de instalação; imposição das concessionárias que limitam a queda de tensão na rede.

Quadro 4 - Vantagens e desvantagens do método partida direta Fonte: Do autor (2014)

CURIOSIDADE

Você sabia que a partida direta é o melhor tipo de partida para o motor elétrico? Ela permite que o motor trabalhe com fator de potência e rendimen-to nominal. No entanrendimen-to, ela pode prejudicar outros equipamentos conectados na rede, por isso, ela só é recomendada para motores com menos do que 5CV de potência.

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4 CHAVES DE PARTIDA ₃₉

Sabendo que a partida direta tem suas limitações, e não diminui o pico de cor-rente no momento da partida, há então a necessidade de utilizar outro método que venha reduzir esta desvantagem. É o que você vai ver na próxima seção.

4.2 PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO

Neste método de partida do motor uma tensão reduzida é utilizada para ali-mentar as bobinas do motor durante sua partida. Na partida as bobinas são fecha-das em estrela, recebendo 58% da tensão nominal. A ﬁgura a seguir mostra um motor seis pontas com o fechamento das bobinas em estrela.

 S     T  U_=U_Y.,

Figura 25 - Ligação estrela com tensão de triângulo (UΔ) Fonte: Adaptado de Weg (2007a)

Depois de decorrido certo tempo, em média 10s, as bobinas do motor deverão ser ligadas em triângulo, assumindo a tensão nominal da rede de alimentação. A ﬁgura a seguir mostra um motor de seis pontas com o fechamento das bobinas em triângulo. R   T    S  U 

Figura 26 - Ligação triângulo com tensão de triângulo Fonte: Adaptado de Weg (2007a)

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Esse método proporciona uma redução de corrente de partida de aproxima-damente 33% de seu valor normal. Deve ser utilizada em máquinas que possuam um conjugado resistente de partida, até 1/3 do conjugado de partida do motor. É indicado para partir máquinas em vazio ou com pouca carga; a carga total só poderá ser aplicada após o motor ter atingido a rotação nominal, e recebendo a tensão total da rede.

No instante da comutação, a corrente não deve atingir valores inaceitáveis (muito elevados), pois dessa forma a redução de corrente do primeiro instante não ocorre no segundo momento, e também o conjugado resistente da carga não deve ultrapassar o conjugado de partida do motor. Lembre que para poder efetuar a ligação estrela-triângulo o motor deverá ter dupla tensão (220/380V, 380/660V, 440/760V - esta informação você poderá identiﬁcar na placa do motor), e ainda possuir no mínimo seis cabos. A ﬁgura a seguir mostra um diagrama de potência e de comando de uma partida estrela-triângulo.

M 3~ R S T N F F R FT FT KT K K K S S KT KT K H K K K K K K K K F F Y Y K1 e K2 Fechamento em triângulo K1 e K3 Fechamento em estrela

Figura 27 - Diagrama de potência e comando partida estrela-triângulo Fonte: Do autor (2014)

Lembre-se de que o relé de sobrecarga deve ser dimensionado levando em consideração a corrente que passa pelo contator K1.

VANTAGENS DESVANTAGENS

Baixo custo; ocupa pequeno espaço; não possui um limite máximo de manobras.

O motor tem que atingir no mínimo 90% da sua rotação nominal, na comutação para triângulo, se isso não ocorrer o pico de corrente é quase o mesmo que o da partida direta; o motor deve possuir pelo menos seis terminais de ligação; o valor da tensão de rede deve ser o mesmo valor de tensão da ligação triângulo, identiﬁcada na placa do motor.

Quadro 5 - Vantagens e desvantagens do método partida estrela-triângulo Fonte: Do autor (2014)

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4 CHAVES DE PARTIDA ₄₁

4.3 PARTIDA COMPENSADORA

Este método de partida alimenta as bobinas do motor com uma tensão redu-zida. Essa redução se dá por meio da utilização de um autotransformador que é ligado em série com as bobinas. Depois de decorrido um tempo, as bobinas são alimentadas com a tensão nominal da rede. É utilizado para efetuar o acionamen-to de moacionamen-tores em plena carga.

FIQUE ALERTA

Esse método de partida é pouco utilizado devido ao custo elevado do autotransformador e devido à ocupação de muito espaço dentro do painel elétrico, além de possuir limitação no número de manobras.

A ﬁgura a seguir mostra o diagrama de potência e comando de uma partida compensadora. R S T N F F F Fusíveis M 3~ K K K Autotransformador Relé de Sobrecarga FT FT F R T          _   _   _       H H K K K N K K K S S K K K K KT KT

Figura 28 - Diagrama de potência e de comando de uma partida compensadora Fonte: Do autor (2014)

Note que o autotransformador utilizado para fazer essa redução possui, ao longo do seu enrolamento, TAP’s operacionais nas alturas de tensões de 50%, 65% e 80% da tensão aplicada na fase. O TAP de 80% reduz a corrente, no mo-mento da partida, 64% do seu valor normal, no TAP de 65% obtém uma redução de 42% da corrente de partida, já no TAP de 50% a redução é de 25%.

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4.4 CHAVES DE PARTIDAS ELETRÔNICAS

Agora que você estudou sobre as chaves de partida eletromecânicas é hora de conhecer as chaves de partidas eletrônicas, outro modelo utilizado para partida de motores e que é um dos métodos mais modernos e que apresenta uma grande vantagem ao motor. Esse método possibilita que o motor tenha uma aceleração de forma gradativa reduzindo consideravelmente seu pico de corrente durante a partida. Acompanhe.

4.4.1 INVERSOR DE FREQUÊNCIA

Há alguns anos o controle de velocidade dos motores só era possível por meio da utilização de motores de corrente contínua. Porém, esses motores apresentam algumas particularidades que fazem com que sua utilização seja bem restrita, en-tre elas, o alto custo do motor aliado com a necessidade de retiﬁcar a tensão da rede para ser utilizada na sua alimentação.

Figura 29 - Inversor de frequência

Fonte: http://www.capacitech.com.br/SA/images/upload/fb530577dec5e126c6322f72fa3dafc9.jpg

Com o surgimento da chamada eletrônica de potência foi possível desenvol-ver alguns equipamentos que contribuíram para o desenvolvimento tecnológico e propiciaram um grande crescimento na indústria brasileira. Entre esses equipa-mentos está o inversor de frequência, que é o método mais eﬁciente e econômi-co para executar o econômi-controle de velocidade nos motores de indução trifásieconômi-cos. A ﬁgura a anterior mostra um dos modelos de inversor de frequência encontrado no mercado.

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4 CHAVES DE PARTIDA ₄₃

O inversor de frequência possui a função de controle da velocidade e do tor-que nos motores de corrente alternada a partir de um comando eletrônico; sua utilização apresenta vários benefícios tais como:

•redução do número de partidas e paradas bruscas diminuindo o desgaste

mecânico nos equipamentos (com a utilização de rampas de aceleração e frenagem);

•redução de custo e paradas para manutenção (o motor assíncrono exige

me-nos manutenção);

•redução de ruído em relação ao controle mecânico de velocidade e redução

de energia.

Princípios básicos do inversor de frequência: em um motor de corrente alter-nada o valor da rotação é determinado pela frequência da rede e pelo número de polos do motor, obtida pela fórmula:

N = 120 . f/p

Legenda: N = rotação em RPM; f = frequência da rede, em Hz; p = números de polos

O inversor de frequência atua alterando a frequência de alimentação do mo-tor, então, pode-se considerá-lo uma fonte de tensão com frequência variável. Internamente, é formado por um circuito que contempla uma ponte retiﬁcadora trifásica e dois capacitores como ﬁltro. Esse circuito utiliza o terra como referência, formando uma fonte CC simétrica.

M R S T +Vcc -Vcc Controle

Figura 30 - Circuito de um inversor de frequência Fonte: Franchi (2008)

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O barramento CC gerado alimenta um conjunto de seis transistores IGBTs que, comutados a partir de uma lógica de controle, criam uma forma de onda alterna-da (quadraalterna-da), cuja frequência varia em função alterna-da frequência de chaveamento.

Os pulsos de disparo dos IGBTs precisam ser distribuídos de forma a obter um sistema de tensão CA com defasagem de 120°.

SAIBA MAIS

Saiba mais sobre os inversores de frequência no site da YASKAWA, uma empresa japonesa fabricante de equipamen-tos para controle de motores: <http://catalogo.yaskawa.com. br/category/inversores-de-frequencia-baixa-tensao>.

Classiﬁcação dos inversores de frequência

A estrutura eletrônica de potência dos inversores de frequência que trabalham com modulação por largura de pulso é praticamente a mesma, independente do fabricante. A única diferença entre eles são as variações que ocorrem no seu cir-cuito de comando. Então podemos ter, de acordo com sua estrutura de comando, dois tipos de inversores:

I. Inversor com controle escalar: possui um sistema que tem como caracte-rística manter o torque do motor constante, mesmo quando esse apresentar uma variação da sua velocidade. Os motores utilizados para serem acionados por esse modelo de inversor devem atender as exigências normais e seu controle é feito em malha aberta, ou seja, sem realimentação. Esse modelo de inversor geralmen-te trabalha com frequência operada de 10 a 60Hz.

TENSÃO

60 f Un

Figura 31 - Curva representativa da variação U/f 1

Fonte: Weg (2007b)

Perceba que existe uma relação constante entre tensão e frequência, até o limite de 60Hz, em que é atingida a tensão máxima. A partir desse ponto a

corren-1U/f:

Relação entre tensão e frequência do motor, que é mantida constante pelo inversor, para manter o torque constante no eixo.

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4 CHAVES DE PARTIDA ₄₅

te e o torque do motor diminuirão, ou seja, terá um aumento da velocidade do motor, mas com menor intensidade de corrente e com um menor torque.

Para frequências abaixo de 30Hz também ocorre a redução da corrente e a consequente redução do torque do motor, portanto, pode-se concluir que a uti-lização do controle escalar nos inversores de frequência deve se dar para apli-cações que não sejam críticas e que não necessitem de controle de torque ou grande precisão.

II. Inversor com controle vetorial: há algum tempo apenas o motor de cor-rente contínua, com sistemas de controle em malha fechada, propiciava um con-trole de velocidade com respostas rápidas e de alta precisão. Entretanto, com o avanço das técnicas vetoriais de controle, a regulação dos motores trifásicos tornou-se mais precisa e mais próxima dos resultados alcançados pelos motores CC. Sua aplicação é voltada para onde há a necessidade de se ter uma grande precisão no parâmetro de velocidade e uma resposta rápida do motor elétrico.

No inversor com controle vetorial, um sinal vindo de umencoder _{acoplado ao}

eixo do motor fornece um pulso executando o controle em malha fechada, sendo o inversor capaz de receber este sinal, processar e fazer o controle da velocidade e do torque do motor.

Dentre as principais vantagens na utilização do inversor com controle veto-rial estão: precisão de regulação de velocidade; torque linear para aplicações de posição; torque linear para aplicações de tração; baixa oscilação de torque com a variação de carga.

Blocos que compõem o inversor de frequência

Agora que você já conheceu um pouco mais sobre inversores de frequência, é hora de conhecer os blocos que compõem o inversor. Acompanhe.

Bloco 1 – CPU (Unidade Central de Processamento): armazena todos os parâ-metros e dados do sistema, e é por meio dela que é executada a geração de pul-sos de disparo para os IGBTs, isso acontece por meio de uma lógica de controle coerente.

Bloco 2 – IHM (Interface Homem/Máquina): é por meio deste componente que o usuário tem acesso a todas as informações do inversor: tensão, corrente, alarme, frequência de trabalho. Também pode-se parametrizá-lo de acordo com sua aplicação.

Bloco 3 – Interfaces: entradas digitais e analógicas que têm a função de con-trolar a velocidade de rotação do motor.

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Bloco 4 – Etapa de potência: é formada por um circuito retiﬁcador, denomina-do barramento DC, que alimenta o circuito de saída denomina-do inversor.

Parâmetros do inversor de frequência

Os parâmetros do inversor de frequência permitem ao usuário ler as mensa-gens que nele aparecem e programar valores e ajustes aplicáveis a uma determi-nada operação a ser implementada. Esses parâmetros estão acessíveis ao usuário através da interface homem máquina (IHM), conforme mostra a ﬁgura a seguir:

Figura 32 - IHM (Interface homem máquina) Fonte: Do autor (2014)

Os parâmetros do inversor de frequência são subdivididos de acordo com suas características: parâmetros de leitura, de regulação, de conﬁguração do motor. Acompanhe, na sequência, mais informações sobre cada um deles.

Parâmetros de leitura: por meio deste parâmetro o usuário visualiza os valo-res programados nos outros parâmetros; esses valovalo-res visualizados não podem ser alterados pelo usuário. Exemplos: corrente, frequência, velocidade, tensão do motor, são alguns dos valores encontrados neste parâmetro.

Parâmetros de regulação: valores que podem ser alterados pelo usuário de acordo com o tipo de acionamento que se deseja. Exemplos: tempo de acelera-ção e desaceleraacelera-ção, referência mínima e máxima, são algumas das opções en-contradas neste parâmetro.

Parâmetros do motor: parâmetros nos quais o usuário deve informar ou pa-rametrizar todas as informações referentes ao motor que será utilizado no aciona-mento. Exemplos: corrente nominal, tensão, rotação e potência.

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4 CHAVES DE PARTIDA ₄₇

CASOS E RELATOS

Índice de desgaste elevado dos contatos de potência

Em uma empresa, um tecnólogo elaborou um estudo para saber o porquê de em um determinado equipamento haver um índice de desgaste eleva-do eleva-dos contatos de potência da contactora utilizada em uma partida direta; aliado a isso ele descobriu que em um ano foram trocados dois motores, todos com uma das bobinas abertas. Ele veriﬁcou que o equipamento tinha em média 15 partidas por hora e estava trabalhando com o relé térmico mal dimensionado. Então ele decidiu substituir o modelo de partida que estava sendo utilizado por uma soft-starter _{. Depois desta melhoria o}

equi-pamento apresenta uma rampa de aceleração e desaceleração bem suave, sem provocar sobrecarga no motor. Já faz mais de um ano e até o momen-to não apresenmomen-tou mais nenhuma parada por problemas no momomen-tor ou na

soft-starter _.

4.4.2 SOFT-STARTER

São chaves de partida estáticas que asseguram uma aceleração e desacele-ração progressiva, executando assim uma partida com o aumento gradativo da tensão, possibilitando uma partida sem golpes, minimizando o pico elevado de corrente. Isso é obtido por meio de um circuito que é composto por tiristores1_em

antiparalelo, montados dois a dois em cada uma das fases do circuito trifásico. A ﬁgura a seguir apresenta um dos modelos desoft-starter _{encontrado no mercado.}

Figura 33 - Soft-starter Fonte: Do autor (2014)

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O aumento gradativo da tensão permite que se tenha um controle na rampa de aceleração, trazendo grandes benefícios para o motor, entre eles podemos citar os mais importantes:

•controle das características de funcionamento durante o período de partida

e parada do motor;

•proteção térmica do motor e dasoft-starter ;

•proteção mecânica do equipamento a ser movimentado por redução dos

golpes.

Além disso, apresenta a vantagem de não possuir partes móveis ou que gerem arco elétrico, como nas chaves eletromecânicas.

O funcionamento da soft-starter _{está baseado na utilização de uma ponte}

ti-ristorizada numa conﬁguração antiparalelo. Este controle é executado por uma placa eletrônica que tem a ﬁnalidade de ajustar a tensão de saída, cujo valor é obtido conforme a programação feita pelo usuário.

M 3~ 3 REDE PF ~ U R TC TC S T V W + -+ -CARTÃO ELETRÔNICO DE CONTROLE CCS . ENTRADA ANALÓGICA SAÍDA ANALÓGICA SAÍDAS A RELÉ RL.RL.RL ENTRADAS DIGITAIS  

Figura 34 - Diagrama de blocos simpliﬁcados Fonte: Franchi (2008)

A ﬁgura anterior mostra a tensão da rede sendo controlada por meio de um circuito de potência, que é formado por SCRs. Quando se varia o ângulo de dis-paro dos SCRs, há também a variação do valor da tensão eﬁcaz que é aplicada no motor.

2TIRISTORES:

Componente eletrônico de três terminais que quando recebe um sinal em um dos terminais (gatilho) polariza a junção efetuando o chaveamento do circuito.

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4 CHAVES DE PARTIDA ₄₉

A seguir você irá conhecer algumas das funções encontradas nasoft-starter _:

I Rampa de tensão na aceleração: função responsável por realizar o aumento gradativo e contínuo da tensão eﬁcaz, até que se atinja o valor da tensão inicial de partida adequada. Quando a tensão de partida é ajustada num valor (Up), e em um tempo de partida (Tp), a tensão aumenta a um valor (Up) até atingir a tensão nominal da rede, em um intervalo de tempo, o que possibilita que o motor parta suavemente.

Tensão

Rampa de subida da tensão U_Nom

U_p

Tempo Tp

Figura 35 - Rampa de tensão na aceleração Fonte: Adaptado de Weg (2007a)

II Rampa de tensão na desaceleração: o motor pode ter sua parada realizada de duas formas: por inércia ou uma parada controlada. Na parada executada por inércia, asoft-starter _{leva a tensão de saída imediatamente a zero, forçando o}

mo-tor a ir perdendo velocidade gradativamente. O tempo de parada é relacionado à energia cinética da carga que está sendo movimentada. Já na parada controlada,

asoft-starter _{reduz gradualmente o valor da tensão até um valor mínimo}

predeﬁ-nido, permitindo assim uma parada suave do motor.

Tensão

U_Nom

U_p

Tempo Td

Figura 36 - Curva de tensão na desaceleração Fonte: Adaptado de Weg (2007a)

III Limitação de corrente: esta função limita a corrente ao valor necessário para que seja vencida a inércia da carga, possibilitando a aceleração da mesma.

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Esse recurso garante um acionamento suave e permite também que quando os sistemas de proteção atuarem não prejudiquem o restante da instalação.

Limitação Tempo

Corrente Tensão I lim

Up

Figura 37 - Limitação de corrente Fonte: Adaptado de Weg (2007a)

Asoft-starter _{garante ao motor toda a proteção necessária, e quando uma das}

proteções atua uma mensagem é enviada, permitindo ao usuário visualizar na IHM a falha ocorrida. A seguir serão apresentados os principais tipos de proteções:

I Sobrecorrente imediata na saída: máximo valor de corrente que a soft-star-ter _{permite que seja conduzida para o motor por período de tempo pré-ajustado.}

II Subcorrente imediata: mínimo valor de corrente que a soft-starter _permite

que seja conduzida para o motor num período de tempo pré-ajustado.

Além das proteções citadas anteriormente, asoft-starter _{pode apresentar}

mui-tos outros parâmetros de proteções, como por exemplo, sequência de fase in-vertida, falta de fase na rede e no motor e sobretemperatura nos tiristores; esses parâmetros podem ser encontrados apenas em alguns modelos, dependendo do fabricante.

III Economia de energia: esta função é aplicada em situações em que o motor está trabalhando com carga reduzida, em vazio, por um longo período de tempo. Quando isso acontece, a tensão nos terminais é reduzida e, consequentemente, reduz-se a corrente e as perdas no entreferro. Como o conjugado do motor é proporcional ao quadrado da tensão aplicada, com a redução da tensão ocorre a redução do conjugado. É importante ressaltar que esta função não oferece van-tagem em situações em que o motor opere com carga reduzida por um pequeno intervalo de tempo.