Comandos elétricos 2002

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Características de Rede de Alimentação

Magnetismo e Eletromagnetismo

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Comandos elétricos 2002

  1. 1. SENAI-PE 2 Comandos Elétricos
  2. 2. SENAI-PE 3 Federação das Indústrias do Estado de Pernambuco Presidente Jorge Wicks Côrte Real Departamento Regional do SENAI de Pernambuco Diretor Regional Antônio Carlos Maranhão de Aguiar Diretor Técnico Uaci Edvaldo Matias Diretor Administrativo e Financeiro Heinz Dieter Loges Ficha Catalográfica 537 SENAI.DR.PE. Comandos Elétricos. S474c Recife, SENAI.PE/DITEC/DET, 2002. 130p. il. 1. ELETRICIDADE 2. MAGNETISMO 3. ELETROMAGNETISMO I. Título Direitos autorais exclusivos do SENAI. Proibida a reprodução parcial ou total, fora do Sistema, sem a expressa autorização do seu Departamento Regional. Reformulada em abril de 2003. SENAI – Departamento Regional de Pernambuco Rua Frei Cassimiro, 88 – Santo Amaro 50100-260 - Recife – PE Tel.: 81.3416-9300 Fax: 81.3222-3837
  3. 3. SENAI-PE 4 SUMÁRIO Eletrotécnica 5 Características de Rede de Alimentação 6 Magnetismo e Eletromagnetismo 8 Sistema Trifásico 9 Potência em CA 10 Fator de Potência 11 Tipos de Cargas 14 Instrumentos de Medida 16 Transformadores para Instrumentos 26 Dispositivos de Proteção 28 Tecnologia dos Equipamentos 44 Motor Elétrico 69 Chaves Magnéticas para Motores Trifásicos 78 Partida Estática (Soft Start) 123 Partida com Inversores de Freqüência 124 Bibliografia 128 Anexos 129
  4. 4. SENAI-PE 5 ELETROTÉCNICA CONCEITOS BÁSICOS Corrente: É o movimento ordenado de elétrons no interior dos condutores. • Símbolo é o ( I ) - Intensidade de corrente • A unidade é o Ampére ( A ) • Instrumento de medida é o amperímetro, ligado em série com a carga. Tensão: É a força que movimenta os elétrons, também conhecida como Diferença de Potencial (d.d.p.) ou Força Eletromotriz (f.e.m.) • Símbolo é o ( V ), podendo também ser o ( U ) ou ( E ) • A unidade é o Volt ( V ) • Instrumento de medida é o voltímetro, ligado em paralelo com a carga. Resistência: É a força que se opõe ao movimento dos elétrons. • Símbolo é o ( R ) • A unidade é o Ohm ( Ω ) • Instrumento de medida é o ohmímetro, ligado a cargas desenergizadas. Potência: Capacidade do elétron de realizar trabalho na unidade de tempo. • Símbolo é o ( P ) • A unidade é o Watt ( W ) • Instrumento de medida é o wattímetro, ligado em série-paralelo com a carga. Energia: Capacidade do elétron de realizar trabalho com o passar do tempo • Símbolo é o ( E ) • A unidade é o Watt-hora ( Wh ) • Instrumento de medida é o wattímetro-hora, ligado em série-paralelo com a carga.
  5. 5. SENAI-PE 6 CARACTERÍSTICAS DA REDE DE ALIMENTAÇÃO TIPOS DE SISTEMAS DE ALIMENTAÇÃO ALTERNADA a) Monofásico - Utilizado em sistemas residenciais (domésticos), comerciais e rurais com tensões padronizadas no Brasil de 115V, 127V e 220V, freqüência de 60 Hz. No sistema monofásico uma tensão alternada V (volt) é gerada e aplicada entre dois fios aos quais se liga a carga, que absorve uma corrente. b) Trifásico - Utilizado em sistemas industriais, também com freqüência de 60 Hz. O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas monofásicos, os quais são interligados entre si de forma a eliminarmos três fios, os três neutros. Corrente de linha (Il): a corrente em quaisquer um dos três fios L1, L2 e L3, que corresponderia aos condutores da rede de alimentação. Corrente de fase (If): ou de bobina: correntes de cada uma das cargas. Tensão de linha (Vl): ou trifásica: tensão medida entre dois quaisquer dos condutores fase da linha, L1, L2, L3. Tensão de fase (Vf): ou monofásica: tensão medida entre fase e neutro ou fase e terra. E1 E2 E3 I1 I2 I3 V E + -
  6. 6. SENAI-PE 7 Em um sistema trifásico, para eliminação dos neutros, pode-se ligar os condutores de duas formas. Ligação em triângulo: Onde, pela própria disposição das bobinas temos as seguintes características: "trifásicosistemadofator"chamadoé3onde,3 faselinhafaselinha xIIEE == Ligação em estrela: Onde, pela própria disposição das bobinas temos as seguintes características: "trifásicosistemadofator"chamadoé3onde,3 faselinhafaselinha IIxEE == SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO Padrão CELPE, 3 fases com neutro aterrado.
  7. 7. SENAI-PE 8 MAGNETISMO E ELETROMAGNETISMO Ímãs Permanentes Magnetita, encontrada na natureza em estado bruto. Tem o poder de atuar metais ferrosos. Eletroímãs Ímãs fabricados através de indução eletromagnética. Tem a vantagem de poderem ser desligados e de terem o poder de atração ou repulsão regulável. Lei de Faraday Só existe fenômeno induzido se o fenômeno indutor variar Lei de Lenz Todo fenômeno induzido se opõe a causa que o criou. Correntes de Foucault Corrente induzida sem sentido definido que aparece em superfícies metálicas que sofrem variação de fluxo perpendicularmente a sua área. Provocam aquecimento do núcleo de máquinas de indução. Na maioria dos casos este aquecimento é prejudicial ao bom funcionamento da máquina. Exceção: Forno de indução de metalúrgica. Técnicas para atenuar os efeitos desta corrente: • Laminar o núcleo metálico paralelamente a variação de fluxo. • Isolar as lâminas antes de reuni-las • Utilizar na confecção do núcleo Ferro + Silício (maior resistência elétrica)
  8. 8. SENAI-PE 9 SISTEMA TRIFÁSICO Definição: Sistema elétrico composto por três fases defasadas entre si de 120º elétricos no espaço. Sistema Trifásico Equilibrado: Sistema trifásico onde as fases são iguais em amplitude, ou seja, tem o mesmo valor máximo. • A característica deste sistema é que o somatório das três fases em qualquer momento é sempre ZERO, sendo assim não há necessidade de um condutor neutro. • Cargas trifásicas, como motores trifásicos, são exemplo deste tipo de sistema equilibrado. Sistema Trifásico Desequilibrado: Sistema trifásico onde as fases não são iguais em amplitude, ou seja, não tem o mesmo valor máximo. • A característica deste sistema é que o somatório das três fases em qualquer momento não será ZERO, sendo assim há necessidade de um condutor neutro. Quanto maior este desequilíbrio maior será a corrente fluindo pelo neutro. • O desequilíbrio é característico de sistemas trifásicos que alimentam cargas monofásicas. O sistema público da concessionária, por exemplo.
  9. 9. SENAI-PE 10 POTÊNCIA EM CA Potência em CA Potência Contínua: IVP .= Potência Alternada Trifásica 3=P . V . I . η . cosϕ Onde 3 é uma constante para o sistema trifásico, ηηηη é o rendimento da máquina e cosϕϕϕϕ é o fator de potência. Ativa Potência Ativa (P): Medida em watts (W), esta potência mede a quantidade de energia ativa que foi utilizada na realização do trabalho pela máquina. Esta Potência multiplicada pelo tempo em horas representa a energia ativa consumida pela carga, e que é faturada pela concessionária. E = P . t(h) Reativa Potência Reativa (Q): Medida em volt ampére reativo (var), esta potência mede a quantidade de energia reativa que foi armazenada em um campo magnético, necessário para preparar a máquina para funcionar de forma efetiva. Esta energia não pode ser faturada pela concessionária, mas seu consumo acima de limites definidos pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) pode gerar multa. Obs.: Veja correção de fator de potência. Aparente Potência Aparente (S): Medida em volt ampére (VA), esta potência é o somatório geométrico das duas anteriores.
  10. 10. SENAI-PE 11 FATOR DE POTÊNCIA Fator de Potência: É a relação entre a potência ativa e a potência aparente. Indica a eficiência com a qual a energia está sendo usada. É definido pelo cosseno do ângulo formado entre os vetores que representam as potências aparente e ativa respectivamente. cos ϕϕϕϕ = P / S Onde: P é a potência ativa em Watts (W) S é a potência aparente em Volt Ampére (VA) Triângulo das Potências
  11. 11. SENAI-PE 12 Correção do Fator de Potência O fator de potência é motivo de preocupação, pois seu baixo valor pode causar sérios problemas nas instalações elétricas, entre os quais podemos citar: sobre carga nos cabos e transformadores, crescimento da queda de tensão, redução do nível de iluminamento, além da multa prevista na legislação para valores < 0,92 para o fator de potência. Existem equipamento que transformam energia elétrica diretamente em outra forma de energia útil (térmica, luminosa etc.), sem necessitar de energia intermediária na transformação, já outros equipamentos (motores, transformadores, reatores etc.) necessitam de energia magnetizante como intermediária na utilização da energia ativa. Esta energia é chamada reativa. A energia reativa é uma energia trocada entre o gerador e receptor, não sendo propriamente consumida como o é a energia ativa. O capacitor é o principal fornecedor desta energia reativa. Causa principal do baixo fator de potência − Motores e indução subcarregados. De uma maneira geral, todo equipamento que possui enrolamentos, tais como transformadores, reatores, motores etc., exige potência reativa da rede; − Instalações de lâmpadas fluorescentes; − Retificadores; − Equipamentos eletrônicos; − instalações de ar condicionado e frio etc. Objetivos principais da melhoria do fator de potência : − Redução dos custos da energia; − Liberação de capacidade do sistema; − Crescimento do nível de tensão, por diminuição das quedas; − Redução das pernas do sistemas Consequências de um baixo fator de potência A baixa no fator de potência provocará : a) menor intensidade luminosa das lâmpadas; b) maior corrente de partida nos motores de indução; c) menor corrente nos equipamentos de aquecimento e conseqüente queda na temperatura de operação d) funcionamento das máquinas com menor rendimento. As principais causas de um baixo fator de potência são: a) Nível de Tensão Elevado (acima do nominal) : a tensão aplicada influencia o FP de operação dos motores de indução. A potência ativa (KW) nos motores de indução (e transformadores) praticamente só depende da carga e não da tensão. Mas a reativa, é praticamente proporcional ao quadrado da tensão aplicada. Daí a grande variação no fator de potência com a tensão.
  12. 12. SENAI-PE 13 b) Motores operando a vazio (ou com cargas leves). Os motores de indução, quando em operação a vazio ou a plena carga, consumirá energia reativa para manutenção do conjunto magnético. A potência reativa varia com a variação da carga mecânica, a vazio, o fator de potência de operação é baixíssimo. c) Motores superdimensionados: ou seja, exageradamente dimensionados para as respectivas máquinas. Para cargas inferiores a 50% da potência nominal do motor o FP cai bruscamente. d) Transformadores de grande potência a vazio ou com cargas leves: é comum deixar o transformador ligado a vazio para evitar operações de energização e desenergização. A potência reativa solicitada pelo transformador é devida a corrente de excitação. e) instalações de lâmpadas fluorescentes desprovidas de reator de alto F.P. Vantagens da correção do fator de potência Com o aumento do fator de potência, conseguimos a redução dos custos da energia elétrica, redução das perdas nas linhas de alimentação, diminuição da potência aparente exigida da fonte, liberando capacidade para ligação de cargas adicionais, elevação dos níveis de tensão melhorando o funcionamento dos motores e também o nível de iluminamento. Instalações de Cargas Capacitivas em derivação p/correção do fator de potência Método mais prático e econômico para instalações existentes. Os capacitores usados são caracterizadas por sua potência reativa nominal, fabricados em unidades 1ø e 3ø, para BT e AT, com valores padronizados de potência reativa, tensão e freqüência.
  13. 13. SENAI-PE 14 TIPOS DE CARGAS Obs.: As cargas mostradas a seguir são ideais, não existem isoladamente. Em situações reais as cargas sempre serão uma composição das mostradas a seguir, sendo que uma das características irá se destacar. Carga Resistiva: Carga que realiza trabalho útil, ou seja, consome Potência Ativa em Watts. A tensão e a corrente estão em fase, gerando o produto P (potência), sempre positivo, o que caracteriza consumo. Exemplo: Aquecedores em geral, lâmpadas incandescentes, etc. Carga Indutiva: Não realiza trabalho útil, ou seja, não consome potência ativa. Apenas ocorre armazenamento de energia em um campo magnético. A corrente está atrasada da tensão de 90º elétricos, gerando o produto P (potência) alternadamente positivo e negativo, o resultado líquido é sempre ZERO, o que caracteriza não haver consumo. Exemplo: Reatores, Transformadores, motores, etc.
  14. 14. SENAI-PE 15 Carga Capacitiva: Não realiza trabalho útil, ou seja, não consome potência ativa. Apenas ocorre armazenamento de energia em um campo elétrico. A corrente está adiantada da tensão de 90º elétricos, gerando o produto P (potência) alternadamente positivo e negativo, o resultado líquido é sempre ZERO, o que caracteriza não haver consumo. Exemplo: Basicamente Capacitores.
  15. 15. SENAI-PE 16 INSTRUMENTOS DE MEDIDA INSTRUMENTO INDICADOR Indica o valor instantâneo da grandeza: Amperímetro, voltímetro ou ainda o termômetro, etc. Analógico (De Ponteiro) Digital
  16. 16. SENAI-PE 17 INSTRUMENTO REGISTRADOR Registra o valor da grandeza em gráfico, tipo eletromecânico, ou em memória, tipo eletrônico, durante um determinado tempo: Qualímetro ou ainda o eletro- encefalo-grama, sismógrafo, etc. Registrador Eletromecânico Registrador Eletrônico Programável obs.: a concessionária de energia usa um equipamento chamado RDTD (registrador de demanda por tarifa diferenciada), para o faturamento de consumidores de médio e grande porte.
  17. 17. SENAI-PE 18 INSTRUMENTO ACUMULADOR OU TOTALIZADOR Acumula o valor da grandeza desde a instalação do equipamento. Normalmente usado para medir energia elétrica para feito de faturamento: Wattímetro-hora ou ainda o odômetro, etc. MULTÍMETRO Equipamento multifuncional que reúne as funções de amperímetro, voltímetro, ohmímetro entre outras funções. Podem ser analógicos (de agulha) ou digitais.
  18. 18. SENAI-PE 19 CUIDADOS NO USO DO EQUIPAMENTO • Nunca deixá-lo ligado quando fora de uso. Se não existir o botão desliga, deixar o equipamento na maior escala de tensão CA existente. • Sempre zerar o ohmímetro antes da leitura unindo as pontas de prova e girando o botão de ajuste de zero. Se não conseguir zerar, trocar as pilhas. • Sempre usar a maior escala possível para efetuar uma leitura de grandeza desconhecida. Após ter noção da ordem de grandeza, ajustar a escala de forma a que a leitura seja feita no último terço do mostrador. Quando mais próximo do fim de escala for feita a leitura, melhor será sua exatidão. • Existe um erro de leitura provocado pelo operador chamado PARALAXE. Este erro pode ser evitado quando o instrumento possui um espelho dentro do mostrador. A leitura deverá ser feita quando a agulha cobrir seu reflexo no espelho. sendo possível ver a agulha e o reflexo, haverá erro para mais ou para menos. • Alguns instrumentos analógicos possuem trava de agulha, enquanto alguns digitais possuem recurso para congelamento da leitura. Estes recursos podem ser usados para possibilitar leituras em lugares altos ou escuros. No caso dos analógicos este recurso é importante ainda para evitar que a agulha empene durante uma viagem. CARACTERÍSTICAS DOS INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO 1. Natureza do instrumento: De acordo com a natureza da grandeza a medir: Amperímetro, voltímetro, etc. 2. Natureza do conjugado motor: De acordo com o principio físico de funcionamento: Térmico, ferro-móvel, etc. 3. Calibre do instrumento: Valor máximo que o mesmo pode medir, também chamado fim de escala. obs.: escolha o calibre de forma que o valor que deseje ler esteja o mais próximo possível dele, sendo assim, a leitura será realizada na terça parte final do mostrador . 4. Classe de exatidão: Limite de erro garantido pelo fabricante, que se pode cometer em qualquer medida. É dada em percentual do calibre em uso. 5. Discrepância: Diferença entre valores medidos para a mesma grandeza. 6. Sensibilidade: Relação entre o valor da grandeza medida e o deslocamento de indicação. 7. Perda própria: Potência consumida pelo instrumento correspondente à indicação final da escala. 8. Rigidez dielétrica: Isolação entre a parte ativa e a carcaça do instrumento. Ensaio de tensão de prova (kV), máxima tensão aplicada entre as partes ditas anteriormente, sem danificar o instrumento.
  19. 19. SENAI-PE 20 Exatidão: Afastamento entre a medida efetuada pelo instrumento e o valor de referência. Precisão: Afastamento mútuo entre as diversas grandezas em relação à media aritmética destas medidas. Ex.: valor de referência 220V leituras: 115V, 116V 114V e 115,5V; todas próximas entre si porém distantes do valor de referência. Instrumento Exato porém impreciso. leituras: 115V, 220V, 225V e 230V; todas distantes do valor de referência e distantes entre si.. Instrumento inexato e impreciso. leituras: 220V, 221V, 219,5V e 220,5V; todas próximas entre si e do valor de referência. Instrumento exato e preciso. obs.: é possível ser preciso e não exato, embora o contrário não seja possível. Resolução: Quantidade de subdivisões entre as medidas do mostrador do instrumento, o que determinará o grau de exatidão na determinação da leitura.
  20. 20. SENAI-PE 21 SÍMBOLOS COMUMENTE ENCONTRADOS EM INSTRUMENTOS DE PAINEL SÍMBOLO SIGNIFICADO Corrente Contínua Corrente Alternada Corrente Contínua e Alternada Corrente Alternada Trifásica Corrente Alternada Trifásica Desequilibrada Tensão de ensaio 500V na frequência industrial Tensão de ensaio acima de 500V na frequência industrial; no caso 2 kV. Instrumento não sujeito a tensão de ensaio na frequência industrial. Utilização do instrumento com o mostrador na vertical Utilização do instrumento com o mostrador na horizontal Utilização do instrumento com o mostrador inclinado; no caso a 45º.
  21. 21. SENAI-PE 22 Retificador Instrumento de bobina móvel Instrumento de ímã móvel Instrumento de ferro móvel Instrumento de lâminas vibráteis Instrumento bimetálico Terminal de terra
  22. 22. SENAI-PE 23 Frequencímetro Digital ALICATE AMPERÍMETRO Em determinados circuitos torna-se impossível, ou pelo menos inconveniente, incluir um amperímetro em série com o mesmo, esta impossibilidade deu origem ao alicate amperímetro. Este equipamento fazendo uso do princípio eletromagnético do transformador, permite a leitura de corrente alternada sem o seccionamento do circuito. Ele nada mais é do que um transformador de corrente de mão, e neste caso só lê CA.. Alguns modelos mais modernos de alicate amperímetro, mediante a utilização do efeito Hall (fundamentado em campos elétricos), já é capaz de ler corrente contínua. FREQUENCÍMETRO Mede a frequência de um sistema elétrico. O modelo que trabalha sobre o princípio da ressonância mecânica é o mais comum, também conhecido como frequêncímetro de lâminas. Neste instrumento um conjunto de lâminas de comprimento igual, mas com freqüência de vibração diferente é montado em um suporte comum, com suas extremidades livres visíveis na parte frontal do medidor. Quando o eletroímã interno é energizado pela tensão de alimentação da instalação na qual será feita a medida, a lâmina cuja freqüência de vibração é mais próxima da freqüência desta tensão, vibra com amplitude considerável, o que permite identificar a freqüência da rede no visor. Este tipo de equipamento só é disponível para baixas freqüência, e em uma faixa limitada.
  23. 23. SENAI-PE 24 Frequencímetro de Lâmina FASÍMETRO Instrumentos destinados a medir o ângulo de fase entre a tensão e a corrente de uma carga “ Z “ . Podem ser para circuito monofásico, circuito trifásico equilibrado ou para laboratório. Em função desta medição podemos definir um circuito como sendo resistivo, indutivo, capacitivo ou misto, sendo este último caso, como já vimos, o mais comum. SEQUENCÍMETRO Sua função principal é determinar a seqüência de fase em um circuito trifásico. Esta informação na determinação do sentido de giro de uma máquina trifásica. TACÔMETRO Sua função é medir, normalmente em RPM (rotações por minuto), a velocidade de uma máquina girante. Pode ser eletromecânico, eletrônico ou ótico.
  24. 24. SENAI-PE 25 MEGÔMETRO Tem como função medir a rigidez dielétrica de equipamentos elétricos, como por exemplo: Motores, transformadores, etc. TERRÔMETRO Usado para medir resistência de terra. Esta informação é usada no projeto de uma malha de terra, por exemplo. O equipamento é semelhante ao megômetro. obs.: Ohmímetro: mede resistência de um equipamento, ou continuidade de um circuito. Megômetro: mede resistência de isolação. Terrômetro: mede resistência de terra. Todas as medições são feitas em ohms, variando apenas a ordem de grandeza. ESTETOSCÓPIO Equipamento semelhante ao estetoscópio clínico, usado para ouvir ruídos, particularmente ruídos causados pelos rolamentos dos motores. O eletricista experiente pode fazer uma avaliação do estado dos rolamentos pelo ruído. Este tipo de estetoscópio comumente tem a extremidade aguda como uma agulha, esta extremidade é pressionada sobre o ponto onde se quer ouvir o ruído.
  25. 25. SENAI-PE 26 TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS CONCEITO São “trafos” que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcionarem adequadamente, sem que seja necessário possuírem correntes nominais de acordo com a corrente de carga do circuito que estão medindo ou protegendo. TRANSFORMADORES DE CORRENTE ( TC) Seu enrolamento primário é ligado em série com o circuito principal estando o secundário ligado ao instrumento de medida ou proteção. A interligação entre primário e secundário é feita através de indução eletromagnética. Obs.: na figura onde está ligado o amperímetro, poderia ser ligado um relé de proteção. Obs.: O alicate multímetro, conhecido como alicate amperímetro, é um TC portátil do tipo janela, como se vê na figura. Os TC’s são transformadores destinados a reproduzir em seus secundários a corrente de seus circuitos primários em uma proporção definida, conhecida, e adequada para o uso em instrumentos de medição, controle e proteção. A finalidade dos TC’s é isolar os instrumentos de medição, controle e proteção e reduzir as altas correntes dos circuitos de força, tornando mais econômica a construção dos sistemas. São componentes de circuito-série, isto é, o primário é ligado em série com o circuito, (a carga) e no seu secundário todos os elementos são também ligados em série.
  26. 26. SENAI-PE 27 Os transformadores de corrente em sua grande maioria, são encontrados somente com o enrolamento secundário, sendo o primário o próprio condutor do circuito onde será conectado. Quando o primário do TC está alimentado, o seu secundário nunca deve ficar aberto. No caso de necessitar retirar a carga do secundário do TC, este enrolamento deve ser curto-circuitado através de um fio de baixa impedância, um fio de cobre, por exemplo. Como a corrente do primário é fixada pela carga que está ligada ao circuito externo, se a corrente do secundário for nula, isto é secundário aberto, não haverá o efeito desmagnetizante desta corrente e a corrente do secundário será a própria corrente de excitação do TC, originando em conseqüência um fluxo magnético muito elevado no núcleo. Isto tem como conseqüências: a) Aquecimento excessivo, causando a destruição do isolamento, podendo provocar contato do circuito primário com o secundário e com a terra. b) Uma tensão induzida no secundário de valor elevado, com iminente perigo para o operador. c) Mesmo que o TC não se danifique, a este fluxo elevado corresponderá uma magnetização forte no núcleo, o que alterará as suas características de funcionamento e precisão. Normalmente a corrente secundária é da ordem de 5 A. TRANSFORMADORES DE POTENCIAL (TP) De forma análoga aos TC’s, os TP’s reproduzem em seus secundários a tensão que é aplicada a seus primários através de uma relação de proporção conhecida e adequada ao funcionamento de voltímetros e relés de proteção. A tensão secundária comumente é da ordem de 115 V. São ligados em paralelo ao circuito que se deseja medir ou proteger. Em caso de manutenção do equipamento ligado a seu secundário, este deve permanecer em aberto, e nunca em curto como se faz com o TC.
  27. 27. SENAI-PE 28 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO FUSÍVEL Conceito Equipamento construtivamente simples, para proteção de condutores e equipamentos elétricos contra curto-circuito ou sobrecarga de longa duração. Constituído de um material condutor de baixo ponto de fusão, chamado de elo fusível, envolto por um material isolante, e ligado a dois contatos que facilitam sua conexão aos componentes da instalação elétrica. Com o acréscimo da corrente no momento do curto-circuito, há um aumento de temperatura, com isto o elo fusível se funde (rompe), daí o nome. Simbologia O símbolo é identificado por uma letra minúscula “ e “, acompanhado por um ou mais algarismos, identificando o circuito que ele protege, é comum acompanhar o valor nominal de corrente em ampéres. e1, e2, ... : protege circuito principal, (circuito de alimentação) e11, e12, ... : protege circuito com instrumento de medida e21, 223, ... : protege circuito de comando auxiliar e91, e92, ... : protege circuito de aquecimento (com cargas resistivas: forno elétrico, aquecedor) Classificação • Segundo a tensão de alimentação Baixa Tensão ou Alta Tensão • Segundo a velocidade de atuação Rápida ou normal, Ultra-Rápida e Retardada
  28. 28. SENAI-PE 29 Características básicas de funcionamento Funcionamento Elétrico Baseado no princípio de que em curto-circuito ou numa sobrecarga, aumenta- se a temperatura dos condutores e consequentemente do fusível, até provocar a queima do elo fusível. No instante em que ocorre a fusão surge um arco elétrico, que no caso dos fusíveis com areia, provoca a fundição da areia, formando uma borra, que extingue o arco, evitando incêndios. Quando o elo é de cobre com zinco a borra fundida torna-se altamente isolante, cortando a passagem de corrente. Características de desligamento • Atuação rápida ou normal Destina-se a circuitos onde entre a corrente de partida e a corrente de regime normal não existe variação considerável. Ex.: cargas resistivas, circuitos com semicondutores. • Atuação ultra-rápida Destina-se a proteger circuitos com cargas eletrônicas, quando os dispositivos são semi-condutores. Estes componentes são sensíveis por isto a atuação contra curto-circuitos tem que ser imediata. • Atuação retardada Onde a corrente de partida é várias vezes superior a corrente de regime. Seu uso ocorre em circuitos indutivos ou capacitivos, como transformadores, motores e capacitores. O retardo é conseguido por meio do acréscimo da massa na parte central do elo, onde este apresenta menor seção condutora, e onde consequentemente se dará a fusão. Este acréscimo de massa absorve por certo tempo parte do calor que se desenvolve na seção reduzida do elo, retardando a elevação da temperatura e com isto o rompimento do elo.
  29. 29. SENAI-PE 30 Tipos de fusíveis, características e acessórios • Fusível Rolha A tempos atrás muito usado pela concessionária de energia elétrica em instalações residenciais, associado a chaves seccionadoras de faca bipolares. Hoje substituído pelos disjuntores termomagnéticos. • Fusível Cartucho Pode ter contato tipo virola ou faca. O corpo pode ser de papelão, fibra, cerâmica ou vidro, neste último caso sendo conhecidos como fusíveis de vidro. São sempre cilíndricos lembrando um cartucho, daí o nome. A diferença está no elo fusível de cada tipo. Cartucho com corpo de papelão Contatos em forma de virola, elo em forma de fio ou lâmina de chumbo, com seção reduzida (podendo ser substituído após a queima), ação rápida, baixa capacidade de ruptura, tensão nominal de 250V, corrente nominal entre 15 A a 60 A. Cartucho com corpo de fibra Contatos em forma de virola ou faca de latão estanhado, elo fusível de lâmina de chumbo com seção reduzida (podendo ser substituído após a queima), ação rápida, baixa capacidade de ruptura, tensão nominal de 500V, corrente nominal entre 60 A e 200 A. Cartucho com corpo de cerâmica Contatos virola de cobre prateado, elo fusível de lâmina de cobre, com seção reduzida por janelas. Neste tipo o corpo é preenchido por areia de fina granulação para atuar na extinção do arco elétrico no momento da fusão do elo. Pode ter ou não indicador da queima do elo fusível, e ter ou não percutor que é um pino preso por um fio muito fino, ligado em paralelo com o elo fusível por uma mola, que empurra o pino para fora do fusível quando há a sua queima.
  30. 30. SENAI-PE 31 A fixação é feita por garras quando os contatos são do tipo virola ou por mandíbulas quando os contatos são do tipo faca (INCLUIR ILUSTRAÇÃO) Base feita de Ardósia podendo ser mono, bi ou tripolar. Cartucho corpo de vidro Corrente nominal entre 0,2 A até 10 A para fusíveis com elo de fio de cobre e 15 A a 30 A quando o elo for uma lâmina de chumbo. Baixa capacidade de ruptura, tensão nominal 250V, fusão rápida para o elo em forma de lâmina e fusão ultra-rápida para o elo em forma de fio. Base pode ser aberta multipolar, fechada ou base para painel. Obs.: Ambos, cartucho e rolha, não oferecem segurança, seu uso sendo desaconselhados nos dias de hoje. • Fusível tipo D - Diazed A norma NBR 11844 se refere a estes fusíveis como tipo “D “, o nome diazed é específico do fabricante Siemens (DIA: diâmetro, Z: bipartido, ED: rosca tipo Edson). Usado para proteger condutores nas instalações elétricas ou circuitos de comando. Encontrado com atuação normal, retardada, rápida ou extra rápido. Constituído de um corpo cerâmico cilíndrico e cônico, dentro do qual está montado o elo fusível, preenchido com areia especial de quartzo de fina granulação, que tem a função de extinguir o arco elétrico no momento que o elo se rompe por fusão. Os contatos elétricos são em forma de virola, no interior de um destes contatos o fusível possui uma espoleta colorida, cuja cor identifica a capacidade nominal do fusível em ampéres. A citada espoleta é presa por um elo indicador de queima, que é ligado em paralelo com o elo fusível, quando ocorre a fusão do elo fusível, este outro também se funde liberando a espoleta do seu compartimento, indicando que o fusível está queimado devendo ser substituído. Elo fusível é a parte principal do fusível, pois é através de sua fusão que a corrente de curto-circuito é interrompida e o circuito protegido.
  31. 31. SENAI-PE 32 Cor da Espoleta In Base Rosa 2 A E 27 Marrom 4 A E 27 Verde 6 A E 27 Vermelho 10 A E 27 Cinza 16 A E 27 Azul 20 A E 27 Amarelo 25 A E 27 Preto 35 A E 27 Branco 50 A E 33 Laranja 63 A E 33 Prata 80 A R 1 / 4 Vermelho 100 A R 1 / 4 Os elos fusíveis são normalmente feitos de chumbo, prata(alemã), cobre puro ou cobre com zinco. Podem ter forma de fio com seção constante ou forma de lâmina, neste último caso podendo ter seção constante, seção reduzida normal, seção reduzida por janelas (ação rápida ou normal), ou seção reduzida por janelas com um acréscimo de massa no centro do elo (ação retardada). O artifício de usar a redução de seção na parte central do elo fusível, fará com que ele rompa sempre no mesmo ponto, evitando o aquecimento nos contatos do fusível. Tem uma alta capacidade de ruptura com tensão nominal de 500V, corrente entre 2 A e 100 A.
  32. 32. SENAI-PE 33 Acessórios para montagem Tampa Peça na qual o fusível é encaixado, permitindo colocar e retirá-lo da base, mesmo sob tensão. Esta não pode estar quebrada nem mesmo trincada, e sempre bem apertada garantindo um bom contato elétrico. Nela existe uma janela de inspeção por onde se pode checar se o fusível está ou não queimado, através da presença ou não da espoleta. Obs.: A resistência de contato que se apresenta entre a base e o fusível é a responsável por eventuais aquecimentos, devido à resistência oferecida na passagem da corrente. Sendo assim a tampa deve sempre estar bem ajustada, assim como os contatos bem firmes. Anel de proteção Cobre a rosca metálica da base, evitando choques acidentais na troca dos fusíveis. Este anel também não pode estar quebrado ou trincado. Parafuso de ajuste Construído em diversos tamanhos de acordo com a capacidade do fusível, coincidindo a cor com a espoleta indicadora de queima, colocado no interior da base não permite a substituição do fusível por outro de maior valor, o que deixaria desprotegido o circuito ou equipamento. Existe uma chave apropriada para colocação e extração dos parafusos de ajuste. O parafuso não deve ficar folgado na base, pois isto acarretará mau contato e aquecimento. Base É a peça que reúne todas a s anteriores. Pode ser fornecida para fixação por parafusos ou para fixação em trilho de 35mm.
  33. 33. SENAI-PE 34 Capa de proteção Cobre todo o conjunto deixando a mostra apenas a janela de inspeção da tampa, através da qual é possível ver se a espoleta foi ejetada ou não. A capa dispensa o uso do anel de proteção. Obs.: Os fusíveis diazed podem ser montados em seccionadoras fusíveis monopolares, bipolares e tripolares. Fusível tipo d - Silized Idênticos aos diazed comuns, porém tem característica de atuação ultra-rápida e são marcados com uma faixa amarela no corpo isolante. São ideais para proteção de aparelhos com semicondutores (tiristores e diodos, em retificadores e conversores, devido a estes componentes serem delicados, não suportando a intensidade de um curto-circuito por muito tempo. Fusível tipo d - Neozed Também idênticos aos diazed comuns, sendo de menores dimensões e de característica de atuação retardada, sendo encontrados até 63 A. Utilizados para proteção de redes elétricas e circuitos de comando. Possue acessórios como tampa, capa de proteção, base e um anel de ajuste que atua de forma semelhante ao parafuso de ajuste do diazed. Possue alta capacidade de ruptura. Pode ser montado em base unipolar ou em seccionadora-fusível sob carga Minized até 63 A, que pode ser unipolar, bipolar e tripolar. Extrator para parafuso de ajuste
  34. 34. SENAI-PE 35 Fusível NH NH são as iniciais de duas palavras alemães, Niederspannung = Baixa Tensão e Hochleistung = Alta capacidade. Tem tensão nominal 500VCA / 250 VCC com capacidade de interrupção de 120kA até 500VCA e 100kA até 250 VCC. Fusível que possui seu elo envolto em um corpo isolante cerâmico quadrado ou retangular, preenchido por areia isolante, e com contatos em forma de faca e prateados, o que proporciona perdas muito pequenas no ponto de ligação. Estes fusíveis reúnem as características de fusível retardado para correntes de sobrecarga, e de fusível rápido para correntes de curto-circuito. São também próprios para proteger circuitos sujeitos a sobrecargas de curta duração, como por exemplo partida de motores de indução. Possui indicador de queima, uma espoleta vermelha. Ela é presa de forma idêntica as espoletas dos fusíveis diazed, através de um elo indicador de queima. Corrente nominal de 6 A a 1000 A, alta capacidade de ruptura, fusão retardada. Acessórios para montagem Base Possui contatos prateados que garantem contato perfeito e alta durabilidade. Uma vez retirado o fusível, a base constitui uma separação visível das fases, por vezes tornando dispensável um chave seccionadora. Punho Destina-se a colocação e retirada dos fusíveis, mesmo sob tensão, porém nunca sob carga.
  35. 35. SENAI-PE 36 Placa Divisória Compensado de fibra resinada ou Celeron, colocada entre os fusíveis quando fixados na base. Impede que corpos estranhos coloquem os terminais dos fusíveis em curto, e protege a mão do eletricista por ocasião da colocação ou retirada do fusível sob tensão, nunca sob carga. Fusível SITOR São especialmente indicados para a proteção contra curto-circuitos de diodos e tiristores, em retificadores e conversores. Tem como função desconectar rápida e seletivamente o semicondutor do circuito quando este perde sua característica reversa, protegendo o retificador sem contudo causar sobretensões elevadas. Em caso de sobrecorrente ou curto-circuito externo, a sua atuação é tal que evita danos mecânicos ou elétricos ao semicondutor. Obs.: Os retificadores de alta corrente possuem diversos semicondutores, diodos ou tiristores conectados em paralelo. Cada semicondutor é ligado ao circuito de retificação através de um fusível. Dados Técnicos: • Tensão nominal: 600 V a 900 V em CA • Corrente nominal: 710 A a 1250 A • Potência dissipada: 150 W a 210 W • Corrente de curto-circuito: 200 kA Para que o fusível possa ser conectado tanto a barramentos de cobre como alumínio seus contatos são estanhados. Uma das extremidades deve ser conectada a barramento fixo e a outra a barramento flexível com seção no mínimo de 400mm2 , de tal forma a dissipar com eficiência as perdas originadas no fusível. Na ligação em paralelo de dois fusíveis deve-se observar uma distância entre eixos longitudinais maior que 90mm.
  36. 36. SENAI-PE 37 SECCIONADORA FUSÍVEL PARA MÉDIA TENSÃO (CANELA) A chave seccionadora fusível de distribuição, conhecida como canela, é utilizada para manobra e proteção de redes de distribuição, transformadores, banco de capacitores, etc. É uma chave fusível tipo expulsão simples na direção dos contatos articulados de abertura automática, para instalação externa e tensão até 25 kV. Possui um isolador de porcelana de alta resistência mecânica. Conectores paralelos para cabos de cobre ou alumínio, em bronze fundido estanhado. Gancho de duralumínio para operação com ferramenta de abertura sob carga “ Loadbuster” Contatos prateados com alta condutividade elétrica. Tubo corta-arco fabricado com fibra de vidro vulcanizada envolvida por fibra de vidro e fenolite. Sistema de contato tipo Auto-Press com mola helicoidal de aço inoxidável. O elo fusível é colocado no interior do tubo corta-arco preso na parte superior e parafusado na parte inferior. Quando o conjunto é colocado no local, ele é encaixado sob pressão, por ocasião da queima do elo fusível esta pressão é reduzida, e com a ajuda da ação da gravidade existente mediante o ângulo de montagem do conjunto, o sistema é expulso do seu contato ficando pendurado. A partir daí uma equipe da concessionária de energia elétrica retira o conjunto com uma vara isolante apropriada, substitui o elo queimado e recoloca o conjunto no seu lugar.
  37. 37. SENAI-PE 38 Precauções na substituição de fusíveis Nunca utilizar um fusível de capacidade de corrente superior ao projetado, nem por curto período de tempo. É possível porém, por pouco tempo, utilizar um fusível de capacidade menor, até que seja providenciado o fusível de valor correto. Se o rompimento se deu por sobrecarga, fazer um levantamento de carga do circuito para redimensioná-lo. Se o rompimento se deu por curto-circuito, proceder a manutenção do circuito antes da substituição. Para certificar-se do bom estado de um fusível com relação a condutibilidade, deve-se usar um ohmímetro, devendo a leitura resultar em ZERO Ω, para o fusível em perfeito estado. DISJUNTOR Conceito Equipamento destinado a proteger os condutores de um circuito contra sobrecorrentes, desligando automaticamente o circuito. Entende-se por sobrecorrente as sobrecargas e os curto-circuitos. Sobrecarga, quando a corrente excede pouco o valor da corrente nominal. Para atuar nesta condição o disjuntor deve ter como valor nominal de corrente um valor maior que o valor da corrente de projeto, porém menor que a capacidade máxima de condução dos condutores. A atuação é térmica.
  38. 38. SENAI-PE 39 Curto-circuito, quando a corrente excede muito o valor da corrente nominal. Para satisfazer esta condição o disjuntor deve ter capacidade de interrupção pelo menos igual a corrente de curto-circuito prevista em projeto para aquele ponto da instalação. A atuação é magnética. Obs.: Por norma o disjuntor deve suportar o primeiro curto-circuito sem se danificar. Os disjuntores são providos ainda de: Comando funcional, que pode ser direto ou remoto através de telecomando. Seccionamento de emergência. Seccionamento Proteção contra contatos indiretos, podendo haver o complemento contra contatos diretos se ao disjuntor for adicionado a proteção diferencial residual. Proteção contra quedas e faltas de tensão, pela bobina de mínima tensão. Categorias dos disjuntores em BT CATEGORIA CARACTERÍSTICAS NORMAS In APLICAÇÕES Minidisjuntores – Disjuntores para Instalações domésticas e análogas. Construção modular, montagem em trilho. Disparador não ajustável IEC 898 0,5 a 125 A Proteção de circuitos terminais em instalações com tensão de no máximo 440 VCA Disjuntores para uso geral: Disjuntores em caixa moldada. Disjuntores de potência. Construção consagrada, e tecnologia em constante aperfeiçoamento. Ampla variedade de disparadores e acessórios. Ao lado de tradicional construção aberta, versões em invólucros isolantes. Unidades de disparo versáteis e com amplos recursos, incluindo comunicação. IEC 947-2 40 a 3200 A 630 a 6300 A Proteção de circuitos principais, de distribuição e terminais. Proteção do quadro geral (QGBT). Disjuntor-motor Características apropriadas as dos motores. Podem ser IEC 947-2 IEC 947- 0,1 a 63 A Circuitos de alimentação de
  39. 39. SENAI-PE 40 usados como dispositivos de partida. 4.1 motores, máquinas e processos industriais. Disjuntor para equipamentos Dispositivos simples, geralmente proporcionando proteção contra sobrecargas mas não contra curto- circuitos. IEC 934 0,1 a 125A Destinados a ser incorporados a equipamentos de utilização (eletrodomésticos, bombas, etc). Obs.: Os disjuntores como qualquer outro equipamento obedece a uma determinada normalização, faremos alguns comentários acerca disto, no sentido de esclarecer alguns dados incluídos no quadro acima. A norma IEC 898 especifica disjuntores de Vn ≤ 440V e In ≤ 125 A, para uso em circuitos CA domésticos e análogos, utilizados por pessoas não qualificadas, não exigindo manutenção e sem faixa de ajustagem. É o caso dos minidisjuntores. Estas características não impedem seu uso em ambientes industriais. A norma IEC 934 especifica disjuntores para equipamentos. A norma IEC 947-4 especifica disjuntores utilizados como dispositivos de partida para motores. Simbologia - (ABNT – NBR 12523) A numeração dos contatos pode variar de acordo com o fabricante, porém o mais comum é o que segue. Bornes de entrada: 1, 3 e 5 Bornes de saída: 2, 4 e 6, Contato auxiliar NA: 13 – 14 Contato auxiliar NF: 21 – 22 Condições de funcionamento elétrico Os contatos devem estar sob pressão: não podem estar frouxos. Os contatos não podem estar oxidados, queimados ou sujos de graxa ou óleo. Atual Usual (aceita por norma)
  40. 40. SENAI-PE 41 Os bornes devem estar limpos. As roscas dos bornes não podem estar espanadas. A caixa isolante não pode estar quebrada ou trincada. A bobina de mínima tensão não pode estar queimada. Etc. Mini disjuntores (regidos pela norma NBR IEC 898) Mini-Disjuntores termomagnéticos para manobra e proteção de instalações elétricas em geral, contra sobrecarga e curto-circuito. Ideal para circuito de iluminação, tomadas, comando e pequenos motores. No aspecto construtivo pertencem a linha modular, possuem disparo livre, ou seja, mesmo com o acionador travado o disparo interno ocorrerá. A separação dos contatos ocorre em menos de 1 ms. O emprego de ligas especiais à base de prata, oferece uma elevada segurança contra colagem dos contatos e uma elevada durabilidade elétrica. São tropicalizados (adaptados para a temperatura e umidade dos climas tropicais), podendo trabalhar em ambientes com umidade relativa de até 95% com temperatura máxima de 45ºC e mínima de -25º C.
  41. 41. SENAI-PE 42 Disjuntor industrial tripolar ou chave disjuntora de comando manual e elétrico tripolar Dispositivo elétrico de manobra, com capacidade de ligação e interrupção de circuitos em condições normais, e ainda, capacidade de interrupção automática dos mesmos em condições anormais como curto-circuito, sobrecarga e subtensão. Elementos constitutivos Sistema de acionamento Por alavanca de acionamento frontal Por alavanca de acionamento rotativo Por tecla Normalmente encontramos a indicação ON (ligado) e OFF (desligado). Quando o disjuntor desarma automaticamente a alavanca de acionamento vai para a posição desligado. Caixa isolante moldada Estas caixas acondicionam os elementos energizados constitutivos do disjuntor, de forma a manter o operador totalmente protegido durante a operação. O material não se decompõe sob a ação do arco elétrico no momento da abertura sob carga. Câmara de extinção de arco elétrico Dispositivo responsável pelo abafamento do arco elétrico, formado no instante da abertura dos contatos móveis e fixos. Este sistema consiste numa série de placas ou lâminas metálicas, em grade, espaçadas, montadas em paralelo entre suportes de material isolante, que extinguem o arco elétrico e absorvem o calor. Relé eletromagnético Elemento sensor de curto-circuito. Quando uma determinada corrente circula pela bobina, o induzido é atraído e inicia-se uma ação de desengate através de acoplamento mecânico, fazendo com que os contatos principais se abram interrompendo o circuito instantaneamente. O ponto de atuação desta proteção em alguns disjuntores pode ser ajustado. Relé térmico Elemento sensor de sobrecarga. Composto por elemento bimetálico, que consiste de duas tiras soldadas de metais, que tem diferentes
  42. 42. SENAI-PE 43 coeficientes de dilatação. Isto é, um metal é mais sensível às variações de temperatura que o outro, dilatando-se mais. O calor liberado por uma corrente excessiva, sobrecarga, fará com o que todo o elemento se curve, esta deflexão das lâminas será suficiente para liberar o engate disparando o disjuntor. Ao passo que o valor da sobrecarga aumenta o tempo de desarme diminui. O relé térmico pode ser regulado de acordo com a corrente nominal do circuito que ele está protegendo. Obs.: A associação da proteção magnética para curto-circuito e térmica para sobrecarga resulta em um mecanismo termomagnético de proteção. Relé de subtensão Conhecido como bobina de mínima tensão. Desliga ou impede que a chave disjuntora seja ligada, quando ocorrer queda ou falta de tensão. Um valor de tensão entre 40% e 60% do nominal impedirá que os contatos móveis e fixos travem na posição ligado. Faixa de atuação Instantânea Curva B 3 In a 5 In Linha extensa e carga sensíveis ou eletrônicas. Curva C 5 In a 10 In Iluminação, eletrodomésticos em geral. Curva D 10 In a 20 In Cargas genéricas e cargas com corrente elevada de fechamento. Obs.: Estes valores são indicativos, podendo não ser observados estritamente pelos fabricantes, ou seja, podemos encontrar um disjuntor curva D com valores 10In a 15In. O disparo instantâneo para disjuntores regidos pela IEC 947-2 prescreve apenas que o disparador, normalmente o magnético, deve provocar a abertura do disjuntor com uma precisão de ± 20% em torno do valor ajustado.
  43. 43. SENAI-PE 44 Disjuntor-Motor É um equipamento destinado ao comando e a proteção dos motores, levando em consideração a corrente de partida. Dependendo do fabricante conseguem manobrar e proteger motores com In da ordem de 95 A, com capacidade de interrupção de até 100 kA, podendo substituir os fusíveis, podendo possuir proteção de falta de fase. Podem ser termomagnéticos ou apenas magnéticos. Podem ter atuação por botão de comando* ou por botão rotativo*. É possível ser associado a blocos aditivos* de vários tipos. Os contatos NA ou NF aditivos montados lateralmente à esquerda são chamados “acionados”. Os montados lateralmente à direita são chamados “acionadores”, estes últimos disparam por mínima tensão ou por emissão de tensão. Pode ter montagem em cofre*. Pode ter comando na porta do painel. Pode trabalhar associado diretamente a contatores e a relés de sobrecarga.* Podem ser fixados em trilho de 35mm ou através de parafusos. Os parafusos de ligação elétrica são normalmente do tipo imperdível. Podem ser travados quanto ao ligamento através de cadeado. Podem ser acionados por botão de soco com chave. TECNOLOGIA DOS EQUIPAMENTOS CONTATOR Chave de operação eletromagnética, que tem uma única posição de repouso e é capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, inclusive sobrecargas no funcionamento.
  44. 44. SENAI-PE 45 Princípio De Funcionamento Básico Dos Contatores Quando a bobina não está energizada (estado de repouso) as molas de curso mantêm o núcleo móvel afastado do núcleo fixo e o contator permanece na posição “ABERTO” , com os contatos de força abertos. Ao circular corrente na bobina sob tensão nominal há formação de um campo magnético que atrai o núcleo móvel juntamente com o cabeçote que suporta os contatos móveis, “FECHANDO” o contator e permitindo a passagem de corrente. Quando a alimentação da bobina é interrompida, cessa a atração e as molas de curso e de contato afastam o núcleo móvel e o cabeçote, levando o contator à posição “ABERTO”. Contato Principal É aquele componente de ligação que, em estado fechado, conduz a corrente do circuito principal, ou seja , a corrente de operação. Identificação São numerados de acordo com a norma DIN EN 50011.Os terminais de entrada 1, 3 e 5 voltam-se para a rede (fonte) enquanto os terminais de saída 2, 4 e 6 voltam-se para o motor (carga).
  45. 45. SENAI-PE 46 Bobina Componente responsável pela formação do campo eletromagnético para atração do núcleo móvel ao fixo. Seus terminais de alimentação são identificados por A1 e A2. Contatos de Força também podem ser L1, L2, L3 E T1, T2, T3. Contato Auxiliar É o componente de ligação que se situa num circuito auxiliar do contator e é acionado mecanicamente pelo contator. São identificados por números de dois dígitos de acordo com a norma, respeitadas as determinações a seguir: Função: A função do contato é indicada pelo segundo dígito, conforme o convencionado pela norma, como segue: Contato normalmente fechado ( abridor ) - (NF) Contato normalmente aberto ( fechador ) – (NA) Contato normalmente fechado atrasado na abertura (abridor atrasado). Contato normalmente aberto adiantado. no fechamento (fechador adiantado)
  46. 46. SENAI-PE 47 Os casos acima representam as funções usuais em contatores, sendo o número superior o de entrada e o inferior de saída. Exemplo: Contator de força com 4 contatos auxiliares. TIPOS Contator de Força ou Potência Responsável em estabelecer, conduzir e interromper correntes de operação. Existem contatores utilizado em corrente elevadas: contator de barramento, tetrapolar e para acionamento de banco de capacitores.
  47. 47. SENAI-PE 48 Contator Auxiliar ou de Comando É aquele responsável pelo acionamento de dispositivos de comando. Disposição dos Contatos de Contatores Auxiliares Existem contatores auxiliares com vários tipos e quantidades de contatos. A figura abaixo mostra a quantidade de contatos, em acionamento CA e CC, para um determinado tipo de fabricante. Exemplo de algumas disposições de contatos em contatores auxiliares: ELEMENTOS CONSTRUTIVOS
  48. 48. SENAI-PE 49 Contatos Principais Existem diferentes formas de construção do contato fixo e móvel e da câmara de extinção do arco voltaico, conforme a carga de serviço nominal de um contator. O final da vida elétrica dos contatos principais, dá-se quando as pastilhas de prata dos mesmos têm seu volume reduzido a 1/3 do inicial. Faz- se necessária, então, a substituição dos mesmos. Existem fabricantes que incorporam no contator um sinalizador visual do estado do contato para programações de manutenção preventiva e/ou corretiva. Contatos Auxiliares Existem a partir de 6 A a 10 A, dependendo da categoria de emprego. Deve-se alertar para um aspecto importante: não devem ser feitas modificações na estrutura do contator. No caso dos contatos auxiliares, modificações de um 11 (1NA + 1NF) para 22 (2NA + 2NF) afetará consideravelmente a operação do contator (tensão de operação e desoperação), devido ao maior número de molas, comprometendo sensivelmente o contator no que se refere 1a vida elétrica e mecânica. Também surgirão problemas na substituição dos contatos por outros não originais. SISTEMA DE ACIONAMENTO O acionamento dos contatores pode ser realizado em CA ou CC, por serem dotados de bobina e núcleo para cada tipo de corrente. Acionamento CA O campo magnético é produzido através da bobina. Para este sistema, existem anéis de curto-circuito, que se situam sobre o núcleo fixo do contator e evitam o ruído devido a passagem da CA por zero.
  49. 49. SENAI-PE 50 Acionamento CC Este sistema de acionamento, difere do CA na constituição do circuito magnético, devido à ausência de anéis de curto-circuito em sua bobina. Em alguns fabricantes, os contatores de potência, possui uma bobina de enrolamento com derivação (uma parte para atracamento e outra para manutenção), sendo inserido no circuito desta, um contato NF retardado na abertura que curto-circuita parte do enrolamento durante a etapa de atracamento. O enrolamento com derivação tem como função reduzir a potência absorvida pela bobina após o fechamento do contator, evitando com isto o sobreaque cimento ou a queima da bobina. APLICAÇÃO Chaveamento de cargas CA ou CC atuado por CC. Este sistema de atuação por bobinas de contatores por corrente contínua é recomendado para emprego em circuitos onde os demais equipamentos de comando sejam sensíveis aos efeitos das tensões induzidas pelo campo magnético de corrente alternada (microprocessadores), que comumente existe em circuitos que compõem acionamentos de motores utilizando conversores e/ou CLP’s , por exemplo. Tem também larga aplicação em sistemas de iluminação de emergência, comando de subestações em CC, e painéis de proteção em geral.
  50. 50. SENAI-PE 51 Condições de Serviço Tensão nominal de serviço do contator (Ue): é o valor de tensão que determina, conjuntamente com a corrente nominal de serviço, a utilização do contator. Com a tensão nominal de serviço se relacionam a capacidade de ligação e de interrupção, tipo de funcionamento e categoria de emprego. Categoria de emprego: Determinam as condições de ligação e interrupção da corrente nominal de serviço e da tensão nominal de serviço correspondente parra a utilização normal do contator, nos mais diversos tipos de aplicação, para CA OU CC.
  51. 51. SENAI-PE 52 Limites de temperatura: Os contatores são projetados e construídos, para operar em uma faixa de temperatura ambiente, normalmente de – 200 c a + 550 C, porém deve-se consultar o catálogo dos fabricantes. Vibrações: Sob vibração e impactos violentos, os contatores podem apresentar modificações em seus estados de operação, devendo, pois, serem instalados sobre superfície rígida. Altitude: Com o aumento da altitude, há uma diminuição da densidade do ar, influindo na tensão desruptiva do mesmo e conseqüentemente, na tensão e corrente de serviço, assim como na capacidade de dissipação de calor (resfriamento do contator). A norma IEC 158 determina que a altitude local de instalação não deve exceder a 2000m. já a NBR 6808, relativa a Conjuntos de Manobra e Controle de Baixa Tensão, em razão da gama de equipamentos envolvidos nestas instalações, limita a altitude inicialmente em 1000m e em seguida apresenta uma tabela com fatores de correção para uso em locais com altitudes acima de 1000m. Grau de proteção: As normas IEC 34-5 e ABNT-NBR 6146 definem os graus de proteção dos equipamentos elétricos por meio das letras características IP (índice de proteção) seguidas por dois algarismos. 10 algarismo – grau de proteção contra penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental.
  52. 52. SENAI-PE 53 20 algarismo – grau de proteção contra penetração de líquidos. Variação de tensão: Para garantir um bom funcionamento dos contatores, deve-se alimentar as bobinas com tensões nominais e estáveis. De um modo geral as bobinas são comercializadas para operar na faixa de 0,85 a 1,1 x Un (tensão nominal), porém para valores precisos deve-se consultar o catálogo do fabricante.
  53. 53. SENAI-PE 54 Tensão de comando (Ub): É a tensão a ser aplicada nos terminais das bobinas dos contatores. Posição de montagem: Os contatores normalmente devem ser montados sobre parede vertical. No entanto admite-se inclinações que variam de acordo com o tipo do contator e sua fabricação. Inclinações diferentes das especificadas causam a redução da vida elétrica. Quanto ao aspecto mecânico, podem ocorrer mau funcionamento em contatores maiores. A figura abaixo mostra contatores e suas posições de montagem para um determinado tipo de fabricante. ACESSÓRIOS Bloco Aditivo de Contatos Auxiliares Bloco acoplável ao contator com contatos auxiliares que podem ser encaixados frontal ou lateralmente no contator. Estes blocos podem ser encontrados com 1, 2 ou 4 contatos auxiliares, de vários tipos (1NA + 1NF, 2NA + 1NF, 4NA,etc.).
  54. 54. SENAI-PE 55 Bloco Aditivo Temporizado Bloco acoplável aos contatores com temporizador pneumático ou eletrônico, ao repouso (retardo no desligamento) ou ao trabalho (retardo na ligação). Bloco Supressor de Sobretensão Utilizados no amortecimento das sobretensões provocadas por contatores durante as operações de abertura, sobretensões estas que podem colocar em risco de dano componentes sensíveis à variações de tensão, ligados em paralelo com a bobina do contator.
  55. 55. SENAI-PE 56 Existem ainda outras combinações de componentes, citem-se exemplos varistores, diodos, resistores e diodos em série, resistores, e capacitores. Dos exemplos citados desaconselha-se a utilização de diodos e resistores, visto que o baixo valor ôhmico destes componentes criariam um circuito paralelo à bobina do contator por onde circulariam correntes que retardariam o desaparecimento do campo magnético e prolongariam o tempo de abertura do contator, aumentando consideravelmente o desgaste dos contatos por queima (arco voltaico). Já ao contrário, a utilização de varistores,ou resistores e capacitores em série, formando um circuito RC, ligados em paralelo à bobina do contator pouco influiriam sobre as características de desligamento do contator. Das duas opções apresentadas, a do circuito RC apresenta-se mais viável por razões de custo. A disposição do circuito RC em relação à bobina do contator é demonstrada abaixo. Módulo de Interface Utilizado para ligação de diferentes níveis de tensão ou corrente, em CA ou CC. Intertravamento Mecânico Combinação que garante mecanicamente a impossibilidade de fechamento simultâneo entre dois contatores, mesmo quando submetidos a choques mecânicos mais violentos na direção do fechamento.
  56. 56. SENAI-PE 57 Alguns fabricantes têm um sistema realizado através de uma trava, sendo que os dois contatores que compõem o conjunto, são unidos através da soldagem dos grampos de fechamento dos mesmos. Em outros casos, a montagem dos contatores é feita sobre uma base de fixação, sendo que o intertravamento é realizado por um pêndulo situado entre ambos. Peças de Reposição Bobinas Podem ser repostas para diversos níveis de tensão em CA (12V, 24V, 48V, 120V, 220V, 380V, 440V e 600V) ou em CC (12V, 24V, 48V, 125V, 220V, 440V e 600V), dependendo do fabricante. Jogo de contatos de potência A partir de determinados níveis de corrente os contatos dos contatores podem ser repostos quando do seu desgaste excessivo. Podem ser trocados tantos os contatos fixos como os móveis.
  57. 57. SENAI-PE 58 Câmara de Extinção de Arco Voltaico É o dispositivo responsável pelo “abafamento “do arco elétrico, formado no instante da abertura dos contatos móveis e fixos. DEFEITOS E SUAS CAUSAS Contator Não Liga • Fusível de comando queimado • Relé térmico desarmado • Comando interrompido • Bobina queimada: Por subtensão; Ligada em tensão errada; Subtensão (principalmente CC); Corpo estranho no entreferro. Contator Não Desliga • Linhas de comandos longas (efeito de “colamento” capacitiva); • Contatos soldados: Correntes de ligação elevadas(p. ex. comutação de transformadores a vazio); Comando oscilante; Ligação em curto-circuito; Comutação Y ∆ defeituosa. Contator Desliga Involuntariamente • Quedas de tensão fortes por oscilação da rede ou devido à operação de religadores.
  58. 58. SENAI-PE 59 Faiscamento Excessivo • Instabilidade da tensão de comando: Regulação pobre da fonte; Linhas extensas e de pequena secção; Correntes de partida muito altas; Subdimensionamento do transformador de comando com diversos contatores operando simultaneamente. • Fornecimento irregular de comando: Botoeiras com defeito; Fins de curso com defeito. Contator Zumbe • Corpo estranho no entreferro; • Anel de curto-circuito quebrado; • Bobina com tensão ou freqüência errada; • Superfície dos núcleos, móvel e fixo, sujas ou oxidadas, especialmente após longas paradas. • Fornecimento oscilante de contato no circuito de comando; • Quedas de tensão durante a partida de motores. Contator Com Relé Térmico, Relé Atuou • Motor não atinge a rotação nominal porque o relé atua: Relé inadequado ou mal regulado; Tempo de partida muito longo; Freqüência de ligações muito alta; Sobrecarga no eixo. • Bimetais azulados, recozidos ou enrolados de aquecimento queimado: Sobrecarga muito elevada; Fusíveis superdimensionados; Queda de tensão de uma fase (motor zumbe); Elevado torque resistente (motor bloqueia).
  59. 59. SENAI-PE 60 RELÉ TÉRMICO DE SOBRECARGA Dispositivo de proteção e, eventualmente, de comando à distância, cuja operação é produzida pelo movimento relativo de elementos mecânicos, sob a ação de determinados valores de corrente nos circuitos de entrada. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O funcionamento dos relés de sobrecarga de atuação mecânica baseia-se no princípio da dilatação linear de dois metais diferentes quando acoplados rigidamente.
  60. 60. SENAI-PE 61 O material de maior coeficiente de dilatação é denominado componente ativo enquanto o de menor coeficiente é denominado componente passivo. A curvatura de um bimetal numa dada temperatura depende da diferença entre os dois coeficientes e tende sempre para o lado do material de menor coeficiente. Funcionamento Básico do Relé de Sobrecarga O relé de sobrecarga pode ser dividido em dois circuitos fundamentais: Circuito Principal ou de Potência Neste circuito a corrente do motor circula através de resistências auxiliares que envolvem os bimetais. Estas resistências variam de acordo com a faixa de operação. A corrente nominal aquece os bimetais provocando uma deformação não suficiente para desarmar o relé. Quando ocorre uma sobrecarga, esta se reflete num aumento de corrente fazendo com que os bimetais se aqueçam mais e se desloquem provocando o desarme do relé. A interligação dos dois circuitos é feita por uma alavanca mecânica acionada pelos bimetais.
  61. 61. SENAI-PE 62 Circuito Auxiliar ou de Comando É composto de : • contato tipo reversor ou de dois contatos separados 1NA +1NF, por onde circula a corrente de comando (alimentação da bobina do contator); • botão de regulagem tipo came através do qual é feito o ajuste de corrente; • botão de rearme que tanto pode ser acionado manualmente como pode ser fixado em posição de rearme automático através de dispositivo de trava; • bimetal de compensação de temperatura que proporciona ao relé operar, de –20 a 600 C, sobre uma mesma curva de desarme. Este bimetal desloca-se conforme a temperatura ambiente de forma favorável à regulagem do came. Dispositivo de Proteção Contra Falta de Fase • posição de descanso • sobrecarga tripolar • sobrecarga bipolar O dispositivo de proteção contra falta de fase é composto por duas hastes móveis (braços 1 e 2) ligados à alavanca móvel 3. esta transmite o movimeto dos bimetais ao circuito auxiliar (ao contato reversor ou aos contatos NA e NF) sempre que a alavanca 3 chegar em “S “ haverá o desarme do relé.
  62. 62. SENAI-PE 63 Em caso de sobrecarga tripolar o deslocamento dos bimetais é uniforme empurrando os braços 1 e 2 que levam alavanca 3 em deslocamento paralelo ao dos bimetais, isto provoca o desarme do relé. Quando a sobrecarga é bipolar (falta de fase) o braço 2 é mantido na posição inicial através do bimetal sem corrente. Por meio de uma relação de braço de alavanca o caminho percorrido pelos bimetais sob corrente é transmitido à alavanca 3. Esta relação amplia o movimento desarmando o relé com um menor deslocamento dos bimetais. Desta forma, para uma mesma corrente o tempo de desarme do relé é menor para sobrecarga bipolar do que sobrecarga tripolar. Tempos de Desarme no Caso de Sobrecarga Segundo A Norma Vde 660 SOBRECARGA TEMPO DE ATUAÇÃO 1,05 X In 1,20 X In 1,50 X In 6,00 X In > 2h (frio) < 2h (quente) < 2 min (quente) > 5 seg (frio) Identificação São numerados de acordo com a norma DIN EN 50011.Os terminais de entrada 1, 3 e 5 voltam-se para a rede (fonte) enquanto os terminais de saída 2, 4 e 6 voltam-se para o motor (carga), isto para os contatos de potência. São identificados por números de dois dígitos de acordo com a norma, respeitadas mesmas determinações dos contatos auxiliares empregados em contatores. Nota: este tipo de contato ao lado, é chamado contato tipo reversor onde existe um terminal comum (95) e os demais para comutação.
  63. 63. SENAI-PE 64 RELÉ DE PROTEÇÃO ELETRÔNICO • Os relés de proteção eletrônica, versão para motores, podem ser equipados com módulos adequados às necessidades específicas do utilizador • Ele supervisiona o funcionamento das máquinas e tem conhecimento, a cada instante e com precisão, do aquecimento dos motores e alternadores. Pode dessa forma antecipar-se quanto às conseqüências de utilização anormal. Em sua versão básica o relé protege contra: • sobrecargas térmicas; • desequilíbrios de fases; • falta de fases. Podem ser utilizados com ou sem transformadores de corrente dependendo do seu modelo além de possuir módulos acopláveis ao relé com funções complementares tais como: • controle de temperatura do motor com ajuda de sondas térmicas; • partida estrela-triângulo; • proteção contra bloqueios e sobreconjugados. Módulos Aditivos para os Relés de Proteção Existem 3 (três) módulos básicos Proteção por sondas PTC: esse módulo permite o controle de temperatura exata do motor, estando equipada por três sondas PTC (coeficiente de temperatura positivo). Havendo elevação anormal de temperatura do motor, o relé de proteção desliga. O rearme somente será possível após resfriamento.
  64. 64. SENAI-PE 65 Partida estrela-triângulo: esse tipo de partida se aplica aos motores sem carga ou com cargas pequenas. A comutação “ triângulo”, quando da partida, é controlada de maneira amperimétrica pelo relé, cujo seu valor de basculamento (1,5 In “estrela”). Se este valor de nível não for atingido, quando de uma partida muito longa ou anormalmente longa, uma temporização efetua a passagem “de estrela” em “triângulo” após um tempo regulado sobre o módulo, de 1 a 30 segundos. Esse funcionamento será sinalizado por um LED vermelho, na parada do motor. Nesse caso de comutação forçada, é necessário, para dar uma nova partida, descarregar o motor para corrigir o defeito, e rearmar o relé de proteção. Proteção contra bloqueios e sobreconjugados: esse módulo controla sobre conjugados por sobrecorrentes de 1,5 a 3 vezes a corrente regulada do relé. Aplicáveis para motores que acionam máquinas com serviço severo dos tipos moedor, misturador, triturador, devem ser protegidos contra: trancos eventuais muito fortes, travamento, supercarregamento, que aumentam o risco de uma redução acentuada da vida do motor. CONDIÇÕES DE SERVIÇO Temperatura Ambiente Segundo a norma VDE 0660 – parte 104, um relé térmico de sobrecarga deve ser capaz de trabalhar numa faixa de 50 C a + 400 C. Alguns fabricantes estendem esta faixa para –200 C a 600 C, valores referidos à umidade relativa do ar a 50%. Deve-se consultar o catálogo dos fabricantes. Compensação de Temperatura Os relés são montados com bimetais de compensação, a fim de evitar a influência da variação da temperatura ambiente sobre as características de desarme do relé.
  65. 65. SENAI-PE 66 Posição de Montagem Os relés são fixados em paredes verticais, na posição de emprego de acordo com os catálogos dos fabricantes, porém, de uma maneira geral, inclinações de até 22,50 são admissíveis para todos os lados. Acessórios Base de Fixação Permite a fixação individual do relé tanto em trilhos suportes como por parafusos. Garras de Acoplamento Necessários para o acoplamento aos contatores.
  66. 66. SENAI-PE 67 Características de Operação Corrente Nominal do Motor É a característica básica de escolha da faixa de corrente de um relé. Serve inclusive para o ajuste do mesmo, através do botão de regulagem. Característica da Rede De modo geral os relés são apropriados para instalações com freqüências de rede entre 0 Hz (CC) a 400 Hz, com exceções dos relés acoplados com TC’s, que devem ser aplicados apenas para 60 Hz. A influência da freqüência, nessa faixa , sobre os valores de desarme pode ser desprezada. O maior valor de tensão admissível para o relé é sua tensão nominal de isolação. Número de Manobras A correta proteção de um motor com relé de sobrecarga é garantida para operação contínua ou uma freqüência de manobras de até 15 manobras por hora. Após cada manobra os bimetais do relé deverão resfriar (temperatura ambiente), voltando à posição original (repouso). RELÉ DE TEMPO São temporizadores para controle de tempos de curta duração. Utilizado na automação de máquinas e processos industriais, especialmente em sequenciamento, interrupções de comandos e em chaves de partida. Podem ser: • Eletrônicos • Pneumáticos • Motorizado
  67. 67. SENAI-PE 68 Quanto ao funcionamento podem ser: Com retardo na energização ou “ao trabalho”, ou ainda “on delay”. A temporização tem início no momento da energização dos terminais de alimentação, normalmente A1 e A2. O relé só comutará seus contatos de saída, após transcorrido o tempo programado (NA fecha e NF abre), se a tensão for retirada dos terminais de alimentação antes da temporização ter sido concluída, os contatos não irão comutar. Após a comutação os contatos só retornarão a sua posição de repouso após a retirada da alimentação dos terminais de alimentação. O nome “relé de tempo em trabalho”, vem do fato da contagem de tempo ser feita com o relé energizado, Com retardo na desenergização ou “ao repouso”, ou ainda “off delay”. A temporização só tem início no momento da desenergização dos terminais de alimentação, normalmente A1 e A2. O relé comutará os seus contatos de saída, no momento da desenergização e os manterá assim pelo tempo programado, assim que o tempo se esgotar os contatos voltarão ao seu estado de repouso. Se os terminais de alimentação do relé forem novamente energizados antes da contagem do tempo programado ter se encerrado, o relé resetará a contagem e seus contatos voltarão ao seu estado de repouso. O nome “relé de tempo em repouso”, vem do fato da contagem de tempo ser feita com o relé desenergizado, O temporizador eletrônico tem contatos, normalmente, 15 – 16 fechado e 15 – 18 aberto (15 é comum). O temporizador pneumático tem contatos 55 – 56 fechado e 67 – 68 aberto. Existe ainda um relé especial, usado para temporizar a chave de partida estrela triângulo, e por isto chamado Relé de Tempo Estrela Triângulo. Possui dois circuitos de temporização, um de tempo ajustável, normalmente até 30 segundos, para a etapa estrela, e outro de tempo fixo, normalmente 300 ms, para a comutação triângulo. O contato ajustável é numerado 15 – 16 (fechado) e 15 – 18 (aberto). O contato de tempo fixo é numerado 25 – 26 (fechado) e 25 – 28 (aberto).
  68. 68. SENAI-PE 69 Quando os terminais de alimentação deste relé são energizados seu contato de tempo ajustável comuta (o fechado, abre), e após ter terminado o tempo programado este contato volta a condição de repouco. Após o tempo fixo (100 ms) o segundo contato comuta (o fechado, abre), e esta condição continuará até os terminais de alimentação serem desenergizados. Obs.: O esquema de comando da chave estrela triângulo utilizando este relé será visto no capítulo “ Chaves magnéticas para motores trifásicos”. MOTOR ELÉTRICO É a máquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica de rotação. É o mais usado de todos os tipos de motores pois combina as vantagens de utilização de energia elétrica (baixo custo, facilidade de transporte e simplicidade de comando) com sua construção simples, custo reduzido e grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos. PRINCIPAIS TIPOS – QUANTO A CORRENTE Motor de Corrente Alternada: são os mais usados, pois toda a linha de distribuição de energia elétrica é feita em corrente alternada. Trabalham sob o princípio da indução eletromagnética, campos girantes. Motor de Corrente Contínua: são motores de custo mais elevado e além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta corrente alternada em contínua. Podem funcionar com velocidade ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por isso, seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo mais alto da instalação. Não trabalham por indução eletromagnética, e sim no princípio dos campos cruzados.
  69. 69. SENAI-PE 70 Motor Universal: podem tanto ser utilizados em corrente contínua como em corrente alternada. Ex.: eletrodomésticos. PRINCIPAIS TIPOS – QUANTO A VELOCIDADE Motor Síncrono: funciona com velocidade fixa; utilizado somente para grandes potências (devido a seu alto custo em tamanhos menores) ou quando se necessita de velocidade invariável. Obedece a expressão: Onde: ns é a velocidade síncrona do campo magnético girante do motor. f é a freqüência da rede de alimentação ( no Brasil é de 60Hz). p é o número de pólos do motor. Motor de Indução ou Assíncrono: funciona normalmente com uma velocidade constante que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao seu eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, é amplamente utilizado na prática. Divide-se em duas partes principais: Estator, onde se encontra o “pacote” de chapas por onde circula o campo magnético gerado pela rede de alimentação, sendo ,assim a parte estática (parada) do motor, e; Rotor, que está acoplado ao eixo, onde pode-se ser bobinado ou de “gaiola de esquilo”, sendo este último o mais empregado. Esta é parte girante do motor, por onde circula o campo magnético induzido.
  70. 70. SENAI-PE 71 Ligação do Motor (Fechamento) Corresponde à preparação do bobinado do motor para ser alimentado com a tensão da rede. Os motores trifásicos com 6 terminais, podem ser ligados de duas formas diferentes (em triângulo ou estrela) para poderem ser alimentados em duas tensões de rede. O motor deverá ser ligado em TRIÂNGULO para a menor tensão da placa, e em ESTRELA para a maior tensão da placa. Ex.: motor trifásico 6 terminais, 220/380V. Este motor pode ser ligado numa rede trifásica com tensão de linha (fase a fase) igual a 220V com ligação (fechamento) em triângulo ou com tensão de linha de 380V, com ligação estrela. Ou seja Enrolamento do motor trifásico com sua numeração padrão dos terminais. Obs.: Os terminais também podem ser identificados com letras: U, V, W, X, Y, Z. Relacionadas respectivamente aos números.
  71. 71. SENAI-PE 72 DADOS DE PLACA DO MOTOR DE INDUÇÃO Modelo: 90S 1189 90 S 1189 tipo de carcaça data de fabricação novembro de 1989 espaço em milímetros entre o centro do eixo e a base. 1 6 4 2 5 3
  72. 72. SENAI-PE 73 Freqüência nominal (Hz) Freqüência da rede de alimentação para a qual o motor foi projetado. De acordo com as normas, os motores devem funcionar satisfatoriamente com freqüência até + ou - 5% da freqüência nominal do país. A freqüência no Brasil é 60 Hz. Tensão nominal (V) É o valor de tensão para a qual o motor foi especificado para funcionamento em regime nominal. De acordo com as normas, o motor deve funcionar satisfatoriamente com tensões até + ou – 10% da tensão nominal, desde que a frequência seja a nominal. Se houver simultaneamente variações de frequência e tensão, a soma das duas variações não pode ultrapassar 10%, da variação nominal. Ex.: motor trifásico 380/660V Este motor pode ser ligado nas tensões da rede de alimentação em 380V(menor tensão) com ligação triângulo ou 660V(maior tensão), ligando-o em estrela. Tendo potência constante, teremos na maior tensão a menor corrente e vice- versa. Potência Nominal (kW ou C.V.) É a potência que o motor pode fornecer continuamente, dentro de suas características nominais. (1CV = 736W e 1AP = 746W) Corrente nominal É a corrente absorvida quando o motor funciona à potência nominal, sob tensão e freqüência nominais. Velocidade nominal (rpm) É a velocidade do motor quando ele fornece a potência nominal, sob tensão e freqüência nominais, medida em rotações por minuto. Existem duas velocidades: Velocidade síncrona do Campo Girante que obedece a fórmula η = (120 . f) / p Velocidade assíncrona do rotor. A velocidade assíncrona é um pouco menor que a velocidade síncrona, pois o Campo Girante não possui matéria não possuindo inércia, enquanto o rotor possui matéria girando um pouco mais lento. Esta diferença entre as duas velocidades é conhecida como Escorregamento. Fator de serviço (FS)
  73. 73. SENAI-PE 74 É o valor que, aplicado à potência nominal, indica a sobrecarga permissível que pode ser aplicada continuamente ao motor, sob condições especificadas de tensão e freqüências nominais. EX.: um motor com FS = 1,15, suporta continuamente 15% acima de sua potência. Esta é uma reserva de potência que dá ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento em condições desfavoráveis. Não confundir o FS com capacidade de sobrecarga momentânea, durante alguns minutos. Normalmente os fabricantes projetam motores que podem suportar uma sobrecarga de até 60% de sua carga nominal, durante 15 segundos. Classe de isolamento (ISOL) Define o limite máximo de temperatura que o enrolamento do motor pode suportar continuamente, sem que haja redução de sua vida útil. Conforme ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), as primeira classes de isolamento e suas temperaturas limites são: Classe de isolamento Temperatura limite Y 900 C A 1050 C E 1200 C B 1300 C F 1550 C H 1800 C C 4000 C Regime de serviço (REG.S.) Também chamado de regime de funcionamento, Indica a forma de utilização do motor no acionamento da carga. É o grau de regularidade da carga a que o motor é submetido. Os motores normais são projetados para regime contínuo, isto é, funcionamento com carga constante, igual à potência do motor.
  74. 74. SENAI-PE 75 Regime de Serviço S1 Regime Contínuo Funcionamento com carga constante atingindo seu equilíbrio térmico S2 Regime de Tempo Limitado Funcionamento com carga constante não atingindo seu equilíbrio térmico S3 Regime Intermitente Periódico Seqüência de ciclos idênticos a carga constante-repouso S4 Regime Intermitente Periódico com partidas Seqüência de ciclos idênticos, partida- carga constante-repouso S5 Regime Intermitente Periódico com Frenagens Elétricas Seqüência de ciclos e regimes idênticos com partida e carga constante S6 Regime de Funcionamento Contínuo com Carga Intermitente Seqüência de ciclos e regimes idênticos com carga constante , funcionamento a vazio, não existindo período de repouso S7 Regime de Funcionamento Contínuo com Frenagens Elétricas Seqüência de ciclos e regimes idênticos com partida e carga constante S8 Regime de Funcionamento Contínuo com Mudança Periódica na Relação Carga/Velocidade de Rotação xxxx Grau de proteção (IP) É um código padronizado pelas letras IP (índice de proteção) que definem, segundo a norma IEC 34-5 e ABNT NBR-6146, os graus de proteção dos equipamentos elétricos contra penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental, além de, penetração de líquidos. Ex.: IP 54 – equipamento com proteção completa contra toque, acúmulo de poeira nociva e respingos de água em todas as direções. Categoria de conjugado (CAT) Conjugado – também chamado de torque, momento ou binário, é a medida do esforço necessário para girar o eixo. A categoria de conjugado é a classificação conforme as características de conjugado em relação à velocidade e à corrente de partida. Conforme definição da norma NBR 7094, os motores de indução são classificados como: Categoria N Com conjugado de partida normal e corrente de partida normal, constituem a maioria dos motores encontrados no mercado. São utilizados para acionamento de cargas normais tais como bombas, máquinas operatrizes e ventiladores.
  75. 75. SENAI-PE 76 Categoria H Com alto conjugado de partida e corrente de partida normal. Usados para cargas que exigem maior conjugado na partida, como peneiras, transportadores, carregadores, cargas com alta inércia, britadores, etc. Categoria D Conjugado de partida alto, corrente de partida normal, com velocidade nominal mais baixa que das categoria anteriores. Usados em prensas excêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos; em elevadores e em cargas que necessitam de conjugado de partida muito alto e corrente de partida limitada. Ip/In Fator multiplicador da corrente nominal que indica a corrente na partida. Par vencer a inércia e iniciar o movimento acelerando até a velocidade nominal, o motor de indução solicita à rede de alimentação um a corrente superior a corrente nominal. Para se conhecer o valor desta corrente na partida, basta multiplicar o Ip/In pela corrente nominal que teremos a corrente de partida. Ex.: Ip/In = 7 In = 15A Ip = 15 x 7 = 105 A Letra código Também chamada de código de partida, é a indicação padronizada, através de uma letra, da corrente de rotor bloqueado do motor. A letra código fornece um valor numérico a partir de uma tabela, pelo qual se deve substituir na fórmula abaixo, para se obter o valor da corrente de partida.
  76. 76. SENAI-PE 77 Letras Códigos e Relação kVA/c.v. com Rotor Bloqueado Letra Código Kva/C.V. A 0 -3,14 B 3,15 – 3,54 C 3,55 – 3,99 D 4,00 – 4,49 E 4,50 – 4,99 F 5,00 – 5,59 G 5,60 – 6,29 H 6,30 – 7,09 J 7,10 – 7,99 K 8,00 – 8,99 L 9,00 – 9,99 M 10,00 - 11,19 N 11,20 – 12,49 P 12,50 – 13,99 R 14,00 – 15,99 S 16,00 – 17,99 T 18,00 – 19,99 U 20,00 – 22,39 Obs.: Os dados de placa, particularmente corrente e velocidade, são para condições nominais de funcionamento. 3 10.)./(.).( min 3 min xV xvckVAxvcP I alno alno p =
  77. 77. SENAI-PE 78 CHAVES MAGNÉTICAS PARA MOTORES TRIFÁSICOS Elas devem assegurar quatro funções: 1. Seccionamento – isolar da rede todos os condutores ativos, para permitir intervenções seguras de manutenção preventiva ou corretiva. 2. Proteção contra curto circuito – deter e interromper o mais rápido possível correntes elevadas de curto circuito para impedir a deteriorização da instalação. 3. Proteção contra sobrecargas – detecção das correntes de sobrecarga no funcionamento e interrupção da partida, antes que a elevação de temperatura do motor e dos condutores provoque deteriorização dos isolantes. 4. Comutação – é o comando do motor, considerando-se as sobrecargas de partida com cadência de manobras elevada e com vida elétrica consideravelmente importante. COMPONENTES DA CHAVE DE PARTIDA Contatores de força Responsáveis pela conecção do motor à rede de alimentação. Contatores auxiliares Usado para fins de comando, intertravamento e sinalização. Fusíveis de força Dispositivos de proteção contra curto circuito e seletivamente (em combinação com relé de sobrecarga) contra sobrecargas de longa duração, em circuitos de força. Fusíveis de comando Usados na proteção contra curto circuito e seletivamente (em combinação com relé de sobrecarga) contra sobrecargas de longa duração, em circuitos de força.
  78. 78. SENAI-PE 79 Relés de sobrecarga Usados para proteção do motor contra sobrecargas em regime, inclusive falta de fase e rotor bloqueado. Transformador de comando Tem como objetivo principal compatibilizar a tesão da rede com a tensão de comando. Normalmente o comando tem nível baixo de tensão, por medida de segurança. Autotransformador de partida São aplicados em chaves de partida compensadora para permitir a redução da tensão de alimentação na partida de motores. Relés de tempo São temporizadores para controle de tempo de curta duração. Podem ser ao repouso ou ao trabalho; eletrônicos, eletromecânicos ou pneumáticos. Sequencímetro Elemento utilizado para monitoração da seqüência de fase em motores trifásicos, detectando qualquer inversão na seqüência das fases R, S e T. Protetores térmicos (sondas térmicas) • Protegem motores diretamente contra elevações de temperatura acima das especificações • A prova de explosão • Freqüência de manobras elevada • Tempo de partida muito elevado (partida lenta); • Ambientes quentes. • São determinados em função da classe de isolamento dos motores. • Os protetores mais usados são: Termistores - PTC São dispositivos feitos de material semicondutor que, para um determinado tipo de temperatura sofrem variação brusca no valor da sua resistência. Termostatos Instalados entre as espiras do motor, sempre no lado oposto ao ventilador. Seu princípio de funcionamento baseia-se na deformação de lâminas bimetálicas com o calor.
  79. 79. SENAI-PE 80 Relé de falta de fase Com Neutro - detectam a falta de uma ou mais fases para com o neutro e o defasamento existente entre as fases R, S e T. Sem o neutro – detectam o defasamento existente entre as fases R, S e T. Relé de proteção PTC Usado para proteção térmica de motores que usam um dispositivo PTC como sensor. Relé de mínima e máxima tensão São utilizadas na supervisão de redes de alimentação monofásicas e trifásicas, protegendo-as contra variação de tensão da rede além de limites pré-fixados. MECANISMO DE ACIONAMENTO Podem ser: Manuais Onde a responsabilidade do acionamento é toda do operador. Botoeira ou Botões de Comando Mecânicos A responsabilidade do acionamento é devido ao contato mecânico da máquina ou material sólido sob contato mecânico no cabeçote deste dispositivo. Os elementos usados neste tipo de acionamento são as chaves tipo fim de curso e os microswicht (fins de curso de pequeno porte). Eletrônicos Na presença de corpos próximos aos sensores, estes comutam seus contatos que serão utilizados no comando ou proteção do circuito. Os sensores mais utilizados são: Sensores tipo capacitivo: detectam a presença de corpos densos em sua proximidade. Sensores tipo indutivo: detectam a presença de corpos ferrosos em sua proximidade.
  80. 80. SENAI-PE 81 Sensores Ópticos: podem ser utilizados para detectar da presença de corpos refletores de iluminação e/ou no corte de sinal luminoso entre um emissor e receptor acoplado ao sistema. Controladores de Nível Utilizados no acionamento indireto de motores através de contatores ou acionando diretamente motores de pequenas potências. Importância das Chaves de Partida 1. Proteção da instalação elétrica contra picos de corrente que acontecem na partida de motores de indução. por esta razão, em redes de distribuição em baixa tensão, as concessionárias de energia elétrica limitam a potência máxima do motor para ligação direta à rede. No caso da CELPE, este limite é de 5CV, em 380V, segundo a norma NE 005/96. Caso a instalação não esteja dimensionada para suportar estes picos de corrente, podem suceder as seguintes situações: • avarias na instalação, especialmente um rápido envelhecimento na camada isolante dos condutores devido às altas temperaturas geradas pelas altas correntes; • prejuízo no funcionamento de outros consumidores ligados à mesma rede, devido às quedas de tensão. 2. Proteção do motor contra sobrecargas e faltas de fase, ambas prejudiciais aos enrolamentos do motor pois reduzem a sua vida útil, podendo inclusive queimá-lo. 3. Proteção do operador que desta forma manuseia botoeiras por onde circulam pequenas correntes de comando. 4. Proteção do motor contra subtensões e sobretensões que venham a ocorrer na rede, ambas prejudiciais ao funcionamento do motor.
  81. 81. SENAI-PE 82 TIPOS DE CHAVES DE PARTIDA Partida Direta Consiste na ligação do motor diretamente à rede de alimentação sob tensão plena. Neste caso, o motor parte com seu valor de conjugado nominal e corrente de partida elevado. Sempre que possível, o tipo de partida deve ser direta, já que o motor foi projetado para estas condições (corrente e tensões nominais). Usada em motores em rede trifásica com potência até 5CV e me rede monofásica com potência até 3CV. A partir destes valores a norma exige chave de redução de pico de partida. Dimensionamento da Chave de Partida Direta Os equipamentos são dimensionados pela corrente do motor, em função da tensão de operação e número de pólos. Contator C1 = I nominal do motor. Relé de Sobrecarga RS1 = I nominal do motor (especificar o equipamento de forma que este valor (In), fique aproximadamente no meio da escala de regulagem do relé). Fusíveis F1, F2, F3 = Ip Ip é a corrente de partida, conseguida multiplicando-se a constante Ip / In pela corrente nominal. Este valor dura cerca de 5 segundos. Estes valores (Ip e o tempo 5 segundos), são colocados em uma curva, no cruzamento destes valores conseguimos o valor dos fusíveis. Ex.: Motor trifásico, 380V / 60Hz – 3CV, 5 A, Ip / In = 7,5 – 5 segundos para partir. Dimensionar a chave de partida direta. Categoria de funcionamento AC3 Contator C1: Corrente de linha 5 A Tensão de bobina 220 V 2 NA + 2 NF regime de trabalho AC3.
  82. 82. SENAI-PE 83 Relé de Sobrecarga RS1 In = 5 A, sendo assim a faixa de ajuste será de 3 A a 7 A (de acordo com o catálogo do fabricante). Fusíveis de Força F1, F2, F3 Ip = (Ip / In) . In durante 5 segundos. Estes valores serão cruzados na curva de fusíveis, podendo ser NH ou Diazed. No ponto de cruzamento temos o fusível apropriado. Ip = 7,5 . 5 A = 37,5 A em 5 segundos. (Vide anexo – curva de especificação de fusíveis).
  83. 83. SENAI-PE 84 Diagrama de Força Partida Direta
  84. 84. SENAI-PE 85 Diagrama de Comando Chave Partida Direta
  85. 85. SENAI-PE 86 Partida Direta com Reversão Este tipo de partida é uma partida direta com o incremento da reversão do motor, que pode ser feita de duas maneiras: Reversão normal: onde deve-se desligar primeiro o motor para depois reverter a sua rotação. Reversão instantânea: a reversão pode ser feita instantaneamente, sem a parada do motor, onde, neste caso, o motor terá novamente um pico de corrente elevado no momento da reversão. (Esta modalidade deve ser evitada sempre que possível sob pena de danificar o motor. Em caso de necessidade de trabalhar deste modo o motor deve ser especificado adequadamente). A corrente elevada na partida do motor, quer seja com ou sem reversão, ocasiona as seguintes conseqüências: • Acentuada queda de tensão na rede de alimentação; • Sistema (contatores, relés, cabos) deve ser superdimensionado, elevando os custos; • Existe uma limitação imposta pela concessionária de energia elétrica a este tipo de partida, já mencionada anteriormente; Para se evitar estes problemas, pode-se utilizar um sistema de partida com redução de tensão e consequentemente redução de corrente e de conjugado.
  86. 86. SENAI-PE 87 Diagrama de Força Chave Reversora
  87. 87. SENAI-PE 88 Diagrama de Comando Chave Reversora (com parada)
  88. 88. SENAI-PE 89 Diagrama de Comando Chave Reversora (automática)
  89. 89. SENAI-PE 90 Diagrama de Força Chave Reversora Motor Monofásico
  90. 90. SENAI-PE 91 Diagrama de Comando Chave Reversora Monofásica (com parada)
  91. 91. SENAI-PE 92 Partida para duas Velocidades para Motores do Tipo Dahlander É utilizado para motores de duas velocidades. A velocidade menor é sempre a metade da maior velocidade, em rpm. O rendimento do motor na maior velocidade é melhor. O enrolamento tipo Dahlander consiste de seis bobinas, que podem ser combinadas de duas formas, resultando nas duas velocidades. O motor possui seis terminais, como o motor para uma velocidade, porém, não pode ser adaptado a duas tensões. Aplicação: máquinas que requeiram duas velocidades, esteiras transportadora, centrífugas, etc. Motor dahlander 5 2 1 3 6 4
  92. 92. SENAI-PE 93 Diagrama de Força Motor Dahlander Diagrama de Força Motor Dahlander
  93. 93. SENAI-PE 94 Diagrama de Comando Automático Motor Dahlander
  94. 94. SENAI-PE 95 Partida Estrela-Triângulo (Y ) Consiste na alimentação do motor com redução de tensão nas bobinas, durante a partida. Na partida executa-se ligação estrela no motor (para maior tensão de placa), porém alimenta-se com a menor tensão de placa, ou seja, a tensão da rede. Assim, as bobinas do motor, durante o período de partida, recebem 58% da menor tensão enquanto deveriam receber 58% da maior tensão. Após a partida o motor será ligado em triângulo recebendo 100% da menor tensão de placa, ou seja, tensão nominal. Este tipo de chave proporciona a redução da corrente de partida e do conjugado do motor para aproximadamente 33% de seu valor se ligado em partida direta. Apropriado para máquinas com conjugado resistente de partida até 1/3 do conjugado nominal de partida do motor, isto é, a carga que deve ser acionada pelo motor deve ter, no máximo, um “peso” na ponta do eixo até 1/3 do conjugado do motor. Na prática este tipo de chave é aplicada em máquinas que partem em vazio ou com carga muito pequena na ponta do eixo. Deve-se ter muito cuidado na passagem de estrela para triângulo, pois uma comutação em velocidade abaixo de 80% da nominal irá acarretar uma corrente muito alto, podendo atingir um valor próximo da corrente em partida direta. Dimensionamento da Chave Estrela Triângulo Contator C3: Só participa da partida em estrela, sendo assim sua corrente é IN = In / 3 = 0,33 In , pois a corrente é proporcional ao quadrado da (√3 )2 Variação da tensão, que é de 1 √3
  95. 95. SENAI-PE 96 Contator C2: Só participa da ligação triângulo, corrente nominal da ligação triângulo, é IN de que é igual a In.58,0 √3 Contator C1: Participa das duas ligações, estrela e triângulo, o contator então deverá ser dimensionado pela maior corrente, que é a da ligação triângulo In.58,0 . Relé de Sobrecarga RS1 = I nominal do motor (especificar o equipamento de forma que este valor (In), fique aproximadamente no meio da escala de regulagem do relé) Fusíveis F1, F2, F3 = Ip Ip é a corrente de partida, conseguida multiplicando-se a constante Ip / In pela corrente nominal. Estes valores (Ip e o tempo), são colocados em uma curva, no cruzamento destes valores conseguimos o valor dos fusíveis. Ex.: Motor trifásico, 380V / 60Hz – 3CV, 5 A, Ip / In = 7,5 – 5 segundos para partir. Dimensionar a chave de partida estrela triângulo. Categoria de funcionamento AC3 Contator C1 = C2: In.58,0 . = 0,58 . 5 = 2,9 A Tensão de bobina 220 V 2 NA + 2 NF regime de trabalho AC3. Contator C3: 0,33 In = 0,33 . 5 = 1,65 A Tensão de bobina 220 V 2 NA + 2 NF regime de trabalho AC3. Relé de Sobrecarga RS1: Corrente nominal 5 A, sendo assim a faixa de ajuste de 3 A a 7 A ( a faixa será selecionada de acordo com o fabricante ). Fusíveis de Força F1, F2, F3: Ip = (Ip / In) . In = 7,5 . 5 A = 37,5 A, é a corrente de partida, conseguida multiplicando-se a constante Ip / In pela corrente nominal, no caso do exemplo durante 15 segundos. Estes valores 37,5 A e 15 segundos serão cruzados na curva de fusíveis e com isto determinamos o fusível. (Vide anexo – curva de especificação de fusíveis).
  96. 96. SENAI-PE 97 Diagrama de Força Partida Estrela Triângulo (configuração leve)
  97. 97. SENAI-PE 98 Diagrama de Comando Chave Estrela - Triângulo
  98. 98. SENAI-PE 99 Diagrama de Comando Chave Estrela – Triângulo (com relé estrela – triângulo)
  99. 99. SENAI-PE 100 Diagrama de Força Partida Estrela Triângulo (configuração pesada)
  100. 100. SENAI-PE 101 Diagrama de Força Partida Estrela Triângulo (configuração extra-pesada)

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