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COMANDOS ELÉTRICOS M Ó D U L O 1 A eletricidade que move o mundo é a mesma que passa sutil e despercebida por entre nós. Eduardo Soares https://www.pensador.com/autor/eduardo_soares/ SUMÁRIO COMANDOS ELÉTRICOS PRINCIPAIS SIMBOLOGIAS DOS COMANDOS ELÉTRICOS Botoeiras Contatores Disjuntor Fusíveis Sinaleiros Relés DISPOSITIVOS DE COMANDO, SINALIZAÇÃO E AUXILIARES Botoeiras Contato de Selo Relés Contatores Sinalizador DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO Fusíveis Disjuntores PRINCIPAIS DÚVIDAS SOBRE UTILIZAÇÃO DE DISJUNTOS EM UMA INSTALAÇÃO DOMÉSTICA RELÉ TÉRMICO 04 05 05 06 06 07 07 08 09 09 22 26 36 39 41 41 50 65 68 COMANDOS ELÉTRICOS Circuito de cargas: Esse circuito pode ser monofásico, bifásico ou trifásico, onde as cargas elétricas utilizadas é sua potência total. Circuito de comandos: O circuito de comandos ou de controle é onde os dispositivos de acionamento e sinalização são encontrados, ele possui uma combinação de elementos que executam o acionamento das cargas e sinaleiros. A eletricidade é a principal responsável pelo nosso modo de vida, desde a comunicação à distância, desenvolvimento das indústrias e o surgimento da internet. O seu estudo é dividido geralmente em 4 áreas: geração, transmissão, distribuição e consumo. Os comandos elétricos utilizam a energia, para transformá-la em parte de um produto, sendo sua principal função o acionamento de máquinas e equipamentos elétricos, como os motores por exemplo, que são bastante comuns em indústrias. Outros exemplos comuns de comandos elétricos são os utilizados em: elevadores, tornos, fresas, esteiras rolantes dentre outros. 04 05 PRINCIPAIS SIMBOLOGIAS DOS COMANDOS ELÉTRICOS Os comandos elétricos mais comuns são feitos por um circuito de força, que pode ser monofásico, bifásico ou trifásico e um circuito de comando, onde fica o acionamento dos dispositivos de sinalização. É com o acionamento através dos comandos elétricos que as máquinas elétricas conseguem funcionar normalmente. Botoeiras: As botoeiras funcionam interrompendo ou permitindo a passagem da energia elétrica a partir do momento que ela for acionada. Símbolo Literal Símbolo Gráfico 06 Contatores: O contator é um dos principais componentes do comando elétrico, e sua função é controlar a passagem de altas correntes, possuindo as configurações de contatos NA (Normalmente Aberto) e NF (Normalmente Fechado). Existem dois tipos: contatos de potência ou carga e contatos auxiliares ou de comando. Símbolo Literal Símbolo Gráfico Disjuntor: São utilizados para proteção dos circuitos de carga e comando. Eles possuem sistemas de proteção e manobra que liga e desliga o circuito em um único equipamento, protegendo o circuito elétrico contra curto-circuito e sobrecarga. Símbolo Literal Símbolo Gráfico 07 Fusíveis: Os fusíveis estão presentes nas instalações elétricas de estabelecimentos, automóveis e residências. A função deste componente é a de proteção do circuito contra curtos-circuitos. Símbolo Literal Símbolo Gráfico Sinaleiros: O sinaleiro é utilizado para sinalizar e indicar o estado do circuito elétrico. Funciona quase com dependência mútua da botoeira. Símbolo Literal Símbolo Gráfico 08 Relés: Os relés funcionam como chaves de comando, que em função da sua alimentação na entrada, podem alterar os circuitos ligados na sua saída. Existem vários tipos de relés: relé temporizador, relé térmico e o relé de falta de fase. Símbolo Literal Símbolo Gráfico Relé Temporizador ON/OFF DELAY Símbolo Literal Símbolo Gráfico 09 DISPOSITIVOS DE COMANDO, SINALIZAÇÃO E AUXILIARES BOTOEIRAS Chamadas também de forma genérica como botão de comando, se a função da botoeira for ligar, quando ela for acionada e o circuito estiver desligado, ela irá ligar, caso a sua função seja desligar, o circuito será desligado após o seu acionamento. Ela funciona através de pulsos. Isso significa que enquanto não é acionada, a botoeira funciona como um circuito aberto ou um circuito fechado, respectivamente, mudando seu estado enquanto o quando o botão é pressionado. 10 Botoeiras com contatos NA (Normalmente Aberto) ou NF (Normalmente Fechado); Botoeiras com retenção ou sem retenção; Botoeiras liga/desliga conjugado; Botoeiras cogumelo ou botão de emergência; Botoeiras com chave; Os contatos de selo. Em algumas se encontra presente um dispositivo de retorno por mola que após ser acionado retorna para a posição original (botões pulsadores). Existem botoeiras com diferentes modelos, dentre eles: Botoeira NA Símbolos Gráfico: Botoeira NA com retorno de mola Botoeira NF Botoeira NF com retorno de mola 11 Botoeira com retenção Modelos de Botoeiras Essa botoeira quando é apertada não tem o retorno para a posição inicial. Para voltar ao estado inicial deve-se pressioná-lo novamente, ou apertar um segundo botão que destrava o primeiro. Uma desvantagem do seu uso é que, no caso de falta de energia no momento que o circuito estiver em funcionamento, o botão permanecerá na posição ligado. 12 Com isso, quando houver o restabelecimento da energia, o circuito irá voltar a funcionar automaticamente. Portanto, se um relé de proteção atuar desligando o circuito que possua esse tipo de botão, ao corrigir a falha, o funcionamento do circuito se restabelecerá. Podendo causar prejuízos no funcionamento interno de algum componente de proteção ou até trazer risco aos trabalhadores que operam neste sistema ou máquina. 13 Botoeira sem retenção Conhecido também como botão pulsante, é o modelo mais utilizado. É usado para enviar um pulso de comando para algum componente da máquina ou equipamento. Quando este botão é usado em comandos analógicos deve ser ligado através de um contato de selo. Caso não seja, o seu funcionamento será temporário. Este modelo é usado pela segurança proporcionada por ele em caso de falta de energia elétrica. Pois o contato de selo do seu circuito é desligado com a falta de energia, sendo possível sua religação apenas se acionado novamente. Funciona como uma botoeira de emergência, nesta botoeira é necessário que uma chave destrave o sistema para ocorrer o retorno dos contatos à posição inicial. 14 Botoeira com Chave 15 Botoeira Cogumelo É um botão de emergência, que é utilizado para desligar o comando em caso de algum sinistro como por exemplo, incêndio, acidente, pane elétrica, dentre outros. Esse botão contém algumas características importantes: primeiramente a sua cor, e segundo é necessário que seu acesso seja fácil, desobstruído e seguro, de forma com que qualquer pessoa possa acionar. Este botão funciona por pressão, possuindo uma trava com retenção. Para que este botão retorne à posição inicial é necessário girar o botão de modo a promover o destravamento, isso possibilita que o dispositivo seja mais seguro evitando manobras de religamento acidental. Geralmente seus contatos de proteção são NF, utilizados para desligar o circuito e NA, para sinalizar a condição de emergência. 16 17 Botoeira Liga e Desliga Possui dois atuadores de botão sem retenção em apenas um cabeçote. Em sua ligação é normalmente usados um contato de selo para que o circuito permaneça ligado. Esse modelo possui ambos acionamentos no mesmo botão onde os contatos são divididos, um lado possuindo o botão liga na cor verde e o outro lado possuindo o botão desliga na cor vermelha. 18 19 As cores das botoeiras têm uma função para a segurança dos profissionais que manipulam máquinas e equipamentos elétricos. As normas NR26 e NR12 padronizaram as cores de trabalho, onde o profissional identifica o fluxo de funcionamento de uma máquina ou sistema observando as cores dos botões. Verde: Arranque, ligar e partida. Cores de Botões Preto: Arranque, ligar e partida. Vermelho: Parar, desligar e botão de emergência. Amarelo: Inverter sentido, cancelar operação, eliminar condição perigosa. Azul: Qualquer função que não as anteriores. Branco: Qualquer função que não as anteriores. https://www.mundodaeletrica.com.br/normas-abnt-para-eletricistas-quais-sao-quando-usar/20 Existem vários tipos de botões de comando, que são compostos por um elemento frontal de comando (cabeçote) e o bloco de contatos. A grande maioria das botoeiras utilizam o princípio de montagem modular, onde há possibilidade de adaptar vários blocos de contato no cabeçote do botão do comando elétrico. Este princípio de montagem de contatos no cabeçote é denominado blocos de contatos intercambiáveis. Partes das Botoeiras Cabeçote Bloco de Contato 21 Bloco de contato: é um elemento constituído por um corpo isolante, contatos móveis, contatos fixos e bornes para conexão. Corpo Isolante: O corpo isolante serve para envolver os contatos e sustentar os bornes para a conexão. Ele é feito de um material termoplástico isolante com boa resistência mecânica. Contatos: Os contatos são os elementos responsáveis pela continuidade da corrente elétrica do circuito, são normalmente em forma de pastilha de liga de prata, tanto nas partes fixas como nas partes móveis. Isso garante uma alta capacidade de ruptura do arco elétrico, o que acarreta uma vida mais longa para os contatos. Bornes para conexão: Os bornes para a conexão são elementos que estabelecem a ligação dos condutores nos contatos fixos. A fixação dos cabos através de bornes de conexão são por parafuso ou através de pressão, que dispensa o uso de chaves de aperto. 22 Contato de Selo Contato normalmente aberto (NA) Contato normalmente fechado (Nf) Contato normalmente aberto (NA) 23 O contato de selo basicamente é usado para intertravamento das botoeiras com retenção, através da auto-alimentação do contator no comando elétrico. O contato de selo é executado nos contatos auxiliares do contator. Esses contatos abertos (NA) são utilizados para manter a alimentação do comando, mesmo depois que a botoeira voltar para a sua posição original. Pode ser usando também nos contatos auxiliares do contator, sendo denominado de intertravamento elétrico. Quando você impede o segundo contator de funcionar através dos contatos auxiliares, isso faz com que um dos contatores não funcione enquanto o outro estiver acionado. Este intertravamento é chamado também de intertravamento magnético, mas há também o intertravamento mecânico, que é feito por uma peça que acopla os dois contatores. O contato de selo mantém o comando ligado, ou seja, ao acionar uma botoeira sem retenção, ao soltar o dedo do botão ela voltará para a posição original e interrompendo o seu acionamento. https://www.mundodaeletrica.com.br/botoeiras-tipos-e-aplicacoes/ 24 Ele possui uma proteção que se tornou uma grande vantagem em comparação com estas outras botoeiras e chaves seletoras. Quando a chave seletora é acionada, ela se mantém ligada até realizarem o seu desligamento, mesmo que acabe a energia. Assim quando a energia voltar, a chave seletora continua na sua posição e deixará a energia passar pela máquina ou equipamento, ligando-a novamente. Contudo o contato de selo não deixará isso acontecer, pois o contato que faz a “auto- alimentação” é um contato normalmente aberto e só é fechado pela atração magnética da bobina elétrica do contator. Portanto, se acontecer uma queda de energia o contato voltará para a sua posição aberta, precisando de um novo pulso na botoeira (NA) para realizar novamente a sua função como contato de selo. O elemento de acionamento que é conectado aos contatos pode receber os seguintes nomes: cabeçote, atuador ou elemento frontal. É através do elemento frontal da botoeira que um operador manipula e comanda uma máquina ou sistema elétrico. https://www.mundodaeletrica.com/bonina-eletrica-como-funciona-como-testar/ 25 Contatos NA (português) ou NO (inglês): Estes contatos ficam em repouso na posição aberta, o que impede a passagem de corrente elétrica. Quando são acionados se fecham, permitindo a passagem de corrente elétrica. Contatos NF (português) ou NC (inglês): No estado de repouso, estes contatos ficam na posição fechada, o que permite a passagem de corrente elétrica. Quando acionados se abrem, impedindo a passagem de corrente elétrica. Contatos Comutadores: Possuem um contato comum em um lado e no lado oposto dois contatos de saída, um NA e outro NF. Permitindo uma comutação entres as duas saídas, selecionando linhas de comandos distintas em um circuito. Tipos de contatos Cada bloco de contato pode possuir três tipos de contatos: Eletroímã ou bobina: que é um fio de cobre que envolve um núcleo de ferro, oferecendo um caminho de baixa relutância para o fluxo magnético; Relé é um interruptor eletromecânico, que funciona quando uma corrente circula pela bobina, e gera um campo eletromagnético que atrai uma série de contatos, estes contatos fecham ou abrem os circuitos. Ao interromper a corrente elétrica que passa pelas bobinas o campo eletromagnético também é interrompido, com isso, os contatos voltam para suas posições originais. As partes básicas que o compõe os relés são: 26 RELÉS 27 Armadura fixa: atua como suporte; Armadura móvel: desloca devido a atração do campo eletromagnético induzido no núcleo, sendo este movimento responsável pelos movimentos dos contatos; Conjuntos de contatos, NA e NF; Mola de rearme; Terminais: que varia de acordo com a sua aplicação. Existem configurações para os contatos dos relés, podendo ter contatos normalmente abertos (NA), normalmente fechado (NF) ou ambos. Os contatos NA são aqueles abertos no momento que a bobina não está energizada e que fecham, quando são acionados. Os contatos NF funcionam de maneira contrária aos NF, pois eles abrem quando a bobina é energizada. Uma das vantagens dos Relés é que os contatos que acionam o circuito de carga estão completamente isolados do circuito de comandos, podendo trabalhar com tensões diferentes entre circuitos de comando e circuitos de carga. https://www.mundodaeletrica.com.br/quais-os-tipos-de-contatos-em-comandos-eletricos/ 28 Abertos: são usados em equipamentos, que não estejam sujeitos a elementos que prejudiquem o dispositivo, como por exemplo a umidade ou sujeira. Fechados: utilizados na maioria das aplicações comuns, que são normalmente cobertos por plástico. Selados: utilizados em atmosferas onde há o risco de explosões. A principal desvantagem do relé é o fator do desgaste, pois em todo o componente mecânico há uma vida útil. É necessário verificar as limitações dos relés em relação a corrente e tensão máxima suportadas entre os terminais, para não comprometer a vida útil do dispositivo e do circuito. Os relés são classificados como: Existem diversos tipos de relés, cada um com suas características de funcionamento e aplicações, tais como: relé temporizador, relé térmico e relé de proteção. 29 Prolongamento de impulso; Retardo na desenergização; Auxiliar na reversão de motor; Auxílio na automação e sincronismo industrial; Retardo na energização; Padronização de sinais para CLP; Prevenção de sobrecarga no sistema de potência; Pulso na energização e outras. Relé Temporizador O relé temporizador, timer ou relé de tempo, pode ser definido como um dispositivo que é capaz de fazer processos de comutação através da manipulação de tempo antes, durante ou após o seu acionamento, realizando funções como: São usados em áreas industriais, tanto em processos produtivos microprocessados quanto em processos produtivos com eletrônica convencional. 30 Temporizador com retardo na desenergização (off delay) Esse tipo desenergiza o circuito após o tempo configurado nele, ou seja, após a energização da sua bobina, esse relé comuta os seus contatos imediatamente e dá início ao processo de contagem do tempo que foi ajustado nele. Assim que esse tempo programado chega ao fim, os contatos que foram comutados voltam para as suas posições originais, cessando a passagem de corrente para o circuito que estava ligado. Temporizador com retardo na energização (on delay) Ele energiza o circuito após o tempo configurado nele. No momento que a bobina é energizada, ele inicia o processo de contagem do tempo que foiajustado nele. Quando o tempo programado acaba, o relé realiza a comutação dos seus contatos, os deixando nesta posição até que a energia seja cortada. Temporizador estrela-triângulo Quando ele recebe a alimentação e a bobina é energizada, a comutação dos seus contatos estrela acontece imediatamente. Quando o tempo que foi programado finaliza, os contatos estrela retornam para a sua posição original, e quando isso acontece, o relé inicia uma nova contagem de tempo. E ao chegar no final dessa nova contagem, os contatos triângulo se comutam, permanecendo assim até o interromper a alimentação. Temporizador com pulso na energização Esse temporizador trabalha com a energização temporária. Os seus contatos comutam no momento que ele recebe energia da fonte de alimentação, mas simultâneo à isso, a contagem do tempo ajustado também começa. Quando o tempo termina, os contatos comutados retornam para as suas posições iniciais. 31 Tempo que será ajustado para que os contatos permaneçam comutados; Tempo que será ajustado para que os contatos permaneçam nas posições originais. Temporizador cíclico Esse temporizador trabalha com duas programações de tempo, quando é alimentado e a sua bobina é energizada, os contatos do relé se comutam na hora e depois de um determinado tempo, voltam para as suas posições originais. Esse processo de comutação e volta para a posição original se repete, criando um ciclo até que a energia seja interrompida. Então, as duas regulagens são: 32 Temporizador Cíclico Temporizador estrela-triângulo 33 A tensão incompatível com os níveis mínimo e máximo; A falta do neutro; A inconsistência de uma das fases; A sequência incorreta das fases; A assimetria nos ângulos de defasamento das fases. Relés de Proteção ou Relé Falta de Fase Trabalham sob o funcionamento de correntes elétricas e cria campos eletromagnéticos que podem provocar mudanças de estados dos contatos para ligar ou desligar dispositivos, eles conseguem medir grandezas de tensão, isolamento, temperatura, sequência de fase e outros. Um exemplo de relé de proteção é o relé falta de fase. Esse relé é um dispositivo de proteção para o motor elétrico trifásico e para o circuito de comando, pois com a falta de alguma das fases da rede de distribuição, o motor pode queimar durante o funcionamento. Além da função de falta de fase, alguns são capazes de identificar: 34 São compostos pelo circuito eletrônico de monitoramento das fases, microprocessador, relé interno e contato comutador. O contato comutador é um tipo diferenciado de contato, pois ele consegue assumir a função de um contato aberto (NA) e um contato fechado (NF) ao mesmo tempo. Quando o relé falta de fase é instalado no circuito, ele recebe as três fases (R, S e T) nos seus bornes de entrada L1, L2 e L3. Quando as fases estiverem com seu funcionamento pleno, o relé falta de fase permite o funcionamento do circuito. Caso alguma das três fases do sistema deixe de funcionar, o circuito eletrônico detecta essa falha. O microprocessador envia sinal para o relé interno que comuta os contatos, fazendo com que o circuito pare de funcionar. 35 Relés Térmicos Os relés térmicos, conhecidos como relés de sobrecarga, é um dispositivo de proteção responsável por proteger os motores elétricos de possíveis falhas. A mais comum é o sobreaquecimento do motor elétrico. Quando o motor trava o seu eixo ou está trabalhando com muita carga, ele solicita mais corrente da rede para tentar compensar o peso, deste modo o motor acaba tendo que trabalhar com especificações que ele não suporta. Veremos mais detalhadamente esse tipo de relé no capitulo Dispositivos de Proteção. É o principal dispositivo eletromecânico em um comando elétrico, e sua função principal é controlar a passagem de altas correntes, possuindo também as configurações NA e NF. São compostos por uma bobina que produz um campo magnético que proporciona movimento realizando uma mudança de estado dos contatos, quando energizados os que estavam abertos quando desenergizado fecham e os que estavam fechados abrem. 36 CONTATORES Um dos motivos da utilização dos contatores para elétrica de potência é o fato da bobina ser eletricamente isolada dos contatos, sua influência se dá pelo eletromagnetismo. Desse modo, com uma corrente da ordem de poucos miliampères é possível manobrar cargas que consomem dezenas de amperes, garantindo segurança ao operador que se mantém isolado das grandes cargas. 37 38 Maior robustez de construção; Possibilidade de receberem relés de proteção; Câmara de extinção de arco Voltaico; Variação de potência da bobina do eletroímã de acordo com o tipo do contator, Dois tipos de contatos com capacidade de carga diferentes. Tipos de contatores Os contatores possuem dois tipos de contato: potência ou principal (alta corrente) e auxiliares ou de comando (baixa corrente). Os contatos são mesclados entre NA e NF que podem variar de acordo com o fabricante e a necessidade. Esses dois tipos de contatores são semelhantes. O que os diferencia são algumas características mecânicas e elétricas: Os contatores auxiliares são usados para aumentar o número de contatos auxiliares dos contatores de motores, para comandar contatores de elevado consumo na bobina, evitar repique e para sinalização. 39 SINALIZADOR Os sinalizadores são identificados por cores: 40 Em comandos elétricos sinalização é a forma visual ou sonora de se chamar a atenção do operador, podendo ser do tipo luminoso ou sonoro. Pode ser uma falha no motor, o acionamento de uma máquina específica, ou qualquer outra circunstância que seja prevista pelo projetista, qualquer tipo de sinistro será acionado um sinalizador no painel. Simbologia Sinaleiro Luminoso Sinaleiro Sonoro 41 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO FUSÍVEIS Estão presentes nas instalações elétricas residenciais, estabelecimentos, industrias e carros. São dispositivos de segurança que protegem os circuitos elétricos contra os danos que podem ser causados por uma sobrecarga de corrente elétrica. No seu interior, há um fio de chumbo ou estanho de dimensões variadas, feito para suportar um determinado limite de temperatura e, então, derreter, interrompendo o circuito da corrente elétrica. https://brasilescola.uol.com.br/fisica/circuitos-eletricos.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/corrente-eletrica.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/chumbo-pb.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/estanho.htm 42 A principal finalidade dos fusíveis é tornar um circuito elétrico seguro. A eletricidade pode causar muitos danos e provocar acidentes se não for utilizada da maneira correta. Os circuitos elétricos às vezes podem ter curtos-circuitos ou sobrecargas de energia. Os fusíveis também são úteis para proteger os circuitos de sobrecargas. As sobrecargas são oriundas da rede de distribuição de energia elétrica, entretanto, podem acontecer em circuitos elétricos mal dimensionados. Um curto-circuito é quando há uma conexão de baixa resistência entre os pólos de um dispositivo elétrico ou eletrônico. Em termos técnicos, é quando ocorre uma redução grande e inesperada da capacidade de um circuito elétrico. Uma sobrecarga é quando a intensidade de corrente de um circuito ultrapassa o valor para o qual ele foi dimensionado. Ou seja, quando ultrapassa a quantidade de corrente que ele é capaz de suportar. https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-eletrica.htm 43 A velocidade de ação do fusível depende do material utilizado na fabricação. Isso porque o tempo que ele leva para se fundir é proporcional ao quadrado da corrente aplicada e da inércia térmica do material do elo. Essa velocidade pode ser muito rápida, rápida, média, lenta ou muito lenta. Os fusíveis podem ser feitos de materiais diferentes e ter diferentes limites de carga. É composto por base, porta fusível, anel de proteção, fusível e o indicador. As principais características do fusível são: Corrente nominal: valor de corrente que o fusível suportasem interromper o circuito. Tensão nominal: é a tensão para o qual o fusível foi desenvolvido. Corrente de ruptura (KA): valor máximo de corrente que o fusível consegue interromper. Corrente de curto-circuito: valor de corrente máxima que deve ser interrompida pelo fusível assim que atingida. Curva característica: é a apresentação da relação entre o tempo necessário para a interrupção devido a corrente. Ela determina se o fusível é rápido ou retardado, dependendo do tempo de atuação. Elo fusível: o elo do fusível pode ser feito de chumbo ou estanho. Existem diversos tipos de fusíveis no mercado com variados intervalos de corrente elétrica, porém, todos desempenham a mesma função que é interromper a passagem de corrente elétrica mediante a fusão de um elo condutor. O modelo mais comum é conhecido como Diazed. Sua principal aplicação é a segurança de circuitos elétricos residenciais, cujas correntes elétricas variam entre 2 A e 63 A. Esse tipo de fusível apresenta um formato cilíndrico e é facilmente encontrado em um grande número de residências. 44 Existe uma categorização das classes de serviço dos fusíveis, que recebem duas letras para sua classificação. A primeira é minúscula e indica se o fusível protege apenas contra curto-circuito ou se protege também contra sobrecarga. Já a segunda letra é maiúscula e indica para que tipo de circuito aquele fusível é indicado. Classificações de fusíveis: Fusível NH: são utilizados para proteger instalações elétricas industriais de sobrecorrentes de curto-circuito. A categoria de utilização é “gL/gG”, e podem ter seis tamanhos diferentes. Atendendo correntes nominais de 6 a 1250A. São limitadores de corrente e possuem alta capacidade de interrupção (120KA em até 690VCA). 45 Fusível D: são utilizados para proteger instalações elétricas de curto-circuito. A categoria de utilização é “gL/gG” e possuem 3 tamanhos diferentes. Atendem a correntes nominais de 2 a 100A, com capacidade de interrupção de 20A – 100kA e de 25 a 63A – 50 a 70 kA. 46 Fusíveis ultra rápidos: São utilizados para proteger circuitos retificadores e conversores de frequência. Funcionamento dos Fusíveis No seu interior existe um fio de chumbo ou estanho, cujas dimensões (área transversal e comprimento) são calculadas para que ele suporte certa corrente elétrica máxima. Portanto se a corrente elétrica ultrapassar esse valor máximo, o fio derreterá e o circuito será interrompido, sem que maiores danos sejam causados aos demais componentes conectados. A escolha do chumbo ou do estanho como material para confecção dos fusíveis é porque esses metais apresentam baixo ponto de fusão (derretem em temperaturas não muito elevadas). 47 Lâmina de estanho Contatos Terminais Encapsulamento Isolante O derretimento do fio de chumbo presente no interior dos fusíveis ocorre devido ao efeito Joule. No efeito Joule, a passagem da corrente elétrica faz com que os átomos da rede cristalina do metal fiquem mais agitados. O efeito macroscópico dessa agitação é o aumento da temperatura do fio. 48 As dimensões do fio utilizado no interior do fusível afetam a resistência elétrica desse fio. Ele é inversamente proporcional à área transversal do fio, ou seja, quanto mais “grosso” é o fio, menor será a sua resistência, consequentemente, a passagem da corrente elétrica através desse fio dissipará menos calor e o fusível suportará maiores intensidades de corrente elétrica. Esse comportamento é descrito pela 2ª lei de Ohm, confira: Na fórmula, R corresponde à resistência elétrica do fio de chumbo; ρ, à resistividade do material; l é o comprimento do fio; e A é a área transversal do fio. 49 https://brasilescola.uol.com.br/fisica/segunda-lei-ohm.htm 50 DISJUNTORES É um dispositivo que possuí a mesma função do fusível, ou seja, sua principal característica é proteger o circuito de um curto-circuito ou sobrecarga atuando como uma chave, interrompendo a passagem de corrente. Resumindo, quando a corrente elétrica que passa por ele ultrapassa o seu valor nominal, ele interrompe o circuito impedindo o fornecimento de energia para as cargas do circuito, evitando que o circuito danifique. Ele é basicamente um interruptor automático, que ao identificar um valor de corrente elétrica que ele foi projetado para acionar, o mesmo abre o circuito em que ele foi instalado. Ele atuará quando houver pico de corrente, sobrecarga e curto-circuito, sendo fundamental um correto dimensionamento do circuito e dos componentes. Tipos de Disjuntores Existem diversos tipos e modelos de disjuntores, porém são distintos. O que irá diferenciá-los são as suas curvas características e onde serão aplicados. Tudo isso será determinado de acordo com a carga e circuitos que serão alimentados como por exemplo, motores, ar condicionado, máquinas elétricas, disjuntores gerais, e também se o circuito será monofásico, bifásico ou trifásico. Disjuntor Magnético Disjuntor Térmico Disjuntores termomagnéticos 51 Disjuntor Magnético Diferente do disjuntor térmico, esse consegue atuar contra curto-circuitos com um tempo de resposta adequado. Nesse disjuntor a corrente elétrica, passa por uma bobina elétrica, gerando um campo eletromagnético em torno dela mesmo. Assim, o campo eletromagnético aumenta a sua intensidade a medida que a corrente aumenta. Quando o campo eletromagnético atinge uma determinada intensidade, ele é capaz de atrair magneticamente um contato que interrompe o circuito. Portanto, quando a corrente elétrica ultrapassa o limite máximo do disjuntor, a bobina cria um campo eletromagnético que desarma o disjuntor. Isso ocorre em uma velocidade muito alta, evitando que o curto- circuito cause maiores danos ou até incêndios. A grande vantagem desse sistema é a velocidade de interrupção que é quase instantânea, que permite o disjuntor se proteger tanto de curto circuitos, quanto de sobrecarga. Na proteção de sobrecarga, ele não terá tanta precisão como o disjuntor térmico, já que a carga terá que exceder muito o limite. A desvantagem é ter um custo mais elevado que o disjuntor térmico. 52 Disjuntor Térmico O disjuntor térmico funciona a partir de um contato em uma lâmina, que possui um determinado coeficiente de dilatação. Quando uma corrente mais alta do que o limite flui por esse contato, a lâmina aquece e começa a se deformar, até abrir o contato e interromper a corrente do circuito. A desvantagem desse tipo de disjuntor, é que ele protege somente contra sobrecarga, não sendo possível usar um disjuntor térmico para proteção contra curto-circuito, pois a deformação da lâmina não é instantânea. A atuação do disjuntor térmico demora um certo tempo para acontecer, não sendo rápida o suficiente para proporcionar segurança em casos de curto-circuítos. Esse componente é geralmente utilizado para proteger um circuito contra sobrecargas prolongadas, que podem causar um superaquecimento e consequentemente danos irreversíveis aos componentes. 53 Disjuntores Termomagnéticos É a união das funcionalidades dos modelos térmicos e magnéticos em um único componente. Assim, esse é o dispositivo mais seguro e mais usado, sendo o mais indicado entre os três para instalações elétricas. É usado para proteção contra curto-circuito e sobreaquecimento dos condutores. Ele proporciona diversas funcionalidades para o circuito, como manobra dos circuitos, proteção contra curto-circuitos e contra sobrecargas. 54 Disjuntores Motores É usado especificamente para motores elétricos e é capaz de tolerar a corrente de partida dos motores, que é muito maior que a corrente nominal, já que o motor precisa de muita força para sair do repouso. Ele foi desenvolvido e melhorado ao longo do tempo para oferecer uma proteção completa contra todas essas falhas elétricas em apenas um dispositivo. Um disjuntor motor se assemelha internamente à um disjuntor comum, oferecendo a proteção magnética contra curtos-circuitos e a proteção térmica contra a sobrecarga através de um disparador magnético e de um disparadortérmico, respectivamente. 55 Disjuntor monopolar Utilizado em instalações e circuitos que possuem apenas uma única fase como: circuitos de iluminação e tomadas em sistemas monofásicos fase/neutro, seja com fase 127V ou 220V. Disjuntor bipolar Utilizado em circuitos ou instalações com duas fases, como: circuitos com chuveiros, torneiras elétricas ou equipamentos de maior potência. Disjuntor tripolar Utilizado em instalações e circuitos com três fases, como: motores elétricos trifásicos. Existem os disjuntores de alta tensão que são os indicados para grandes potências, que alcançam altos valores de corrente elétrica. 56 Disjuntor DR Em instalações elétricas, quando uma corrente passa pela fase e não retorna pelo neutro considera-se que ocorreu uma fuga de corrente. Isso pode acontecer por conta de condutores mau isolados, em contato com carcaças ou principalmente choques elétricos. O disjuntor DR ou Diferencial Residual desarmar o circuito caso detecte uma fuga de corrente. A sua principal aplicação é para segurança do usuário da instalação elétrica, protegendo contra choques elétricos. Possuí também a função de detectar falhas na instalação que causam fugas de corrente. Esses dispositivos de segurança são obrigatórios, e não devem ser alterados ou removidos de uma instalação. 57 Curva de Disparo do Disjuntor Para dimensionar um disjuntor corretamente é necessário saber exatamente qual tipo de carga será instalada. Para cada tipo de carga é estipulado uma curva de ruptura para o disjuntor e essas curvas foram separadas em categorias. A curva de ruptura do disjuntor é correspondente ao tempo em que o disjuntor suporta uma corrente acima da corrente nominal por determinado tempo. As curvas de disjuntores são B, C e D, lembrando que pela corrente ser dada em ampere (A), não existe curva característica com letra A, para não haver confusão. Curva B: Estipula que a corrente para que seccione o circuito seja compreendida entre 3 a 5 vezes a sua corrente nominal. Um disjuntor de 10A nesta curva deve operar quando sua corrente de pico atingir entre 30A a 50A. São utilizados em locais que serão conectadas cargas resistivas, e que podem gerar um curto- circuito de baixas proporções. 58 Curva C: A curva de ruptura C estipula, que a sua corrente de ruptura seja entre 5 a 10 vezes a corrente nominal. Um disjuntor de 10A nesta curva deve operar quando a sua corrente atingir entre 50A a 100A. São utilizados em locais que se espera cargas indutivas. Como em tomadas de uso específico, para atuar em ar condicionados, motores elétricos de pequeno porte, sistemas de comando e circuitos de iluminação. Curva D: Estipula que a corrente necessária para abrir o circuito esteja entre 10 a 20 vezes maior que a corrente nominal, um disjuntor de 10A nesta curva deve operar quando a sua corrente atingir entre 100A a 200A. São utilizados em circuitos industriais, como motores de potência que possuí uma alta corrente de partida, ou transformadores e máquinas de solda. 59 https://athoselectronics.com/como-instalar-ar-condicionado-split/ Dimensionando o Disjuntor Geral: O disjuntor principal protege outros disjuntores parciais dos circuitos de uma instalação, ou seja é o disjuntor a montante dos disjuntores parciais. Um componente elétrico na montante significa que ele está mais perto da fonte de energia. Um componente elétrico na jusante significa que ele está mais perto da carga final. Os termos montante e jusante definem a posição de um componentes em relação a outros componentes, desta forma podemos dizer que o disjuntor geral é o disjuntor a montante dos disjuntores parciais e os disjuntores parciais são os disjuntores a jusante do disjuntor geral. O dimensionarmos correto dos disjuntores, tanto parciais quanto o geral, tem a função de garantir a seletividade. Seletividade têm o objetivo de garantir a proteção do sistema elétrico por meio da definição dos ajustes de proteção de relés e disjuntores, garantindo a proteção contra curtos circuitos e sobrecargas no sistema elétrico. 60 Quando ocorre um curto em uma tomada, o ideal é que apenas o circuito da tomada seja desligado e o resto da instalação continue em funcionamento, isto é a seletividade. O primeiro passo é ter as potências instaladas em cada circuito do quadro elétrico e quais os tipos de cargas. Essas cargas devem estar divididas em circuitos, e as cargas que possuam uma corrente nominal maior que 10A estejam em circuitos separados. Após definir os circuitos e as cargas, é necessário conhecer o fator de demanda. Por exemplo em um circuito de tomadas de uso geral que possua 1100W de potência total e tenha 10 tomadas, podemos supor que cada tomada tem 110W para ser utilizada. Podemos utilizamos o fator de demanda adequado, para aproximar a potência que realmente é utilizada de forma a dimensionar o disjuntor para uma corrente mais próxima da média de utilização, garantindo assim uma melhor proteção e seletividade. Esses fatores de demanda são calculados e disponibilizados em tabelas pelas concessionárias em suas normas de distribuição. 61 Para instalações residenciais usaremos dois fatores de demanda: TUG: que agrupa os circuitos de tomada de uso geral e circuitos de iluminação; TUE: para os circuitos de tomadas de uso especial. Definindo a potência instalada adequada com os fatores de demanda respectivos, é necessário calcular a corrente do disjuntor geral da instalação, esse cálculo será realizado através da Lei de Ohm. A última informação que precisará levantar é a curva de ruptura em caso de disjuntores de norma DIN. Com relação a curva do disjuntor geral temos que considerar as curvas dos disjuntores parciais, a escolha da curva será sempre a curva maior entre os parciais. 62 Desligue todos os circuitos elétricos antes de iniciar o serviço. Desligue o disjuntor geral. Comunique que você estará trabalhando nesse local para que o circuito seja religado. Teste o local onde será instalado o novo disjuntor, para verificar se o mesmo encontra-se desenergizado. Se for adicionar o disjuntor em um quadro de distribuição, verifique a posição dos demais, onde é entrada e saída, para manter um padrão de organização. Como Instalar um Disjuntor 63 Realize a fixação do disjuntor de acordo com seu modelo. Com um alicate decapador, desencape os condutores. Execute a alimentação dos disjuntores por cima, caso seja montagem de um quadro de distribuição novo a saída do disjuntor geral é ligado na entrada dos demais, que são interligados por jumpers. Conecte o cabo de cada circuito no borne de saída de seus respectivos disjuntores. Para ter a certeza que está tudo bem fixado puxe os cabos, para verifica se estão bem fixados nos bornes. Antes de fechar de encerrar o serviço, ligue os circuitos e faça os testes. Finalize o serviço etiquetando o disjuntor. 64 Qual o tipo de disjuntor devo utilizar em uma casa? Utilize o disjuntor unipolar, que é indicado para circuitos com uma única fase, como circuitos de iluminação e tomadas em sistemas fase/neutro (127V ou 220V) e o disjuntor bipolar, que é indicado para circuitos com duas fases, como circuitos para chuveiros e torneiras elétricas em sistemas Bifásicos Fase/Fase (220V). 65 Principais Dúvidas sobre utilização de Disjuntos em uma Instalação Doméstica Que disjuntor utilizo para Chuveiro 220v? Quando utilizar chuveiro com a tensão nominal de 127V e 5500W de potência, deve ser adotado disjuntor de 50A e a seção do cabo deve ser 10mm². Quando optar por chuveiro com a tensão nominal de 220V e 5500W de potência, deve ser adotado disjuntor de 25A e a seção do cabo deve ser 4mm². Tensão Potência Disjuntor (A) 127 V 2500 W 25 A 127 V 3200 W 32 A 127 V 4000 W 40 A 127 V 4500 W 40 A 66 Qual a curva de disjuntor posso utilizar para chuveiro? Utilizando o disjuntor DIN para utilizar no chuveiro elétrico, deve ser usar um disjuntor com curvade disparo Tipo B. Tipo de curva para carga resistivas. 67 Esse é um dispositivo de proteção de sobrecarga de corrente e falta de fase, é utilizado geralmente em motores elétricos. Umas das principais funções do relé térmico é proteger o motor de sobreaquecimento através da sobrecorrente. Quando o motor está trabalhando com muita carga, ele solicita mais corrente da rede para tentar compensar o peso solicitado, desse modo o motor acaba tendo que trabalhar com especificações que não se enquadram a ele. Portanto pode haver danos em suas bobinas provocando aquecimento e até um provável derretimento de sua isolação, ação que é capaz de fechar um possível curto circuito interno. 68 RELÉ TÉRMICO Quando ocorrer o possível aquecimento, então o relé entra em ação, desarmando o circuito do motor, como também o circuito de comando através de seus contatos auxiliares. A quantidade de corrente que um relé térmico suporta pode ser ajustada no próprio equipamento através de um disco que é ajustado manualmente. Possui um botão de teste, para identificar se o componente irá funcionar em caso de alguma anomalia. Ele possui três contatos que são conectados nas saídas de um contator, e possuem também contatos auxiliares. 69 Função Teste https://www.mundodaeletrica.com.br/quais-os-tipos-de-contatos-em-comandos-eletricos/ L1, L2, L3 ou 1, 3 e 5: Entrada de alimentação (três contatos principais); T1, T2 ou T3 ou 2, 4 e 6A: Saída (três contatos principais); 95-96: Um contato auxiliar normalmente fechado; 97-98: Um contato auxiliar normalmente aberto; Terminal A2, para ser conectado a bobina de um contator, quando queremos acoplar o relé térmico a um contator. O componente possui diversos botões e contatos para ser ligado nas instalações elétricas: 70 Simbologia do Relé Térmico https://athoselectronics.com/contator/ Botões do relé térmico são: Disco Seletor: Botão giratório para regular a corrente nominal da carga (ele possui uma fenda, portanto utilize uma chave de fenda ou philips para fazer o ajuste); Botão Vermelho: E um botão de teste que inverte os contatos auxiliares 95, 96 se pressionado; Botão Verde: Essa botão indica falha (Se estiver levantado, indica uma falha no sistema); Botão Azul H ou A: É ajustado para rearmar automaticamente ou manual, e botão RESET para rearmar o relé. 71 Classes do Relé Térmico: Eles são divididos por classes de disparo, diferenciando pelo tempo que o relé vai permitir uma sobre corrente, para se adaptar a motores que possuem altas correntes de partida: Classe 10: Para motores com partidas de até 10 segundos; Classe 20: Para motores com partidas de até 20 segundos; Classe 30: Para motores de partidas de até 30 segundos. Causas para Desarmamento do Relé Térmico: 1. Travamento do rotor; 2. Curto-circuito entre as bobinas (rolamento interno); 3. Curto-circuito entre bobina e carcaça do motor; 4. Quando aumenta a corrente além das correntes nominais do motor elétrico. 72 A instalação do relé térmico traz benefícios a segurança da rede elétrica. Uma das vantagens é poder ajustar o componente para uma determinada faixa de corrente. Também pode ser ajustada a corrente de partida de motores, testando se tudo está funcionando corretamente. Ele compensa as variações de temperatura do ambiente, portanto não necessitando de nenhum ajuste adicional. Esse componente possui um certo tempo de resposta, evitando que ele desarme o circuito na partida de um motor elétrico, que demanda uma corrente muito grande. 73
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