Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 Comandos elétricos Federação das Indústrias do Estado de Minas Gerais -FIEMG Belo Horizonte 2010 2 Presidente da FIEMG Olavo Machado Júnior Diretor Regional do SENAI Lúcio José de Figueiredo Sampaio Gerente de Educação Profissional Edmar Fernando de Alcântara Elaboração Eustáquio Damasceno Pereira Ronaldo José de Oliveira Unidades Operacionais CETEL – Centro Tecnológico de Eletrônica “César Rodrigues” CETEM – Centro de Excelência em Tecnologia e Manufatura “Maria Madalena” CFP - Luiz César Albertini – SENAI - Vespasiano 3 Sumário Apresentação 1. Dispositivos de proteção e controle ............................................................... 6 1.1 Introdução aos dispositivos ................................................................... 6 1.2 Fusíveis ................................................................................................. 6 1.3 Disjuntor ............................................................................................... 21 1.4 Disjuntor motor .................................................................................... 28 1.5 Dispositivos diferenciais residuais ....................................................... 30 1.6 Relé Térmico de Sobrecarga ............................................................... 34 1.7 Contatores ........................................................................................... 42 1.8 Botões de comando ............................................................................. 53 1.9 Relé de Tempo .................................................................................... 61 1.10 Chave Auxiliar Tipo Fim de Curso ..................................................... 66 1.11 Sensores ............................................................................................ 72 1.12 Motor de Indução Trifásico ................................................................ 81 1.13 Transformadores Para Comandos Elétricos ...................................... 89 1.14 Chaves Seccionadoras ...................................................................... 97 1.15 Sinalização ...................................................................................... 105 1.16 Terminais ......................................................................................... 109 1.17 Bornes de conexão .......................................................................... 113 1.18 Soft-Starter ...................................................................................... 120 1.19 Inversores de Freqüência ................................................................ 133 2. Noções de segurança em eletricidade ....................................................... 148 2.1 Introdução .......................................................................................... 148 2.2 Choque elétrico .................................................................................. 148 2.3 Medidas de Segurança Contra o Risco Elétrico ................................ 152 3. Esquemas elétricos ...................................................................................... 157 3.1 Redes de alimentação ....................................................................... 157 3.2 Tipos de esquemas elétricos ............................................................. 159 3.3 Interligação das bobinas do motor trifásico de indução ..................... 161 3.4 Sistemas de partidas para motores de indução trifásicos .................. 165 Referências bibliográficas...........................................................................................186 4 PPrreeffáácciioo “Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento”. Peter Drucker O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação. O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país, sabe disso, e consciente do seu papel formativo, educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência: “formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.” Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento, na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua Infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações – internet - é tão importante quanto zelar pela produção de material didático. Isto porque, nos embates diários, instrutores e alunos, nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos. O SENAI deseja, por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada ! Gerência de Educação Profissional 5 AApprreesseennttaaççããoo Comandos elétricos são circuitos que utilizam dispositivos elétricos destinados a comandar e controlar o funcionamento de sistemas elétricos, tais dispositivos tem funções definidas para proteção, controle, sinalização, conexão, comutação, temporização,etc. Os dispositivos usados em acionamentos elétricos industriais são dimensionados de acordo com as características elétricas das cargas que irão acionar. O bom desempenho destes dispositivos depende de uma série de fatores, como: condições ambientais, procedência de fabricação, tempo de uso e principalmente de sua correta instalação e manutenção. O técnico deve estar seguro, e ser eficaz ao fazer montagens e manutenções nos sistemas elétricos, principalmente quando se trata da substituição de dispositivos que compõe os circuitos, onde se torna necessário estar atento quanto às características dos componentes, para garantir a eficácia no funcionamento desses sistemas. Para que a montagem e manutenção dos sistemas elétricos sejam eficazes, é necessário que o técnico conheça as principais características dos componentes dos circuitos. Este recurso didático tem como objetivo fornecer informações tecnológicas sobre os principais dispositivos usados nos sistemas elétricos industriais, onde, eletricistas e técnicos possam interpretar diagramas, especificar dispositivos, montar e dar manutenção nos circuitos elétricos. 6 11.. DDiissppoossiittiivvooss ddee PPrrootteeççããoo ee CCoonnttrroollee 1.1 Introdução Os equipamentos e máquinas industriais, como por exemplo: tornos, impressoras, prensas, guilhotinas entre outros, dependem fundamentalmente da eletricidade para seu funcionamento. A maior parte desses equipamentos e máquinas é controlada por dispositivos de comando para sua correta partida, parada, controle, proteção, etc. Os dispositivos de comando elétrico são desenvolvidos para proporcionar novas tecnologias aos equipamentos com foco principalmente em automatizar os processosde produção, por isso, os dispositivos de comando empregados em circuitos de baixa tensão, são dos tipos mais variados e com características de funcionamento bem distintas, dependendo das funções especificas que cada dispositivo efetua no circuito. Todo circuito elétrico deve possuir proteções a fim de se evitar danos às instalações, aos equipamentos e riscos de acidentes pessoais. Neste capítulo serão analisados os dispositivos utilizados para cada necessidade e o método mais adequado para escolha certa em cada situação. Através da análise de curvas de atuações desses dispositivos, da potência instalada e da ação seletiva entre eles, é possível coordenar as proteções entre si, garantindo o máximo de segurança às instalações e usuários. 1.2 Fusíveis São dispositivos usados nas instalações elétricas, cuja função é Interromper o fluxo de corrente elétrica toda vez que esta corrente for excessiva e puder causar danos ao sistema. A Figura 1.1 apresenta alguns tipos de fusíveis. 7 Figura 1.1: Tipos de fusíveis. 11..22..11 SSiimmbboollooggiiaa Figura 1.2: Simbologia do fusível. Fonte: ABNT. NBR 5444/1989. 11..22..22 AApplliiccaaççããoo Os fusíveis são aplicados em toda e qualquer instalação elétrica e no Brasil, a ABNT normatiza sua utilização. Em geral os fusíveis são utilizados em aparelhos eletrônicos, residências, automóveis e indústrias etc. Eles protegem os circuitos contra os efeitos de curto-circuito ou sobrecargas que podem, em algumas situações, provocar incêndios e explosões. 11..22..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo O fusível é constituído basicamente por: contatos, corpo isolante, elo de fusão e indicador de queima. 8 Figura 1.3: Partes componentes do fusível. Fonte: SENAI. MG. 1999. p.13/122. Contatos Servem para fazer a conexão dos fusíveis com os componentes das instalações elétricas. São feitos de latão ou cobre prateado, para evitar oxidação e mau contato. Corpo Isolante É feito de material isolante de boa resistência mecânica, que não absorve umidade, geralmente de cerâmica, porcelana ou esteatita. Dentro do corpo isolante se aloja o elo fusível e, em alguns casos, um elo indicador de queima, imerso em material granulado extintor - areia de quartzo - de granulometria adequada. Elo de Fusão Material condutor de corrente elétrica com baixo ponto de fusão. É feito em forma de fios ou lâminas. Tipos de Elos de Fusão: 1. Em forma de fio Figura 1.4: A fusão pode ocorrer em qualquer ponto do elo (fio). 9 2. Em forma de lâmina Figura 1.5: Elo fusível com seção constante - a fusão pode ocorrer em qualquer ponto do elo. Figura 1.6: Elo fusível com seção reduzida normal - a fusão sempre ocorre na parte onde a seção é reduzida. Figura 1.7: Elo fusível com seção reduzida por janelas - a fusão sempre ocorre na parte entre as janelas de maior seção. Figura 1.8: Elo fusível com seção reduzida por janelas e um acréscimo de massa no centro - a fusão ocorre sempre entre as janelas. 10 Elo indicador de queima (espoleta) Facilita a identificação da queima de um fusível, pois, se desprende em caso de queima. É constituído de um fio muito fino, que está ligado em paralelo com o elo fusível. No caso de fusão do elo fusível, o fio do indicador de queima não suportará a corrente e também se fundirá, provocando o desprendimento da espoleta. (Figura 1.9) Fig. 1.9: Elo indicador de queima do fusível. Fonte: SENAI. MG. 1999. p.13. 11..22..44 CCaarraacctteerrííssttiiccaass ddooss ffuussíívveeiiss qquuaannttoo aaoo ttiippoo ddee aaççããoo Fusíveis de ação rápida ou normal Neste caso a fusão do elo ocorre logo após receber uma sobrecarga ou curto circuito. São próprios para proteger circuitos com cargas resistivas, como lâmpadas incandescentes e resistores em geral. Fusíveis de ação ultra-rápida Neste caso, a fusão do elo é imediata, quando recebe uma sobrecarga ou curto- circuito mesmo sendo de curta duração. São próprios para proteger circuitos eletrônicos, pois os semicondutores são muito sensíveis e precisam ser protegidos contra sobrecargas, mesmo de curta duração. 11 Fusíveis de ação retardada A fusão do elo só acontece quando houver sobrecargas de longa duração ou curto-circuito. São próprios para proteger circuitos com cargas indutivas e/ou capacitivas, como motores, transformadores, capacitores e indutores em geral. 11..22..55 CCaarraacctteerrííssttiiccaass eellééttrriiccaass ddooss ffuussíívveeiiss Corrente nominal (In) A principal característica de um fusível é a sua corrente nominal. É o valor da máxima corrente que o fusível suporta em regime contínuo, sem se queimar. Correntes maiores que a nominal irão provocar a ruptura do elo fusível após algum tempo e esta relação, tempo x corrente de ruptura é a curva característica do fusível. O valor de corrente vem impresso no corpo do componente. Existem, porém, fusíveis nos quais a corrente nominal vem identificada por código de cores; ver Tabela 1 no final deste capítulo. Tensão Nominal (Un) É o valor da máxima tensão de isolamento do corpo isolante do fusível. Resistência de Contato A resistência de contato entre a base e o fusível pode causar aquecimento, podendo até causar a queima do fusível. Capacidade de Ruptura É a capacidade que um fusível possui de proteger com segurança um circuito, fundindo apenas seu elo de fusão, não permitindo que a corrente elétrica continue a circular. Seu valor é dado em kA (quilo Ampere). Ver Figura 1.10. Característica Tempo x Corrente Esta característica é representada em diagrama tempo x corrente em escala logarítmica. A curva característica tempo de fusão x corrente desenvolve-se a partir da corrente mínima de fusão que seria capaz de fundir o elemento. 12 A Figura 1.10 apresenta um exemplo de leitura para fusível rápido, num diagrama de característica tempo de Fusão x Corrente. Figura 1.10: Curvas características Tempo x Corrente de fusíveis rápidos. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 20. O perfil da curva característica depende principalmente da dissipação de calor no elemento fusível. Na norma VDE 0636 estão definidas faixas de tempo e de corrente dentro das quais essas curvas devem se situar. Analisando a Figura 1.11: um fusível de 10A não se funde com a corrente de 16A, pois, a reta vertical que correspondente a 10A não cruza a curva correspondente do fusível. Com uma corrente de 30A o fusível se fundirá em aproximadamente 18 segundos. Influência da temperatura ambiente Nos catálogos estão representadas as características tempos de fusão x corrente médias levantadas à temperatura ambiente de 20º (mais ou menos 5º). Alguns tipos de fusíveis sofrem uma influência desprezível com a temperatura, em uma margem bem grande de variação desta. 13 Figura 1.11: Curvas características Tempo x Corrente de fusíveis retardados. Fonte: <http://www.fusivel.com.br/4-38-weg>. Acesso em: 25 maio 2007. Substituição Quando houver a queima de um fusível, em nenhuma hipótese deverá haver o recondicionamento do mesmo, devendo ser substituído por outro de mesma capacidade de corrente e características. DimensionamentoÉ a escolha de um fusível adequado para fazer proteção de um determinado circuito. A escolha do fusível deve ser feita de tal modo que uma anormalidade elétrica fique restrita a um setor, sem atingir as demais partes do mesmo. 14 Para dimensionar um fusível é necessário levar em consideração as seguintes grandezas elétricas: Corrente nominal do circuito; Corrente de curto-circuito; Tensão nominal. 11..22..66 SSiisstteemmaass ddee sseegguurraannççaa DDiiaazzeedd ee NNHH Existem diversos tipos de fusíveis usados para proteção dos circuitos elétricos (cartucho, Diazed, de vidro, NH e outros). Dar-se-á ênfase ao estudo dos fusíveis Diazed e NH, por serem os sistemas de proteções mais utilizados nas áreas industriais. Segurança Diazed A segurança Diazed é composta de um conjunto de componentes, onde se encontra alojado o fusível. Este conjunto é composto de base, parafuso de ajuste,fusível, tampa, anel de proteção e cobertura da base. Observe a Figura 1.12. Figura 1.12: Segurança Diazed Base Elemento de porcelana que reúne e sustenta as demais partes da segurança Diazed. Comporta um corpo metálico roscado interna e externamente, ligado a um dos bornes. O outro borne está isolado do primeiro, e é ligado ao parafuso de ajuste. Estas bases podem ser fornecidas com dispositivo de fixação rápida, para montagem sobre trilho, conforme apresentado na Figura 1.13. 15 Figura 1.13: Base do sistema de Segurança Diazed. Cobertura da Base É um elemento de baquelite ou porcelana, cuja função é alojar a base aberta, não permitindo que nenhuma parte sob tensão fique exposta. São fornecidas para bases de até 63ª, conforme Figura 1.14. Figura 1.14: Cobertura da base. Parafuso de Ajuste É um elemento feito de porcelana, com um parafuso metálico na parte posterior, para ser introduzido na base. Na parte anterior, possui um rebaixo, cujo diâmetro não permite a colocação de fusível de maior capacidade de corrente. Existe 16 um código de cores padronizado para identificar a corrente nominal do parafuso de ajuste, ver Tabela 1 no final deste capítulo. Figura 1.15: Parafuso de ajuste. Chave para parafuso de ajuste Serve para fixar os parafusos de ajuste à base das seguranças Diazed. Figura 1.16: a) Chave para parafuso de ajuste – b) Forma de encaixe da chave ao parafuso. Tampa Peça constituída em porcelana com casquilho metálico que tem a função de alojar o fusível permitindo a troca do mesmo, em caso de queima, com a instalação sob tensão Possui tamanhos D II - rosca E27 e D III - rosca E33. O tamanho D II é para fusíveis até 25A e tamanho D III para fusíveis até 63A. 17 Figura 1.17: Tampa. Anel de Proteção É um elemento fabricado em porcelana ou plástico roscado internamente. Sua função é isolar a rosca metálica da base com relação ao painel e evitar possíveis choques acidentais. Possui tamanho e rosca igual à tampa. (Figura 1.18). Figura 1.18: Anel de proteção. Fusível É a peça de maior importância no sistema. Possui um corpo de porcelana ou esteatite, que tem ótima resistência mecânica e uma excelente rigidez dielétrica, onde estão impressas suas características elétricas. A Tabela 1, no final deste capítulo, mostra o código de cores padronizado para cada valor de corrente nominal. As cores estão numa espoleta indicadora de queima que se encontra presa pelo elo indicador de queima. (Figura 1.19) 18 Figura 1.19: Fusível diazed. Dispositivo de segurança NH A segurança NH é composta de fusível, base e punho, isolados para tensões até 500Vca ou 600Vca. Figura 1.20: Segurança NH. Fusível A segurança NH reúne as características de fusível retardado para correntes de sobrecarga e fusível rápido para correntes de curto circuito. Possui corpo de porcelana, onde estão impressas suas características elétricas, conforme apresentado na Figura 1.21. 19 Figura 1.21: Fusível NH. Base Possui contatos especiais prateados que garantem contato perfeito e alta durabilidade. Uma vez retirado o fusível, a base constitui uma separação visível das fases, tornando dispensáveis, em muitos casos, a utilização de um seccionador adicional. A base é construída de esteatite, plástico ou termofixo, possuindo meios de fixação a quadros ou placas. A pressão das garras é garantida por molas de aço. Veja na Figura 1.22. Figura 1.22: Base de segurança NH. Punho Também denominado Saca Fusível, destina-se à montagem ou substituição de fusíveis NH de suas respectivas bases, mesmo estando a instalação sob tensão. (Figura 1.23). 20 Figura 1.23: Utilização do punho em montagem ou substituição de fusíveis NH. Tabelas de correntes: Tabela 1 Capacidade de corrente e código de cores para fusível Diazed. Corrente nominal (A) Código de Cor Para bases 2 Rosa Rosca E27 4 Marrom 6 Verde 10 Vermelho 16 Cinza 20 Azul 25 Amarelo 35 Preto Rosca E33 50 Branco 63 Cobre Fonte: <http:www.siemens.com.br/fusiveis>. Acesso em: 25 maio 2007. 21 Tabela 2 Capacidade de corrente para fusível NH. Fonte: <http:www.siemens.com.br/fusiveis>. Acesso em: 25 maio 2007. 1.3 Disjuntor 11..33..11 DDeeffiinniiççããoo É um equipamento de comando e proteção de circuitos elétricos, cuja finalidade é conduzir continuamente a corrente de carga sob condições nominais e interromper correntes anormais de sobrecarga e de curto circuito. (Figura 1.24) Figura 1.24: Mini disjuntores. Fonte: <http://www.ge.com.br/mini_dr>. Acesso em: 01 jun. 2007. Tamanho Corrente Nominal (A) Tamanho Corrente Nominal (A) 000 6 1 40 10 50 16 63 20 80 25 100 32 125 40 160 50 200 63 224 80 250 100 00 125 160 22 Por definição do Dicionário brasileiro de eletricidade, da ABNT tem-se: Dispositivo de manobra: dispositivo elétrico destinado a estabelecer ou interromper corrente, em um ou mais circuitos elétricos. O Disjuntor unipolar (monopolar) é constituído por um único pólo. O o disjuntor multipolar (bipolar ou tripolar) é constituído por dois ou mais pólos ligados mecanicamente entre si de modo a atuarem em conjunto. Os valores nominais de corrente do disjuntor são impressos externamente em sua carcaça, seja em alto-relevo, seja na forma de uma placa. Esses valores são obtidos segundo as normas de ensaio que se aplicam ao dispositivo, na forma individual, ou seja; é ensaiado uma unidade de disjuntor, seja unipolar ou multipolar, perante condições de temperatura e altitude estabelecidas em norma. Os disjuntores são normalmente dotados de relés de sobrecarga e de curto- circuito, cada um tendo a sua curva característica, que devem ser adequadamente coordenadas entre si. 11..33..22 CCoonnssttiittuuiiççããoo Na Figura 1.25 pode-se observar a constituição interna de um disjuntor monopolar. 23 Figura 1.25: Constituição interna disjuntor monopolar. Fonte: <http://www.ge.com.br/mini_dr>. Acesso em: 01jun. 2007. Descrição das partes internas 1 - Proteção externa termoplástic: protege os elementos internos do disjuntor; 2 - Terminal superior: terminal de conexão ao circuito externo; 3 - Câmara de extinção de arco: extinguir e dissipar o calor gerado durante a comutação do disjuntor. 4 - Bobina: responsável pelo disparo instantâneo (magnético) 5 - Alavanca: (0 – desligado –verde visível e 1 ligado – vermelho visível); 6 e 7 - Contato fixo e Contato móvel,respectivamente: quando apoiados um ao outro permite circular corrente no circuito. 8 - Guia para o arco: sob condições de falha o contato móvel se afasta do contato fixo e o arco resultante é guiado para a câmara de extinção evitando danos ao bimetal em casos de altas correntes (curto-circuito); 9 - Bimetal: é responsável pelo disparo do dispositivo por sobrecarga térmica; 10 - Terminal inferior: terminal de conexão ao circuito externo; 11 - Clip: dispositivo para fixação em trilho DIN. 24 11..33..33 PPrriinnccííppiioo ddee ffuunncciioonnaammeennttoo Analise a Figura 1.26: Figura 1.26: Princípio de funcionamento do disjuntor. Fonte: <www.mspc.eng.br/elemag>. Acesso em: 18 jun. 2007. Entre os bornes 1 e 2, a corrente passa pela resistência de baixo valor R (que está próxima da lâmina bimetálica B), pela bobina do eletroímã E e pelo par de contatos C. Este tende a abrir pela ação da mola M2, mas, o braço atuador A impede com ajuda da mola M1. A corrente nominal que produz ação térmica sobre o bimetal varia aproximadamente na mesma proporção em que varia a corrente nominal do condutor com a temperatura. O eletroímã E é dimensionado para atrair a extremidade do atuador A, somente em caso de corrente muito alta (curto circuito) e, nesta situação, A irá girar no sentido indicado, liberando a abertura do par de contatos C pela ação de M2. A intensidade magnética capaz de acionar o atuador é proporcional ao número de espiras da bobina e da intensidade da corrente elétrica. De forma similar, R e o bimetal B são dimensionados para que este último não toque a extremidade de A dentro da corrente nominal do disjuntor. Acima desta, o aquecimento do bimetal o levará a tocar o atuador A, interrompendo o circuito de forma idêntica à do eletroímã. 25 Disjuntor magnético A ação magnética funciona conforme descrito acima e na ocorrência de curtos- circuitos. (Figura 1.27 - a) Disjuntor térmico Conforme analisado anteriormente, o disjuntor térmico protege os condutores contra as sobrecargas. (Figura 1.27 - b) Disjuntor termo magnético Denominação dada aos disjuntores que combinam ambas as formas de proteção. (Figura 1.27 - c). Os três símbolos da Figura 1.27(a, b e c) referem-se a disjuntores monofásicos. A manobra através de um disjuntor é feita manualmente – geralmente por meio da alavanca – ou pela ação de seus relés de sobrecarga (bimetálico) e de curto-cicuito (eletromagnético). Figura 1.27: Simbologia – disjuntor monopolar. Observa-se nesse ponto, que os relés não desligam o circuito: eles apenas induzem ao desligamento, atuando sobre o mecanismo de molas, que aciona os contatos principais. É válido mencionar que para disjuntor de elevadas correntes nominais, os relés de sobre-correntes são constituídos por transformadores de corrente e módulo eletrônico que irá realizar a atuação do disjuntor por correntes de sobrecargas, correntes de curto-circuito com disparo temporizado e instantâneo e até disparo por corrente de falha à terra. 26 11..33..44 AApplliiccaaççããoo Cada aplicação requer um tipo específico de disjuntor para manobra e proteção. Os disjuntores possuem curvas características classificadas, por exemplo em curva B e C. Observe a Figura 1.28. Figura 1.28: Curvas características de disjuntores. Fonte: <http://www.siemens.com.br/conceito_teoria>. Acesso em: 11 abr. 2007. A curva B refere-se a disjuntores destinados à proteção de condutores e a curva C destina-se à proteção de cargas em geral. 11..33..55 CCaarraacctteerrííssttiiccaass ccoommppaarraattiivvaass ddee ffuussíívveell xx ddiissjjuunnttoorr Disjuntor e fusível exercem basicamente a mesma função: ambos têm como maior e mais difícil tarefa, interromper a circulação da corrente de curto-circuito, mediante a extinção do arco que se forma. Esse arco se estabelece entre as peças de contato do disjuntor ou entre as extremidades internas do elemento fusível. Em ambos os casos, a elevada temperatura que se faz presente leva a uma situação de risco que pode assim caracterizar-se: 27 A corrente de curto-circuito (Ik) É a mais elevada das correntes que pode vir a circular no circuito, e como é em superior à corrente nominal, só pode ser mantido por um tempo muito curto, sob pena de danificar ou mesmo destruir componentes de um circuito. Portanto, o seu tempo de desligamento deve ser extremamente curto. Essa corrente tem influência tanto térmica (perda joule) quanto eletrodinâmica, pelas forças de repulsão que se originam quando essa corrente circula entre condutores dispostos em paralelo, sendo por isso mesmo, fator de dimensionamento da seção condutora de cabos. O seu valor é calculado em função das condições de impedância do sistema, e é por isso variável nos diversos pontos de um circuito. De qualquer modo, representa em diversos casos até algumas dezenas de quilo-ampéres que precisam ser manobrados, seja pela atuação de um fusível, seja pelo disparo por um relé de curto- circuito que ativa o mecanismo de abertura dos contatos do disjuntor. Entretanto, existem algumas vantagens no uso do fusível, e outras usando disjuntor. Veja no quadro 1 a comparação entre as características do fusível e disjuntor. A confiabilidade de operação do fusível ou disjuntor é assegurada pela conformidade das normas vigentes e referências do fabricante. Quadro 1 Características para desempenho no curto-circuito. Fusível Disjuntor Dispensa cálculo fino da corrente de curto-circuito; Alta capacidade de interrupção; Elevada limitação; Otimização do tempo de Interrupção; Disponibilidade fácil; Baixo custo. Necessita cálculo fino da corrente de curto-circuito; Capacidade de interrupção variada; Limitação em alta capacidade de interrupção; Tempo de interrupção variado; Disponibilidade com restrições; Custo variado. 28 1.4 Disjuntor motor 11..44..11 DDeeffiinniiççããoo O disjuntor motor ou também guarda motor, é um dispositivo de manobra mecânico utilizado para estabelecer, conduzir e interromper correntes sob condições normais do circuito, e interromper correntes sob condições anormais do circuito, como: curto-circuito, sobrecarga ou subtensão. (Figura 1.29). Figura 1.29: Disjuntor motor. Fonte:GE. Disjuntor_Motor_SFK.00 11..44..22 SSiimmbboollooggiiaa Figura 1.30: Disjuntor motor magnético (a) e termomagnético (b) 29 11..44..33 TTiippoo ddee ddiissjjuunnttoorr mmoottoorr Disjuntor-motor magnético Segundo informações do fabricante este disjuntor possui as seguintes características: Proteção contra curto-circuito e seccionamento com possibilidades de bloqueio mecânico por circuito individual de motores; Disparador térmico ajustável para proteção contra sobrecargas e dotado de mecanismo diferencial com sensibilidade a faltas de fase,incorporado no relé de sobrecarga; Disparador magnético fixo e calibrado em 12 vezes a corrente nominal do disjuntor. Disjuntor-motor termomagnético Este disjuntor tem as seguintes características: Proteção contra curto-circuito e seccionamento com possibilidades de bloqueio mecânico por circuito individual de motores; Disparador térmico ajustável para proteção contra sobrecargas e dotado de mecanismo diferencial com sensibilidade a faltas de fase, incorporado no disjuntor-motor; Disparador magnético fixo e calibrado em 12 vezes a corrente nominal do disjuntor. Ambos apresentam outras características aqui não relacionadas e que poderão ser obtidas consultando o Catálogo do Fabricante. 11..44..44 CCuurrvvaa ddee ddiissppaarroo ddoo ddiissjjuunnttoorr--mmoottoorr Exemplificando: a Figura 1.31 apresenta a curva de disparo do disjuntor-motor marca GE, modelo SFKOJ. O tempo de disparo está em função da corrente ajustada a frio. Em estado aquecido, devido à passagem da corrente nominal de serviço, os tempos de atuação dos relés de sobrecarga ficam reduzidos em 4 vezes. Temos, portanto, na Curva 1: disparo térmico, funcionamento com 2 pólos e na Curva 2: disparo térmico, funcionamento com 3 pólos. 30 Figura 1.31: Curva de disparo. Fonte: <http://www.ge.com.br/disjuntor_motor>. Acesso em: 01 jun. 2007. 1.5 Dispositivos diferenciais residuais 11..55..11 DDeeffiinniiççããoo São dispositivos contra fuga de corrente elétrica, permitem otimização de energia e evitam choques elétricos. Eles asseguram o comando e seccionamento dos circuitos elétricos. A utilização deste tipo de dispositivo é obrigatória nas edificações segundo a norma NBR 5410/97, que define seu uso nas áreas frias ou sujeitas a umidade, como banheiros, áreas de serviço e áreas externas. 31 Figura 1.32: Dispositivo diferencial residual. Fonte: <http://www.siemens.com.br/dispositivos>. Acesso 20 jun. 2007. 11..55..22 SSiimmbboollooggiiaa Figura 1.33: Dispositivo diferencial residual. 11..55..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo A Figura 1.34 ilustra uma vista em corte e a constituição interna de um dispositivo diferencial capaz de detectar correntes de falta CA, CC pulsante e CC lisas. 32 Figura: 1.34: Constituição interna de um dispositivo diferencial residual. Fonte: ABNT. NBR 5410. Legenda R – relé de disparo; A – unidade de medição e comparação para correntes residuais contínuas lisas.; T – botão de teste; W1 – sensor de correntes senoidais e correntes contínuas pulsantes; W2 – sensor de correntes contínuas puras. 11..55..44 FFuunncciioonnaammeennttoo Referindo-se ainda sobre a Figura 1.34, o dispositivo mede permanentemente a soma vetorial das correntes que percorrem os condutores de um circuito. Enquanto o circuito mantiver eletricamente equilibrado, a soma das correntes em seus condutores é praticamente nula. Se houver falha de isolação no equipamento ou alguma pessoa tocar na parte viva do circuito protegido pelo DR, surgirá uma corrente de fuga à terra. Isso ocorrendo, a soma vetorial das correntes nos condutores monitorados pelo DR não será mais nula. O dispositivo detecta exatamente essa diferença de corrente. Quando a intensidade de corrente de fuga atinge um determinado valor, o relé R é ativado e por sua vez desativa os contatos principais do próprio dispositivo ou outro dispositivo – contator ou disjuntor – a ele associado. 33 Segurança Uma pequena falha em um eletrodoméstico, um fio decapado, uma tomada ou um interruptor com defeito pode colocar em sérios riscos a saúde da sua família e até a sua residência. É sempre bom lembrar que todas as funções biológicas do organismo humano são feitas por meio de pequenos impulsos elétricos. Portanto, não é difícil imaginar o que poderá causar de dano à saúde uma descarga elétrica, mais conhecida como choque. 11..55.. 55 TTiippooss Disjuntor com proteção diferencial-DDR Os DDR's são disjuntores com proteção diferencial, onde já estão incorporados em um único produto as funções do DR (Diferencial Residual) e do Mini-Disjuntor. O DDR possui proteção diferencial contra contatos diretos e indiretos e proteção contra sobrecarga e curto-circuito. Normalmente são disponíveis nas curvas B e C e sensibilidade de 30 e 300 mA. Sendo assim o DDR protege as pessoas dos efeitos maléficos de um choque elétrico (corrente até 30mA) e os equipamentos patrimoniais (correntes entre 100 e 500mA). Apresenta um custo maior em relação ao IDR. Figura 1.35: Dispositivo diferencial residual. Fonte: <http://www.ge.industrial.com.br/produtos/protecao>. Acesso em: 20 jun. 2007. 34 Interruptor diferencial residual – IDR É um importante dispositivo de proteção e detecção de fuga de corrente. Além de proteger pessoas contra os efeitos do choque elétrico por contato direto ou indireto causado por fuga de corrente, protege contra perda de energia elétrica. Um dos principais pontos de sua segurança é que ele é capaz de detectar uma pequena diferença entre a corrente que entra e sai do circuito. Ao detectar essa fuga de corrente, o IDR desliga automaticamente os circuitos elétricos, garantindo a segurança de pessoas e patrimônios. 1.6 Relé Térmico de Sobrecarga 11..66..11 DDeeffiinniiççããoo São dispositivos que atuam pelo efeito térmico provocado pelas sobrecorrentes de longa duração, ou quando ocorre sobrecarga que superaquecem o circuito ou partes do circuito a níveis inadmissíveis. Este superaquecimento pode ocorrer, por exemplo, em função de: Sobrecarga mecânica na ponta do eixo do motor; Falta de uma fase; Tempo de partida prolongado de um motor. Figura 1.36: Relé térmico de sobrecarga. Fonte: WEG. p. 278-279. 35 11..66..22 SSiimmbboollooggiiaa Figura 1.37: Simbologia do relé de sobrecarga. 11..66..33 PPrriinncciippiioo CCoonnssttrruuttiivvoo ddee uumm RReelléé ddee SSoobbrreeccaarrggaa Um relé de sobrecarga é composto dos seguintes componentes: Figura 1.38: Composição do relé de sobrecarga. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 67. 36 Contatos Auxiliares Geralmente o relé térmico de sobrecarga possui dois contatos, um normalmente fechado NF (abridor) e outro normalmente aberto NA (fechador). O contato NF é responsável pela interrupção de funcionamento do circuito elétrico em caso de sobrecarga, podendo retornar a posição inicial de forma automática ou manual. Já o contato NA normalmente é utilizado na sinalização de relé atuado. Botão de Rearme Têm a função de rearmar os contatos auxiliares do relé de sobrecarga. Lâmina Bimetálica Auxiliar Tem a função de fazer a compensação do ajuste, de acordo com a variação da temperatura ambiente. Lâminas Bimetálicas Principais Tem a função de acionar o dispositivo mecânico quando sofrem uma dilatação e conseqüente deflexão devido a elevação da corrente elétrica, comutando os contatos móveis do relé. Mecanismo de Regulagem (Ajuste de Corrente) Permite efetuar a regulagem da corrente solicitada pela carga, que poderá circular no circuito. 11..66..44 FFuunncciioonnaammeennttoo Os relés de sobrecarga foram desenvolvidos para operar baseados no princípio de pares termoelétricos. O princípio de operação do relé é baseadonas diferentes dilatações que os metais apresentam, quando submetidos a uma variação de temperatura. Duas ou mais lâminas de metais diferentes (normalmente ferro e níquel) são unidas através de soldas, sob pressão ou eletroliticamente. Quando aquecidas elas se dilatam diferentemente e se curvam. Esta mudança de posição é usada para comutação de um contato. Durante o esfriamento, as lâminas voltam à posição inicial. O relé está, então, novamente pronto para operar, desde que não exista no conjunto um dispositivo mecânico de bloqueio. O relé térmico permite que o seu ponto de atuação seja ajustado com o auxílio de um dial. Isto possibilita ajustar o valor de corrente que para a atuação do relé. 37 Deve-se calibrar a corrente de ajuste do relé em função da corrente nominal do componente a ser protegido, por exemplo, um motor. Figura 1.39: Dilatação do bimetal. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 68. Ação da corrente nas lâminas As lâminas do relé de sobrecarga bimetálico podem ser aquecidas de diversas formas pela corrente: 1. Aquecimento Direto As Lâminas estão no circuito principal e são percorridas pela corrente total ou parte dela. O aquecimento, neste caso, é função da intensidade de corrente e da resistência das lâminas. Figura 1.40: Aquecimento direto. Fonte: SENAI. MG. Dispositivos de proteção e controle. 1999. p. 68. 38 2. Aquecimento Indireto Neste caso, as lâminas ou são envolvidas ou recebem calor de um elemento resistivo. Figura 1.41: Aquecimento indireto. Fonte: SENAI-MG. 1999. p. 68. 3. Aquecimento Semi-Direto As Lâminas são aquecidas pela passagem de corrente e, adicionalmente, por um elemento resistivo. O elemento resistivo pode ser ligado em série ou paralelo com as lâminas. Este tipo de relé é usado para pequenas correntes de atuação para se conseguir a dilatação necessária. Veja a Figura 1.41. Figura 1.42: Aquecimento indireto em série e em paralelo. Fonte: SENAI. MG. Dispositivos de proteção e controle. 1999. p. 68. 11..66..55 RReellééss ddee SSoobbrreeccaarrggaa ccoomm OOppeerraaççããoo aattrraavvééss ddee TTrraannssffoorrmmaaddoorreess ddee CCoorrrreennttee Utilizam-se dois tipos de transformadores de correntes: Os que operam linearmente até aproximadamente 10 vezes a corrente nominal primária; Os que operam em sobrecorrente de sobrecarga a partir da corrente nominal. 39 Figura 1.43: Aquecimento através de transformador de corrente (TC). Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 69. 11..66..66 CCaarraacctteerrííssttiiccaass ddee ddiissppaarroo ddoo rreelléé ddee ssoobbrreeccaarrggaa A característica de disparo do relé de sobrecarga indica os vários tempos de atuação em função de múltiplos ajustes e devem ser definidas sob a forma de curvas fornecidas pelo fabricante, conforme mostra a Figura 1.44. 40 Figura 1.44: Curvas de disparos de cargas. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 69. 11..66..77 CCoonnddiiççõõeess ddee sseerrvviiççoo Influência da Temperatura Ambiente As características de disparo correspondem a um valor determinado da temperatura ambiente, e são baseadas na ausência de carga prévia do relé de sobrecarga (ou seja, estado frio). Este valor de temperatura ambiente deve ser claramente indicado nas curvas de disparo; os valores preferenciais são de + 200 C ou + 400 C. 41 Compensação de Temperatura Os relés de sobrecarga térmicos possuem compensação de temperatura ambiente, exemplificando: Com uma temperatura ambiente de + 300 C, as lâminas bimetálicas principais se dilatarão, curvarão e terão deslocado através do cursor, uma parte do percurso e, para um determinado valor de corrente, resultaria um tempo de disparo menor. Para que isto seja evitado, o cursor atua sobre a lâmina bimetálica auxiliar. Esta lâmina não é, contudo, percorrida pela corrente. Ela é aquecida somente pela temperatura ambiente e se curvará na proporção das lâminas principais. Desta forma as lâminas aquecidas pela corrente determinarão um mesmo tempo de disparo para qualquer temperatura ambiente .Este tipo de compensação de temperatura satisfaz na faixa de 200 a + 500 C. Proteção contra Religamento Involuntário Após um disparo por sobrecarga, as lâminas bimetálicas necessitam resfriarem e retornarem à sua posição inicial até que o relé esteja novamente em condições de serviço. Assim, o intervalo de repouso necessário ao motor fica obrigatoriamente assegurado. Relés de sobrecarga em rearme automático são utilizados com contatores comandados por botão de impulso. Após o tempo de resfriamento, o contato auxiliar do relé retorna à sua posição inicial não ativando o circuito de comando. Relés de sobrecarga em rearme manual são utilizados em contatores comandados por chave de posição fixa. O contato auxiliar do relé permanece aberto após o tempo de resfriamento, impedindo ativar-se o circuito de comando. Proteção contra Falta de Fase A curva característica de disparo de um relé de sobrecarga trifásico é dada na condição de que todas as três lâminas são percorridas por correntes equilibradas. No caso de falta de fase, apenas duas lâminas são aquecidas e devem produzir, sozinhas, o deslocamento/força necessários para atuação do mecanismo de disparo. Os Relés de sobrecarga trifásicos, com proteção contra falta de fase, oferecem a vantagem de atuação mais rápida quando sob carga bifásica, ou seja, falta de uma fase. 42 1.7 Contatores 11..77..11 DDeeffiinniiççããoo São dispositivos de manobra mecânicos, acionados eletromagneticamente e operados à distância. São construídos para uma elevada freqüência de operações e capazes de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, inclusive sobrecargas no funcionamento. São usados para manobra de circuitos auxiliares de vários tipos, ligação de motores e outras cargas. Figura 1.45: Contator. Fonte: SENAI. MG. 1998. p. 49.; WEG. s. d. p. 251. 43 11..77..22 SSiimmbboollooggiiaa A Figura 1.46 representa a simbologia de um contator com seus contatos principais, 02 contatos auxiliares NA e 01 contato auxiliar NF. Figura 1.46: Símbolo de contator. Identificação dos terminais de contatores A identificação dos terminais de um contator é utilizada para facilitar a execução de projetos de comandos e a localização e função desses elementos na instalação. A seguir será apresentada a identificação dos diversos terminais de um contator. Bobinas São identificadas de forma alfanumérica com A1 e A2. Figura 1.47: Símbolo da bobina de um contator. 44 Terminais dos Contatos Principais Devem ser identificados por números unitários e por um sistema alfanumérico. Os terminais 1L1, 3L2 e 5L3 são ligados na rede (fonte) e os terminais 2T1, 4T2 e 6T3 devem ser conectados na carga. Figura 1.48: Identificação de contatos principais. Terminais dos Contatos Auxiliares Os terminais dos circuitos auxiliares são identificados com dois números, onde: A unidade representa a função do contato; A dezena representa a seqüência denumeração. A Figura 1.49 mostra um sistema de identificação de contatos auxiliares: Figura 1.49: Identificação de contatos auxiliares. Fonte: WEG. s. d. p. 247. 45 11..77..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo O contator é constituído de sistema de acionamento (núcleo móvel, núcleo fixo e bobina) e sistema de manobra de carga (contatos móveis e fixos e câmara de extinção de arco). Contatos Podem ser fixos ou móveis. Também podem ser principais (usados para conduzir a corrente de carga) e auxiliares (usados para a comutação de circuitos auxiliares, sinalização e intertravamento elétrico, entre outras aplicações). Contatos Fixos: partes dos contatos que são fixadas à carcaça do contator; Contatos Móveis: peças movidas quando se energiza a bobina do contator. Esses contatos farão contato físico com os contatos fixos, estabelecendo o circuito. Câmara de extinção É um compartimento que envolve os contatos principais. Seu principal objetivo é a extinção da faísca, ou arco voltáico, que surge quando se interrompe um circuito elétrico que está energizado. O arco é extinto pelo processo denominado “sopro dinâmico”, através do campo magnético formado por ele. Terminais de Conexão Destinam-se à interligação do contator com outros dispositivos do circuito. Carcaça É a parte que aloja e sustenta todos os componentes do contator. É feita de material isolante e que ofereça boa resistência elétrica e mecânica. Suporte dos Contatos Móveis Sustenta mecanicamente os contatos móveis e se encontra preso ao núcleo móvel. É feito de material isolante de alta resistência mecânica. Núcleo Móvel Elemento feito de lâminas de ferro sobrepostas, isoladas entre si, acoplado mecanicamente ao suporte dos contatos móveis. 46 Núcleo Fixo Elemento responsável pela concentração das linhas de força do campo magnético criado pela bobina, evitando que elas se dispersem. É feito de lâminas de ferro sobrepostas, isoladas entre si. Nos contatores com acionamento em corrente alternada é inserido, nos pólos magnéticos do núcleo fixo, um anel metálico, denominado de anel de defasagem (anel de curto - circuito). Sua função é a de evitar ruídos e trepidações do contator quando a corrente alternada passar pelo zero, momento em que não haveria campo magnético, conforme Figura 1.50. Figura 1.50 - Anel de defasagem. Fonte: SENAI. MG. 1998. p. 51. Bobina Elemento responsável pela criação do campo eletromagnético que faz movimentar o sistema móvel do contator. A bobina é constituída por um condutor de cobre esmaltado, enrolado em forma de espiras num carretel isolante. A Figura 1.51apresenta o desenho em corte de um contator, onde poderão ser observados seus componentes. 47 Figura 1.51: Constituição de um contator. Fonte: WEG. .s. d. p. 245. 11..77..44 AAcceessssóórriiooss Supressor de Surto São dispositivos conectados em paralelo com a bobina do contator e utilizados no amortecimento das sobretensões provocadas durante as operações de abertura, que podem danificar componentes sensíveis. São compostos de circuitos RC ou Varistores (Figura 1.51). Figura 1.52: Supressor de surto. Fonte: SENAI. MG. 1998. p. 51 48 Bloco de Contatos auxiliares Alguns contatores possuem contatos auxiliares diretamente na sua carcaça. Atualmente, os blocos de contatos são acessórios que poderão ser acoplados aos contatores. Os contatos auxiliares podem ser abertos (NA) ou fechados (NF). Na Figura 1.52 pode-se observar os detalhes de um bloco de contatos auxiliares com fixação no topo e fixação lateral. Figura 1.53: Bloco de contatos auxiliares. Fonte: WEG. s. d. p. 246. Temporizador Pneumático Elemento de temporização fixado na parte frontal dos contatores é fabricado para retardo na energização ou retardo na desenergização. 49 Figura 1.54: Bloco de contato auxiliar temporizado. Fonte: WEG. s. d. p.. 264. Intertravamento Mecânico É a combinação que garante mecanicamente a impossibilidade de fechamento simultâneo entre dois contatores. A sua montagem normalmente é feita lateralmente, entre os dois contatores. Figura 1.55: Intertravamento mecânico. Fonte: WEG. s. d. p. 263. 11..77..55 FFuunncciioonnaammeennttoo a) Acionamento Quando a bobina do contator é energizada a partir de um dispositivo de comando (botoeiras, chaves fim de curso, relés, etc.), cria-se um campo magnético, e o núcleo fixo atrai o núcleo móvel, deslocando os contatos móveis que estão 50 acoplados mecanicamente a este, desta forma haverá a comutação dos contatos principais e auxiliares. b) Desligamento Para desligamento do contator, é necessário interromper a alimentação da bobina, fazendo com que desapareça o campo magnético provocado por molas, o retorno do núcleo móvel e, conseqüentemente, o retorno dos contatos ao estado de repouso. 11..77..66 TTiippooss ddee CCoonnttaattoorreess De acordo com as características elétricas e as condições de serviço, os contatores podem ser classificados em: Contatores Tripolares de Potência e Contatores Auxiliares. Contator Tripolar É destinado a efetuar o acionamento de diversos tipos de cargas das instalações industriais, como motores elétricos, capacitores, sistemas de aquecimento, etc. Suas principais características são: Podem possuir contatos principais e auxiliares; Maior robustez de construção; Facilidade de associação a relés; Tamanho físico de acordo com a potência da carga; A potência da bobina do eletroímã varia de acordo com o tipo de contator; Geralmente tem câmara de extinção de arco; Pode-se inserir blocos de contatos auxiliares e outros acessórios fornecidos pelo fabricante. Contator Auxiliar É destinado a efetuar o comando de pequenas cargas. É utilizado no comando de sinalizações, eletroválvulas, bobinas de contatores tripolares, etc. Também são utilizados para aumentar o número de contatos auxiliares dos contatores tripolares. 51 Suas principais características são: Tamanho físico variável, conforme o número de contatos; Corrente nominal de carga máxima igual a 10 A para todos os contatos; Câmara de extinção inexistente. 11..77..77 CCaarraacctteerrííssttiiccaass EEllééttrriiccaass ee DDiimmeennssiioonnaammeennttoo O contator é um dos dispositivos mais usados para seccionamento nas instalações elétricas industriais. Para fazermos a escolha de um contator, devemos conhecer suas características elétricas, que são informações padronizadas por normas e estão contidas nos selos de identificação e nos catálogos de fabricantes. As principais características elétricas de um contator são: Tensão Nominal de Isolação: valor da tensão que caracteriza a resistência de isolamento entre as partes isolantes e condutoras do contator; Tensão Nominal de Serviço: valor eficaz da tensão em que o contator deverá operar ( 220V - 380V); Potência Nominal Elétrica e Mecânica: potência real consumida por um equipamento elétrico e que deverá ser transferida através dos contatos principais do contator; Corrente Nominal de Serviço: corrente máxima que os contatos de um dispositivo suportam, sem danificar as partes isolantes.É indicada pelo fabricante e depende da tensão nominal de serviço, da freqüência e da categoria de emprego; Freqüência de Manobras: número de manobras (abertura ou fechamento dos contatos) por hora que o contator deve realizar. Quanto maior for o número de manobras especificado pelo fabricante, maior será a vida útil dos contatos; Tensão de Comando: tensão de alimentação da bobina do contator, que deve operar perfeitamente com até 85% dessa tensão; Número de Contatos Auxiliares: definidos de acordo com a necessidade do circuito; 52 Categorias de Emprego: determina as condições para a ligação e interrupção da corrente e da tensão nominal de serviço correspondentemente, para a utilização normal do contator, nos mais diversos tipos de aplicação para CA e CC. Observe o Quadro 02: Quadro 2 Categorias de Emprego de Contatores, conforme IEC 947 Tipo de Corrente Categoria Aplicação AC AC – 1 AC – 2 AC – 3 AC – 4 AC – 5a AC – 5b AC – 6a AC – 6b AC – 7a AC – 7b AC – 8a AC – 8b AC – 12 AC – 13 AC – 14 AC – 15 Manobras leves; carga ôhmica ou pouco indutiva (aquecedores, lâmpadas incandescentes e fluorescentes compensadas). Manobras leves; comando de motores com anéis coletores (guinchos,bombas, compressores). Desligamento em regime. Serviço normal de manobras de motores com rotor gaiola (bombas, ventiladores, compressores). Desligamento em regime.* Manobras pesadas. Acionar motores com carga plena; comando intermitente (pulsatório); reversão a plena marcha e paradas por contracorrente (pontes rolantes, tornos, etc.). Chaveamento de controle de lâmpadas de descargas elétricas Chaveamento de lâmpadas incandescentes Chaveamento de transformadores Chaveamento de bancos de capacitores Aplicações domésticas com cargas pouco indutivas Cargas motoras para aplicações domésticas Controle de compressor-motor hermeticamente refrigerado com reset manual para liberação de sobrecarga** Controle de compressor-motor hermeticamente refrigerado com reset automático para liberação de sobrecarga** Controle de cargas resistivas e cargas de estado sólido com isolamento através de acopladores ópticos. Controle de cargas de estado sólido com transformadores de isolação. Controle de pequenas cargas eletromagnéti Controle de cargas eletromagnéticas (> 72VA) DC DC – 1 DC – 3 DC – 5 Cargas não indutivas ou pouco indutivas, (fornos de resistência) Motores CC com excitação independente: partindo, em operação contínua ou em chaveamento intermitente. Frenagem dinâmica de motores CC. Motores CC com excitação série: partindo, operação contínua ou em chaveamento intermitente. Frenagem dinâmica de motores CC. Chaveamento de lâmpadas incandescentes 53 DC – 6 DC – 12 DC – 13 DC – 14 Controle de cargas de cargas resistivas e cargas de estado sólido através de acopladores ópticos. Controle de eletroímãs Controle de cargas eletromagnéticas que têm resistores de economia no circuito. * A categoria AC – 3 pode ser usada para regimes intermitentes ocasionais por um período de tempo limitado como em set-up de máquinas; durante tal período de tempo limitado o número de operações não pode exceder 5 por minuto ou mais que 10 em um período de 10 minutos. ** Motor-compressor hermeticamente refrigerado é uma combinação que consiste em um compressor e um motor, ambos enclausurados em um invólucro, com eixo não externo, onde o motor opera neste meio refrigerante. Fonte: WEG. s. d. p. 258. 1.8 Botões de comando 11..88..11 DDeeffiinniiççããoo São dispositivos destinados a estabelecer ou interromper momentaneamente, no local ou à distância e de forma indireta, o comando de equipamentos de manobra e/ou de operação. Figura 1.56: Diversos modelos de botões. Fonte: <http://www.schmersal.com.br/catalogos/> Acesso em: 18 jun. 2007. Fonte: <http://www.catalogo.weg.com.br/files> Acesso em: 18 jun. 2007. 54 1.8.2 Simbologia Figura 1.57: Simbologia para botões. 11..88..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo Existem vários tipos de botões de comando. Geralmente, são compostos por um elemento frontal de comando (cabeçote) e um bloco de contatos. Pelo princípio de montagem modular, há possibilidade de adaptar vários blocos de contato por botão de comando elétrico e cada bloco possuindo contatos NA, NF ou ambos, ampliando assim, a aplicação deste dispositivo de comando. Este princípio é denominado de blocos de contatos intercambiáveis e conforme aplicação, os cabeçotes podem apresentar diâmetros de 10, 15, 16, 22 e 30 mm. Bloco de Contato Elemento constituído de um corpo isolante, contatos móveis, fixos e bornes para conexões. Figura 1.58: (a) Bloco de contatos simples. (b) Bloco de contatos duplo. Fonte: <http://www.weg.com.br/FILES/Artigos/4-515>. Acesso em: 18 jun. 2007. 55 Corpo isolante Serve para envolver os contatos e sustentar os bornes para conexões. É feito de material termoplástico (isolante) de boa resistência mecânica. Contatos São elementos responsáveis pela continuidade da corrente elétrica do circuito. Os contatos são, normalmente, em forma de pastilha de liga de prata superdimensionada, tanto nas partes fixas como nas móveis, garantindo assim uma alta capacidade de ruptura, que acarreta uma vida mais longa para os contatos. Alguns fabricantes fornecem, sob encomenda, contatos com banho de ouro. Bornes para Conexões São elementos que estabelecem a ligação dos condutores aos contatos fixos. Elemento Frontal de Comando O elemento de acionamento do botão de comando pode ser de vários tipos: Normal Utilizados nos comandos elétricos em geral. É um botão de longo curso e praticamente inexiste a possibilidade de manobra acidental. Faceado Simples Possui somente um dispositivo para acionamento. (Figura 1.59) Figura 1.59: Botão de acionamento normal e faceado. Fonte: <http://www.siemens.com.br/botões 3sb3[1]>. Acesso em: 24 maio 2007. 56 Faceado duplo Possui dois dispositivos para acionamento: um botão verde (liga) e um botão vermelho (desliga) e, em alguns casos, um dispositivo de sinalização luminoso, que acenderá ao ser acionado o botão verde. (Figura 1.60). Este tipo de elemento pode ser encontrado com ligações internas, que facilita a sua conexão aos circuitos de comando. Os fabricantes fornecem no corpo do componente o diagrama de ligação. Figura 1.60: Botão de acionamento faceado duplo iluminado. Fonte: <http://www.siemens.com.br/Botoesduplos>. Acesso em: 24 maio 2007. Saliente Sua construção torna o acionamento mais rápido, porém oferece a possibilidade de manobra acidental, se não houver guarnição. (Ver Figura 1.61). Alguns tipos de botões de comando possuem cabeçotes dotados de uma lâmpada interna, que acenderá quando acionarmos o dispositivo, sinalizando a operação. Figura 1.61: Elemento saliente iluminado. Fonte: <http://.www.weg.com.br/files>. Acesso em: 23 maio 2007. 57 Saliente com guarnição Possuem uma guarnição (guarda total) que impede o acionamento acidental do botão promovendo maior segurança. (Ver Figura 1.62). Figura 1.62: Botão de comando saliente com guarda total. Fonte: <http://www.schmersal.com.br/catalogos>Acesso em: 23 maio 2007. Tipo de cogumelo Normalmente são destinados a interromper circuitos em caso de emergência. (Ver Figura 1.62). Figura 1.63: Botão de comando tipo cogumelo. Fonte: <http://www.siemens.com.br/botõessignum>. Acesso em: 24 maio 2007. Seletor de Posição O seletor é essencialmente um comutador para aplicações industriais, que permite resolver certos problemas de esquemas elétricos. São aqueles nos quais o acionamento é obtido através do giro de alavancas, knobs, chaves tipo yale e pode acionar uma ou mais seções de contatos NA ou NF. O comutador com Chave Yale é Indicado para comando de circuitos onde somente o operador responsável executa a manobra. Os tipos de cabeçote de comando mais comuns para botões de comutação estão demonstrados na Figura 1.63. 58 Figura 1.64: (a) Seletor de posição tipo Alavanca. (b) Yale. (c) Knob. Fontes: <http://www.schmersal.com.br/catalogos>. Acesso em: 23 maio 2007. <http://www.weg.com.br/files>. Acesso em: 23 maio 2007. <http://www.weg.com.br >. Acesso em: 23 maio 2007. 11..88..44 CCllaassssiiffiiccaaççããoo ddooss bboottõõeess ccoonnffoorrmmee ssiisstteemmaa ddee ttrraavvaammeennttoo eellééttrriiccoo Acionamento por impulsão livre (sem retenção) São aqueles nos quais o acionamento é obtido através de pressão do dedo do operador, no cabeçote de comando dos botões; tirando-se o dedo do botão, ele retorna automaticamente à posição de repouso. Os contatos são montados de tal forma que ao ser acionado, abre-se o NF e logo após fecha-se o NA, voltando à posição de repouso por meio de molas, quando cessa a pressão sobre ele exercida. (Ver Figura 1.64). Figura 1.65: Impulsão livre (sem retenção). Fonte: < http://www.schmersal.com.br/catalogos>. Acesso em: 23 maio 2007. 59 Acionamento por impulsão com retenção Quando pressionado, se mantém na posição a que foi acionado, até novo acionamento. Normalmente botões de emergência do tipo cogumelo com trava ou chave Yale são vermelhos. Observe a Figura 1.66: Figura 1.66: (a)Impulsão com retenção/girar para soltar (b)Retenção com chave Yale. Fonte: <http://www.schneider.com.br/XB4_XB5>. Acesso em: 11 set. 2007. 11..88..55 BBoottõõeess lluummiinnoossooss Existem dois tipos: com alimentação direta e com alimentação através de transformador. A Figura 1.67 apresenta o modelo com alimentação direta. Figura 1.67: Faceado com guarnição e alimentação direta. Fonte: <http://www.schmersal.com.br/catalogos/fnewfix> Acesso em: 23 maio 2007 11..88..66 BBoottooeeiirraass É a denominação que se dá a um conjunto formado, geralmente, por dois ou mais botões de comando elétrico. São empregados nos circuitos industriais típicos de serviços pesados, como por exemplo, em máquinas que possuem dois ou mis motores elétricos. O comando destes motores é feito separadamente, através de botões distintos, localizados em um mesmo invólucro. (Ver Figura 1.68). 60 Aplicação: comando de pontes rolantes, talhas, alarme contra incêndio, etc. Figura 1.68: Caixas e botoeiras. Fonte: <http://www.schmersal.com.br/catalogos> Acesso: 24 maio 2007. 11..88..77 CCóóddiiggoo ddee CCoorreess Os botões de comando são fabricados segundo um código internacional de cores, o que facilita a identificação do regime de funcionamento das máquinas comandadas por esses botões. O Quadro 3 mostra as cores e a indicação de suas funções. Quadro 3 Código de cores e funções de botões Cor padronizada Regime de Funcionamento Vermelho Parar/desligar; Parada de emergência. Verde ou Preto Acionamento; Início do ciclo de operação de máquina. Amarelo Atenção, cuidado; Partida de retrocesso fora das condições normais de operação; Partida de um movimento para evitar condições de perigo. Branco ou Azul Claro Qualquer função para a qual as cores mencionadas não têm validade; Informações especiais. 61 11..99 RReelléé ddee TTeemmppoo 11..99..11 DDeeffiinniiççããoo Os relés de tempo são dispositivos empregados nos circuitos de comandos elétricos, com o objetivo de fazer a temporização de manobras, em circuitos auxiliares de comando, circuitos de proteção, etc. 11..99..22 SSiimmbboollooggiiaa Figura 1.69: Simbologia de temporizadores. 11..99..33 TTiippooss ddee rreellééss ddee tteemmppoo qquuaannttoo àà aaççããoo ddooss ccoonnttaattooss Instantâneo a Energização Alimentando-se o dispositivo, inicia-se a contagem do tempo e simultaneamente os contatos serão ativados. Após o tempo programado, os contatos serão desativados. Interrompendo-se a alimentação durante o processo de contagem do tempo, o mesmo é anulado e os contatos serão desativados. Figura 1.70 - Temporização instantânea. 62 Com Retardo a Energização Alimentando-se o dispositivo, inicia-se a contagem do tempo. Transcorrido o tempo programado, os contatos serão ativados e só serão desativados quando a alimentação for desligada. Interrompendo-se a alimentação durante a contagem do tempo, o mesmo será anulado. Figura 1.71: Temporização com retardo a energização. Com Retardo a Desenergização Alimentando-se o dispositivo, os contatos serão ativados instantaneamente (haverá a comutação dos contatos). Ao desenergizarmos o dispositivo, inicia-se a contagem do tempo. Após o tempo programado, os contatos serão desativados Figura 1.72: Temporização com retardo a desenergização. 11..99..44 TTiippooss ddee rreellééss ddee tteemmppoo qquuaannttoo aaoo pprriinnccííppiioo ddee ffuunncciioonnaammeennttoo ee ààss ccaarraacctteerrííssttiiccaass ffííssiiccaass ee ccoonnssttrruuttiivvaass Os temporizadores podem ser classificados quanto ao princípio de funcionamento e características construtivas, em: 63 Eletrônico (Analógico e Digital); Pneumático; Eletromecânico; Térmico. Daremos ênfase ao estudo dos temporizadores eletrônicos e pneumáticos, por serem dispositivos que apresentam uma série de vantagens sobre os demais, como: maior precisão, menor desgaste, ocupam menor espaço físico, etc. Temporizadores eletrônicos São dispositivos usados nos circuitos elétricos com o objetivo de processar a temporização de manobras. Figura 1.73: Temporizador. Fontes: <http://www.jaguareletrica.com.br/produtos> Acesso em: 23 maio 2007. <http://www.tron-ce.com.br/produtos/produtos_tempo> Acesso em: 23 maio 2007. Constituição É constituído de um circuito eletrônico de temporização, que atua sobre um relé magnético, o circuito está alojado em uma caixa de material isolante. Na parte frontal dessa caixa são colocados um seletor de tempo (que gira sobre uma escala numerada, representando o tempo em segundos) e os bornes para ligação dos condutores. Funcionamento Quando os bornes A1 e A2 (a e b) forem energizados, o circuito eletrônico entrará em operação, realizando a temporização pré-selecionada através do botão seletor. Uma vez vencido este tempo, é feito o acionamento do relé magnético, que comutará os seus contatos (abrirá 15 - 16 e fechará 15 - 18). 64 Os contatos do relémagnético voltarão à posição de repouso quando os bornes A1 e A2 (a e b) forem desenergizados. Obs: Retardo na energização. Características elétricas Suas principais características elétricas são: Tensão de Acionamento: normalmente 24V, 127V ou 220V; Tensão Máxima de Serviço: normalmente de 250V; Corrente Nominal: corrente dos contatos do relé (normalmente 10A); Faixa de Ajuste: é a faixa de tempo a ser ajustada no seletor externo. Temporizadores pneumáticos É um dispositivo de temporização com características eletropneumáticas, cujo funcionamento está baseado na ação de um eletroímã que aciona uma válvula pneumática, dando temporização definida e regulável. Figura 1.74: Temporizador pneumático. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 99. Constituição A Figura 1.75 apresenta os componentes do relé pneumático, em vista explodida. 65 Figura 1.75: Vista explodida de relé pneumático. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 100. Legenda 1. Alavanca de armamento do temporizador, que liga a sanfona ao bloco de contatos elétricos. 2. Balancim. 3. Mola Superior. 4. Válvula. 5. Sanfona (resistente aos óleos e envelhecimento). 6. Contatos abridores e fechadores. 7. Dispositivo de acionamento da regulagem do temporizador. Funcionamento Temporizador Pneumático ao Trabalho: estando o temporizador pneumático acoplado ao contator e sendo este alimentado, o núcleo atrairá o balancim, que libera a sanfona, que irá encher-se de ar, deslocando-se em direção ao balancim. Terminado o tempo, regulado previamente, a sanfona estará cheia de ar e pressionará uma pequena alavanca, que liberará o balancim. O seu deslocamento provocará a abertura do contato NF e o fechamento do contato NA, que permanecerão assim enquanto o contator estiver alimentado. 66 Quando seccionarmos a alimentação do contator, o seu núcleo deslocará o balancim em direção à sanfona, expulsando o ar nela contido. Com isto, os contatos voltarão à posição original de repouso, deixando o temporizador pneumático apto para um novo ciclo de operação. Temporizador Pneumático ao Repouso: estando o temporizador pneumático acoplado ao contator, os contatos NA e NF do temporizador estão em repouso. Quando o contator for alimentado, o núcleo forçará o deslocamento do balancim em direção à sanfona, pressionando-a para que expulse o ar nela contido. Também ocorrerá a abertura do contato NF e o fechamento do contato NA. Quando seccionarmos a alimentação do contator, o balancim voltará à posição original, liberando a sanfona para que se encha de ar novamente. Quando terminar o tempo programado, a sanfona estará cheia de ar e pressionará uma pequena alavanca (disparador), que acionará o sistema de sustentação dos contatos, fazendo com que estes voltem à posição de repouso, isto é, o contato NF fechará e o contato NA abrirá. Para iniciar um novo ciclo de operação, devemos acionar novamente o temporizador pneumático. 1.10 Chave Auxiliar Tipo Fim de Curso 11..1100..11 DDeeffiinniiççããoo Fim de Curso é uma chave que opera em função de posições pré- determinadas, atingidas por uma ou mais partes móveis do equipamento controlado. 67 Figura 1.76: Chave fim de curso. Fonte: <http://www.kap.com.br>. Acesso em: 17 maio 2007. 11..1100..22 SSiimmbboollooggiiaa O símbolo usado na representação das chaves fim de curso está representado na Figura 1.77. Figura 1.77- Simbologia de chave fim-de-curso. 11..1100..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo É basicamente composta por um corpo (carcaça), bloco de contatos e um elemento de acionamento (cabeçote). 68 Corpo É o elemento responsável pela proteção mecânica dos contatos e bornes. Serve como suporte de fixação do elemento de acionamento. Feito de materiais de elevada resistência mecânica e trabalham em temperaturas variadas (Ver Figura 1.78). Figura 1.78: Corpo de chave fim – de – curso. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 40. Bloco de Contatos É o elemento responsável pelo acionamento elétrico do circuito de comando, quando acionado mecanicamente pelo cabeçote. Sistemas de Contatos a) Contatos Simples ou por Impulso Possuem um estágio intermediário entre a operação dos contatos NF e NA, dependente da velocidade de atuação. b) Contatos Instantâneos Não possuem estágio intermediário entre a operação dos contatos NF e NA. A abertura e fechamento dos contatos não dependem da velocidade de atuação. Contatos Prolongados São usados para situações específicas. Ex: Quando acionado, o contato NA fechará antes que o contato prolongado NF abra, que ficará fechado até quase o final do curso da ação, quando então se abrirá. OBS: os bornes dos contatos são identificados por código numérico, idêntico aos contatos auxiliares dos outros dispositivos já estudados, padronizados pela I.E.C. 69 Elemento de acionamento (cabeçote) Elemento que abriga os mecanismos de acionamento da chave fim - de – curso. É escolhido de acordo com o comando a ser executado. Existem vários tipos de cabeçote, que trabalham em dois movimentos básicos: percurso de ação retilínea e percurso de ação angular, e seu retorno pode ser automático ou por acionamento. a) Percurso de Ação Retilínea Os cabeçotes podem ser acionados na posição vertical ou horizontal, conforme apresentado na Figura 1.79. Figura 1.79: Cabeçote de percurso retilíneo. Fonte: http://www.kap.com.br./chavefimdecurso > Acesso em: 17maio 2007. b) Percurso de Ação Angular Para cabeçotes de alavanca e cabeçotes de hastes, o mecanismo operador externo (Batente) deverá acionar perpendicularmente ao eixo de rotação da alavanca (Haste). Figura 1.80: Cabeçote de percurso angular. Fonte: http://www.kap.com.br./chavefimdecurso > Acesso em: 17 maio 2007. 70 A Figura 1.81 ilustra algumas recomendações de acionamento, as setas indicam o sentido do acionamento do cabeçote. Figura 1.81: Percurso de Acionamento. Fonte: <http://www.kap.com.br/chavefimdecurso >Acesso em: 17 maio 2007. A Figura 1.82 mostra alguns tipos de acionamentos (cabeçotes) das chaves fim – de – curso disponíveis no mercado. Figura 1.82: Tipos de acionamentos de chaves fim – de – curso. Fonte: http://www.kap.com.br/chavefimdecurso>. Acesso em: 17 maio 2007. 11..1100..44 FFuunncciioonnaammeennttoo Acionando-se o cabeçote de comando, através de partes móveis de máquinas como hastes, excêntricos, ressaltos, etc. Será executada a comutação dos contatos, que irão operar diretamente em circuitos auxiliares e de comando. 71 11..1100..55 CCaarraacctteerrííssttiiccaass As principais características das chaves fim – de – curso são: Tensão Nominal de Isolamento Varia de acordo com o material usado na fabricação do dispositivo. Normalmente é de 500VCA ou 600 VCC. Corrente Nominal É baseada na estrutura de seus contatos e bornes. Normalmente é de 10A. Número de manobras Define a vida útil do dispositivo. Ex: 10 milhões de manobras, 50 milhões de manobras, etc. Grau de Proteção O grau de proteção é expresso em código devidamente normalizado, que classifica para determinado equipamento, sua proteção contra choques, penetração
Compartilhar