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APOSTILA DE COMANDOS ELÉTRICOS ENG° JOÃO MASSAO DA CRUZ SAGA ÍNDICE Símbolos gráficos de eletricidade e eletrônica .................................... 03 Sigla e significado das principais normas técnicas ............................ 03 Simbologia conforme IEC ...................................................................... 12 Símbolos literais ..................................................................................... 20 Definições de termos técnicos usuais .................................................. 21 Objetivos principais dos elementos em um painel elétrico ................ 26 Associação de contatos normalmente aberto ...................................... 28 Associação de contatos normalmente fechado ................................... 29 Principais componentes utilizados em comandos elétricos ............... 30 Botão de comando ................................................................................. 30 Contatores .............................................................................................. 32 Nomenclatura de contatos ..................................................................... 35 Relé de sobrecarga ................................................................................ 36 Relés temporizadores ............................................................................ 38 Relé falta de fase .................................................................................... 39 Sensores de proximidade indutiva ....................................................... 40 Sensores óticos ...................................................................................... 40 Relé de nível ........................................................................................... 41 Controlador de temperatura e termostato ............................................ 42 Chave fim de curso ................................................................................ 43 Válvulas direcionais ............................................................................... 44 Conceito básico em manobras de motores .......................................... 44 Características dos motores de indução importantes aos comandos elétricos................................................................................................... 48 Cores para botões de comandos e sinalizadores ................................ 50 Nomenclaturas utilizadas ...................................................................... 52 Dispositivos de proteção contra curto-circuito ................................... 52 Como dimensionar os fusíveis e contatores ........................................ 52 Partida Direta .......................................................................................... 54 Roteiro de cálculo .................................................................................. 55 Circuito de potência e comando .......................................................... 58 Tabela para escolha dos componentes ................................................ 59 Partida Direta com reversão .................................................................. 60 Roteiro de cálculo .................................................................................. 61 Circuito de potência e comando ........................................................... 63 Tabela para escolha dos componentes ................................................ 64 Partida com chave estrela – triângulo .................................................. 67 Funcionamento ....................................................................................... 67 Circuito de potência e comando ........................................................... 69 Dimensionamento dos componentes ................................................... 72 Roteiro de cálculo .................................................................................. 72 Tabela para escolha dos componentes ................................................ 73 Chave compensadora automática ......................................................... 75 Funcionamento ....................................................................................... 75 Circuito de potência e comando ......................................................... 76 Dimensionamento dos componentes ................................................... 77 Roteiro de cálculo .................................................................................. 77 Tabela para escolha dos componentes ................................................ 78 Fusível NH ............................................................................................... 79 Curva característica de fusível NH ........................................................ 80 Curva característica de fusível D .......................................................... 81 Curva característica de relés de sobrecarga ........................................ 82 Elaboração de circuitos principais e de comandos ............................. 83 Expressão para cálculo da corrente do motor e terminais de ligações de motores em 220v, 380v, 440v e 760v. ............................................... 84 Tabelas de condução de corrente para condutores de cobre e seção mínima dos condutores de acordo com a NBR 5410 ........................... 85 ANEXOS Contatores e relés de sobrecarga SIEMENS. Contatores e relés de sobrecarga WEG. SÍMBOLOS GRÁFICOS DE ELETRICIDADE E ELETRÔNICA Introdução O trabalho relaciona as normas nacionais e internacionais dos símbolos de maior uso, comparado a simbologia brasileira (ABNT) com a internacional (IEC), com a alemã (DIN) , e com a norte-americana (ANSI) visando facilitar a modificação de diagramas esquemáticos, segundo as normas estrangeiras, para as normas brasileiras, e apresentar ao profissional a simbologia correta em uso no território nacional. A simbologia tem por objetivo estabelecer símbolos gráficos que devem ser usados, em desenhos técnicos ou diagramas de circuitos de comandos eletromecânicos, representar componentes e a relação entre estes. A simbologia aplica-se generalizadamente nos campos industrial, didático e outros onde fatos de natureza elétrica precisam ser esquematizados graficamente. O significado e a simbologia estão de acordo com as abreviaturas das principais normas nacionais e internacionais adotadas na construção e instalação de componentes e órgãos dos sistemas elétricos. Visando também o aprendizado de todos os interessado, será abordado nesta apostila os principais componentes utilizados em comandos elétricos, bem como o seu princípio de funcionamento e seu respectivo símbolo. Os profissionais aprenderão a elaborar, montar e detectar falhas nos principais comandos elétricos utilizados nas indústrias. SIGLA SIGNIFICADO E NATUREZA ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas: Atua em todas as áreas técnicas do país. Os textos de normas são adotados pelos órgãos governamentais (federais, estaduais e municipais) e pelas firmas. Compõem-se de Normas (NB), Terminologia (TB), Simbologia (SB), Especificações (EB), Método de ensaio e Padronização (PB). ANSI - American National Standards Institute: Instituto de Normas dos Estados Unidos, que publica recomendações e normas em praticamente todas as áreas técnicas. Na área dos dispositivos de comando de baixa tensão tem adotado freqüentemente especificações da UL e da NEMA. CEE - International Comission on Rules of the approval of Eletrical Equipment: Especificações internacionais, destinadas sobretudo ao material de instalação. CEMA - Canadian Eletrical Manufctures Association:Associação Canadense dos Fabricantes de Material Elétrico. CSA Canadian Standards Association: Entidade Canadense de Normas Técnicas, que publica as normas e concede certificado de conformidade. DEMKO - Danmarks Elektriske Materielkontrol: Autoridade Dinamarquesa de Controle dos Materiais Elétricos que publica normas e concede certificados de conformidade. DIN - Deutsche Industrie Normen: Associação de Normas Industriais Alemãs. Suas publicações são devidamente coordenadas com as da VDE. IEC - International Electrotechinical Comission: Esta comissão é formada por representantes de todos os países industrializados. Recomendações da IEC, publicadas por esta Comissão, já são parcialmente adotadas e caminham para uma adoção na íntegra pelos diversos países ou, em outros casos, está se procedendo a uma aproximação ou adaptação das normas nacionais ao texto dessas normas internacionais. JEC - Japanese Electrotechinical Committee: Comissão Japonesa de Eletrotécnica. JEM - The Standards of Japan Electrical Manufactures Association: Normas da Associação de Fabricantes de Material Elétrico do Japão. JIM - Japanese Industrial Standards: Associação de Normas Industriais Japonesas. KEMA - Kenring van Elektrotechnische Materialen: Associação Holandesa de ensaio de Materiais Elétricos. NEMA - National Electrical Manufactures Association: Associação Nacional dos Fabricantes de Material Elétrico (E.U.A.). OVE - Osterreichischer Verband fur Elektrotechnik: Associação Austríaca de Normas Técnicas, cujas determinações geralmente coincidem com as da IEC e VDE. SEN - Svensk Standard: Associação Sueca de Normas Técnicas. UL - Underwriters Laboratories Inc: Entidade nacional de ensaio da área de proteção contra incêndio, nos Estados Unidos, que, entre outros, realiza os ensaios de equipamentos elétricos e publica as suas prescrições. UTE - Union Tecnique de l’Electricité: Associação Francesa de Normas Técnicas. VDE - Verband Deutscher Elektrotechniker: Associação de Normas Técnicas alemãs, que publica normas e recomendações da área de eletricidade. Simbologia: A. Condutores, eletrodutos e cabos: Um condutor fase dentro de um eletroduto Um condutor neutro dentro de um eletroduto Um condutor terra dentro de um eletroduto 1 condutor neutro, 3 condutores fase e 1 condutor terra dentro de um eletroduto 1 condutor neutro, com área de 6 mm² 3 condutores fase, com área de 6 mm² e 1 condutor terra, com área de 6 mm², todos dentro de um eletroduto com diâmetro de 32 mm (1 1/4 ") 5 x # 6 mm² = 32 mm Eletroduto embutido no teto ou na parede Eletroduto embutido no piso Cabo coaxial Cabo blindado Cabo com blindagem aterrada Eletroduto flexivel Um condutor retorno dentro de um eletroduto B. Cargas especiais: Ckt nº 5 kW Carga especial, com potência de 5 kW. C. Tomadas: 300 W Ckt nº Tomada comum, instalada a 25 cm do piso acabado Tomada especial (cozinha, área de serviço), instalada a 25 cm do piso acabado 600 W Ckt nº 300 W Ckt nº Tomada comum, instalada a 125 cm do piso acabado Tomada especial (cozinha, área de serviço), instalada a 125 cm do piso acabado 600 W Ckt nº 300 W Ckt nº Tomada comum, instalada a 200 cm do piso acabado 600 W Ckt nº Tomada especial (cozinha, área de serviço), instalada a 200 cm do piso acabado D. Iluminação: 100 W Ponto de luz incandescente ou fluorecente eletrônica de 100 W, no teto. 100 W Ponto de luz incandescente ou fluorecente eletrônica de 100 W, embutido no teto. 100 W Ponto de luz incandescente ou fluorecente eletrônica de 100 W, na parede (arandela). Ckt nº Ckt nº Ckt nº 2 x 40 W Ckt nº Ponto de luz fluorescente de 2 x 40 W, no teto. 2 x 40 W Ckt nº Ponto de luz fluorescente de 2 x 40 W, embutido no teto. E. Interruptores: S Interruptor simples de uma seção 2S Interruptor simples de duas seções S3 Interruptor three-way (paralelo) S4 Interruptor four-way (paralelo múltiplo) 3S + 2S3 + S4 3 Interruptores simples, 2 three-way, 1 four-way, instalados na mesma caixa 100 W Ckt nº CR Luminária com Controle remoto dimerizado Interruptor simples Interruptor three-way Interruptor four-way F. Miscelânea: Caixa de passagem M Minuteria Foto célula Circuito que sobe Circuito que desce Circuito que passa Disjuntor Fusívelou Chave SÍMBOLOS GRÁFICOS DE ELETRICIDADE Nº Significado ABNT DIN ANSI IEC Grandezas elétricas fundamentais 1 Tensão contínua DC 2 Tensão alternada AC 3 Tensão contínua e alternada 4 Ex. de tensão alternada, monofásica, 60 Hz 1~ 60 Hz 1~ 60 Hz 1Phase-2 wire- 60 Hz 1~ 60 Hz 5 Ex. de tensão (220V) alternada, trifásica, 3 condutores, 60 Hz 3~ 60 Hz 220V 3~ 60 Hz 220V 3Phase-3 wire- 60 Hz-220V 3~ 60 Hz 220V Condutores, fios, cabos e linhas interligadas 6 Condutor (geral) 7 Condutor flexível 8 Condutor de proteção 9 Cabo coaxial 10 Cabo blindado 11 Cabo com blindagem aterrada 12 Cabo com indicação do nº de condutores (3) 13 N condutores 14 Grupo de condutores, mantida a sequência 15 Conexão elética Dos condutores 16 Conexão fixa Conexão removivel 17 Bloco terminal com 4 terminais Símbolos de uso geral 18 Var. de serviço 1- Geral 2- Contínua 3- Escalonada 19 Variável de ajuste 1- Geral 2- Contínua 3- Escalonada N N N N 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 N 1 2 3 N 1 2 3 N 1 2 3 N 1 2 3 N 1 2 3 N 1 2 3 N 1 2 3 N Nº Significado ABNT DIN ANSI IEC 20 Variável física 4- var linear 5- var ñ linear 21 Terra 22 Massa 23 Polaridade positiva 24 Polaridade negativa 25 Tensão perigosa 26 Ligação em triângulo 27 Ligação em estrela 28 Ligação em estrela Neutro acessível 29 Ligação zig-zag 30 Ligação em V Elementos de comando 31 Comando manual sem indicação de sentido 32 Comando por pé 33 Comando por excêntrico 34 Comando por pistão 35 Comando por acúmulo de energia mec. 36 Comando por motor 37 Sentido de deslocamento do comando (esq.) Nº Significado ABNT DIN ANSI IEC 38 Comando c/ trava 1 – Travado 2- Livre 39 Comando engastado 40 Dispositivo temporizado Op. direta TC, TDC Fecha c/ retardo TO, TDO Abre c/ retardo 41 Comando desacoplado Acion. manual 42 Comando acoplado 1 2 1 2 1 2 4 5 5 4 5 5 4 5 5 4 5 5 M Mot M M Acion. Manual 43 Fecho mecânico 44 Fecho mecânico c/ disparador auxiliar Bobinas de comando e reles 45 Bobina de relé (Geral) 46 Elemento de comando c/ 1 enrolamento 47 Elemento de comando c/ 1 enrolamento 48 Elemento de comando c/ 1 rele de subtensão 49 Elemento de comando c/ 1 rele de retardo ao desenergizar50 Elemento de comando c/ 1 rele de grande retardo 51 Elemento de comando c/ 1 rele de operação lenta (energizando) 52 Elemento de comando c/ 1 rele de retardo e de operação lenta 53 Elemento de comando c/ 1 rele Polarizado 54 Elemento de comando c/ 1 rele de remanência 55 Elemento de comando c/ 1 rele de ressonância mecânica 56 Elemento de comando c/ 1 rele Térmico 57 Elemento de comando c/ 1 rele de sobrecarga 58 Elemento de comando c/ 1 rele de curto-circuito Contatos e peças de contatos, com comandos diversos 59 Fechador (normalmente aberto) Nº Significado ABNT DIN ANSI IEC SW Mech U < U < SR P P P + I > I > >> 60 Abridor (normalmente fechado) 61 Comutador 62 Comutador sem interrupção 63 Temporizado: No fechamento Na abertura Na abertura No fechamento 64 Fechador de comando manual 65 Abridor por comando excêntrico 66 Fechador com comando por bobina 67 Fechador com comando por mecanismo 68 Abridor com comando por pressão 69 Fechador com comando por temperatura Dispositivo de comando e de proteção 70 Tomada e plug 71 Fusível 72 Fusível com indicação de lado ligado à rede 73 Seccionador – Fusível tripolar 74 Lâmina ou barra de conexão reversora 75 Seccionador tripolar 76 Interruptor tripolar (sob carga) Nº Significado ABNT DIN ANSI IEC 77 Disjuntor SW Mech P T C B 78 Seccionador- disjuntor 79 Contator 80 Disjuntor tripolar com reles térmicos, eletromagnéticos e contatos auxiliares Componentes de circuitos 81 Resistor 82 Resistor com derivações 83 Indutor, enrolamento, bobina 84 Indutor com derivações 85 Capacitor 86 Capacitor com derivações 87 Capacitor eletrolítico 88 Imã permanente 89 Diodo semicondutor 90 Diodo zener, uni e bidirecional 91 Foto resistor 92 Foto diodo 93 Foto-elemento 94 Gerador Hall Nº Significado ABNT DIN ANSI IEC 95 Centelhador I > I > I > 96 Para raios 97 Acumulador, bateria e pilhas 98 Mufla terminal 99 Mufla de junção 100 Mufla com derivação 101 Mufla com dupla derivação 102 Termopar A simbologia apresentada a seguir está em conformidade com a norma IEC. CC Corrente Contínua Comando Operado Manualmente; Caso Geral CA Corrente Alternada Comando Rotativo 3N 60Hz 380V Corrente Alternada , 3 Fases com neutro, 60HZ, 380V. (220V entre cada fase e o neutro Chave de Emergência Retorno Automático, Nota: o triângulo aponta a direção do retorno Comando Hidráulico ou Pneumático: Ação Simples Intertravamento mecânico entre dois equipamentos K Elemento de Comando Eletromagnético Dispositivo de engate, travado (preso) FT Comando por elemento térmico. Exemplo: relê térmico. proteção térmica por sobrecorrente Dispositivo de engate na posição livre Terra. Símbolo Geral Condutor. grupo de condutores. linha. cabo. circuito. Nota quando uma simples linha representa um grupo de condutores. o numero de condutores deve ser indicado por pequenos traços. K Contato Reversor (abertura antes do fechamento) Derivação KT Contato NAF Retardado na Energização X Terminal, Borne 1 - ligação interna Borne2 - ligação externa KT Contato NAF Retardado na Desenergização X Plugue e soquete (macho e fêmea) S Chave unipolar de “n” posições Alternativa para uso quando “n” é pequeno. Exemplo: n=4 1 - Contato Na (aberto) 2·- Contato NF (fechado) Nota: Esse símbolo e também usado como símbolo geral para uma chave (interruptor) S Contato de duas direções, com posição central neutra K Contato principal de um contator NA Q Seccionador de duas direções. com posição central neutra S Chave fim de Curso Q Seccionador, comando manual com dispositivo de bloqueio (cadeado) Y Válvula Solenóide M Motor de indução trifásico. com rotor em Curto-Circuito FT Dispositivo de atuação de um relé térmico TC Transformador de Corrente K Relê de Falta de Tensão T Auto Transformador Monofásico K Relê de Mínima Tensão (subtensão) T Autotransformador Trifásico Conexão Estrela KFF Relê detetor de falta de fase em um sistema trifásico T Transformador de Potencial Q Disjuntor K Elemento de Comando Eletromagnético. Q Seccionador KT Elemento de Comando Retardado na Energização. Q Chave Seccionadora KT Elemento de Comando Retardado na Desenergização. K Interruptor fechador com comando por temperatura (termostato) KT Elemento de Comando de Impulso. K Interruptor fechador com comando por pressão (pressostato) KT Elemento de Comando Cíclico. KSF Relé de Seqüência de Fase T Transformador com três Enrolamentos F Fusível, Símbolo Geral. T Transformador trifásico conexão estrela – triângulo (delta). F Fusível com Circuito de Alarme Separado. R Resistor, Símbolo Geral. Q Chave Fusível. R SHUNT Resistor com terminais de correntes e tensão separados (shunt). Q Fusível Seccionador (Isolador) R Resistor Variável. Q Chave Fusível Seccionador Sob Carga. R Potenciômetro com contato Móvel. X Borne Fusível. R Resistor de Aquecimento. C Capacitor Nota: Quando for polarizado, colocar o sinal positivo à direita, na parte superior. B Termoelemento Nota O pólo negativo é diferenciado pelo traço reforçado P Wattímetro Registrador H Indicador Eletromecânico (Elemento Anunciador) SA SV SA - Comutadora Amperimétrica (representação unifilar) SV.- Comutadora voltimétrica (representação unifilar) H Buzina H Sirene Região Pertencente à Porta do Painel. Região Externa ao Painel P MÁQUINAS Notas: o asterístico (*) deve ser substituído por uma das seguintes letras: C – Conversor Síncrono M – Motor MS – Motor Síncrono G – Gerador MG – Motor Capaz de ser usado como gerador GS – Gerador Síncrono P INSTRUMENTO REGISTRADOR Nota: o asterístico (*) deve ser substituído por uma das seguintes letras: A – Amperímetro VAr – Varímetro φ - Fasímetro n – tacômetro v – Voltímetro Hz – Frequencímento Cos φ = Medidor de Fatorde potência H LÂMPADA Nota: 1) – Se for desejado, indicar a cor, a notação deve estar de acordo com os seguintes códigos: RD – Vermelho YE – Amarelo GN – Verde BU – Azul WH – Branco ou Incolor 2) Se for desejado, indicar o tipo de lâmpada, a notação deve estar de acordo com os seguintes códigos: EL – Eletroluminescente IR – Infra-Vermelho UV- Ultravioleta Led – Diodo Emissor de Luz Ne – Neon FL – Fluorescente In – Incandescente P INSTRUMENTO INTEGRADOR (Medidor de Energia) Nota: o asterístico (*) deve ser substituído por uma das seguintes letras: Ah – Medidor de Ampère – Hora h – Medidor de Hora Wh – Medidor de Watt – Hora Wh – Medidor de Watt – Hora, com indicador de demanda máxima (P. Máx.) VARh – Medidor ve Var- Hora. Os símbolos gráficos abaixos ( conforme NBR / IEC / DIN ) foram retirados da apostila Siemens Coordenação de Partidas de Motores Elétricos. A simbologia abaixo está padronizada de acordo com as normas NBR, DIN e IEC, e foram retiradas da apostila de comandos elétricos do Colégio Técnico Industrial de Piracicaba. Observação: As pequenas diferenças existente nas simbologias são relativas ao tipo de programa utilizadas para desenha-las. SÍMBOLOS LITERAIS Para identificação de componentes em esquemas elétricos conforme IEC 113.2 e NBR 5280. DEFINIÇÕES DE TERMOS TÉCNICOS USUAIS As definições a seguir estão baseadas nas normas VDE e ABNT. Acionamento Manual Componente mecânico de acionamento. Exemplos: botão comando, punho, alavanca. Acionamento por Botão (ou tecla) Comando de um circuito através de um dispositivo de comando por botão (ou tecla). Com esse tipo de acionamento são dados apenas impulsos de comando de curta duração. Acionamento por Corrente Alternada (CA) Circuito de comando alimentado por corrente alternada Acionamento por Corrente Contínua (CC) Os equipamentos de comando è distância podem, independentemente da natureza da corrente da circuito principal em que operam, ser acionados por corrente altemada ou corrente contínua;. no caso de acionamento por corrente contínua (CC), o circuito de comando através do qual o equipamento é ligado e desligado, possui uma fonte de alimentação em corrente contínua. Evidentemente, a bobina magnética de um contador deve ser, então, apropriada para corrente contínua ou ser um sistema magnético em corrente altemada (ligação por resisténcia) próprio para acionamento em corrente continua. Acionamento por Impulso Ligação e desligamento instantâneos através de um dispositivo de comando, com repetição dentro de curtos intervalos de tempo. O acionamento por impulsos, na operação de motores, leva a elevada solicitação do dispositivo de comando. O motor não alcança a sua rotação nominal, de forma tal que o dispositivo de comando tem que ligar e desligar continuamente a corrente de partida do motor e, com isso, varias vezes o valor da sua corrente nominal. O acionamento por impulsos está incluído na categoria de utilização AC4. Botão de Comando de Fim de Curso Botão acionado mecanicamente, para sinalização, comando e limitação de curso. O miolo da botoeira é que contém os contatos e os terminais do dispositivo de fim de curso. Botão Sinalizador Botoeira com botão transparente de forma tal que se obtenha, assim como no sinalizador luminoso, indicação ótica dada por uma lâmpada nele embutida. Capacidade de Ligação A capacidade de ligação indica a grandeza da corrente de ligação com a qual o dispositivo de manobra (contador, disjuntor, chave seccionadora, etc.) ainda pode operar com segurança. Caso a corrente de ligação ultrapasse a capacidade de ligação, os contatos do dispositivo de manobra podem fundir-se. Capacidade de Interrupção Máxima corrente que um dispositivo de manobra (contador, disjuntor, chave seccionador, etc.) pode interromper sob condições definidas. Chave Principal Dispositivo destinado a comandar o circuito principal de alimentação, ligado diretamente ao consumidor, passando através deste, a corrente de operação. Chave Seccionadora Chave que, na posição aberta, satisfaz as exigências de distância de isolação especificadas para um seccionador. Chave Seccionadora Sob Carga Dispositivo de manobra que preenche os requisitos de uma chave sob carga e de uma chave principal. Circuito Auxiliar ou de Comando Circuito através do qual são acionados os dispositivos de manobra. Além disso, ele é usado para fins de medição, comando, travamento e sinalização. Esse circuito engloba a fonte de alimentação (tensão de comando), os contatos dos dispositivos de comando, os acionamentos elétricos (bobina) dos dispositivos de manobra, assim como os elementos auxiliares de manobra. Circuito Principal Circuito formado das partes mais importantes, dos contatos principais e dos terminais. Tais partes são destinadas a conduzir a corrente de operação. Contato Parte de um dispositivo de manobra, através da qual um circuito é ligado ou interrompido. Há os contatos fixos e móveis e, de acordo com a utilização, contatos principais e contatos auxiliares. Contato NF (normalmente fechado) Contato que abre, quando do estabelecimento e, que fecha, quando da interrupção de um dispositivo de manobra. Contato Auxiliar Contato de chave auxiliar Contato inserido em um circuito auxiliar e operado mecanicamente pelo contator Contato de Selo Contato fechador auxiliar, encontrado particularmente nos contatores, e que é comandado simultaneamente com os contatos principais fechados e através do qual é selada a alimentação da bobina do contator. Este contato é ligado em paralelo com o botão de ligação do contator. Contato NA (normalmente aberto) Contato que fecha quando do estabelecimento e que abre quando da interrupção de um dispositivo de manobra. Contato Principal Contato no circuito principal de um dispositivo de manobra. Contato inserido no circuito principal de um contator, previsto para conduzir, na posição fechada, a corrente desse circuito. Corrente de Curto-Circuito Designação genérica para a corrente passível de ocorrer no local de instalação de um dispositivo de manobra quando os terminais estão curto-circuitados. Corrente de Interrupção Corrente que pode ser interrompida por um dispositivo de manobra (contator, disjuntor, chave seccionadora, etc.) em condições normais de operação. Da amplitude dessa corrente depende, principalmente, a vida útil dos contatos. Corrente de Partida Corrente que um motor consome, quando ligado porém ainda em repouso (na partida ou na frenagem). Seu valor médio é cerca de seis a nove vezes a corrente nominal nos motores de gaiola. Corrente de Pico Máximo valor instantâneo de corrente, por exemplo no ato da ligação. É a corrente que a bobina de contator consome, por exemplo, em curto espaço de tempo, durante a fase de ligação do contator. Corrente Nominal (In) Corrente que é função das condições de operação de um circuito, determinado pelas condições de emprego, em função da qual são escolhidos os diversos dispositivos. Um dispositivo de manobra pode possuir várias correntes nominais, dependendo do regime de operação. Não se deve confundir corrente nominal com corrente de regime permanente. Curto-Circuito Ligação,praticamente sem resistência, de condutores sob tensão. Nestas condições, através de uma resistência transitória desprezível, a corrente assume um valor muitas vezes maior do que a corrente de operação; assim sendo, o equipamento e parte da instalação poderão sofrer esforços térmicos e eletrodinâmicos excessivos. Três são os tipos de curto-circuito: o trifásico, entre três condutores de fase; o monofásico, entre dois condutores de fase; e o para-a-terra, entre um condutor de fase e a terra ou um condutor aterrado (falta para a terra). Curva Característica Tempo Corrente É a curva que indica em quanto tempo, a uma determinada corrente, um relé ou um fusível) opera. Extinção de Arco Interrupção da corrente após a abertura das peças de contato. Há diversas formas de extinção: O arco de corrente alternada pode auto extinguir-se pela passagem da corrente pelo ponto zero; deve ser evitado um restabelecimento do arco, devido à presença da tensão (uso da câmara de aletas extintoras). O arco de corrente contínua pode ser extinto prolongando-o e resfriando-o intensamente (uso da câmara em cunha e da bobina de sopro). Fator de potência (Cos φ ) Relação entre a potência ativa e a potência aparente em equipamentos e redes de corrente altemada. Em circuitos com cargas ôhmicas puras, a tensão e a corrente alcançam, simultaneamente, os seus valores correspondentes mais elevados, pois o cos = 1 (potência ativa pura). Quando o consumidor é indutivo, a tensão alcança seu valor máximo antes do que a corrente (desvio indutivo de cos < 1). Tratando-se de um consumidor capacitivo, a corrente se adianta em relação à tensão. Quanto maior for o desvio com relação a 1, tanto maior será a solicitação a qual o dispositivo manobra é submetido, quando da operação do circuito (indutivo, interrupção dificultada; capacitivo, ligação dificultada). Desfasamentos indutivos diferentes de 1 podem novamente ser igualados a 1,com auxílio de uma capacitância e vice-versa (utilização de equipamentos de regulação capacitiva). Com cos = 1, há um melhor aproveitamento dos cabos. Frenagem por Contracorrente Método de frenagem de motores trifásicos, invertendo-se a polaridade de dois condutores, com o que o motor passa a ter um momento de torção de sentido contrário. Interrompendo-se a contracorrente no instante exato (com sensores de frenagem), evita-se que o motor passe ao sentido de rotação inverso. Forma de frenagem regenerativa na qual é invertida a corrente principal de uma máquina de corrente contínua. Freqüência de Operações (manobras ou ligações) Indicam quantas manobras por unidade de tempo podem ser realizadas por um dispositivo. Ligação em Paralelo Tipo de ligação na qual mais de um dispositivo de manobra, contatos ou condutores são ligados paralelamente no mesmo circuito. Aplicado em um dispositivo de manobra, onde contatos ligados em paralelo elevam a corrente de regime permanente do dispositivo, porém não a capacidade de operação e nem a tensão nominal. Ligação em Série Tipo de ligação na qual mais de um dispositivo, componente ou contato, são ligados consecutivamente no mesmo circuito. Ligando-se os contatos de um dispositivo de manobra em série, o arco de corrente da interrupção pela abertura simultânea dos contatos é dividido em vários e reduzidos arcos. Com isso, eleva-se a tensão nominal de um dispositivo de manobra. Limitação de Corrente Limitação de corrente de curto-circuito, calculada em função das impedâncias do circuito. Isso é conseguido com a utilização de fusíveis e disjuntores que, perante correntes muito elevadas de curto-circuito operam num intervalo de tempo tão curto que a corrente de curto-circuito não atinge o seu valor máximo. Linha Elétrica Instalação elétrica, destinada ao transporte de energia elétrica, compreendendo um conjunto de condutores com seus suportes e acessórios (terminais e contatos). Nível de Isolamento Conjunto de valores de tensão suportáveis nominais, que caracterizam o isolamento de um equipamento elétrico em relação a sua capacidade de suportar solicitação dielétricas. Painéis de Distribuição CCM Painéis que contém os Centros de Controle de Motores. São conjuntos de armários modulados, com gavetas ou "racks". Partida Lenta São partidas em que a inércia da carga é alta, provocando um tempo de partida acima de: Tempo de partida Tipo de Partida 5s Direta 10s Estrela - Triângulo 15s Compensadora 10s Estrela – Série - Paralelo Potência Consumida É a potência requerida pelas bobinas de conjuntos magnéticos e por motores acionadores. Essa potência é indicada em watt (potência ativa) ou em volt-ampère (potência aparente). Em bobinas para acionamento por corrente alternada é indicada a potência aparente e o cos e, para acionamento por corrente contínua, a potência ativa. Potência de Retenção Potência permanente de alimentação da bobina de um sistema eletromagnético (por exemplo um contator), destinado a fornecer o fluxo magnético necessário para manter o núcleo móvel atraído pelo fixo. Distinguem-se as potências de retenção no fechamento e potência de retenção em serviço nominal. Proteção de Motor Proteção contra os efeitos de sobrecarga e curto-circuito sobre o motor, isto é, proteção da isolação do enrolamento contra aquecimento e esforços eletrodinâmicos inadmissíveis, através de: Relés térmicos de sobrecarga; Sondas térmicas; Fusíveis; Disjuntores. OBJETIVOS PRINCIPAIS DOS ELEMENTOS EM UM PAINEL ELÉTRICO Um dos pontos fundamentais para o entendimento dos comandos elétricos é a noção de que “os objetivos principais dos elementos em um painel elétrico são: a) proteger o operador; b) propiciar uma lógica de comando”. Partindo do princípio da proteção do operador uma seqüência genérica dos elementos necessários a partida e manobra de motores é mostrada na figura 1. Nela pode-se distinguir os seguintes elementos: A) Seccionamento: Só pode ser operado sem carga. Usado durante a manutenção e verificação do circuito. B) Proteção contra correntes de curto-circuito: Destina-se a proteção dos condutores do circuito terminal. C) Proteção contra correntes de sobrecarga: para proteger as bobinas do enrolamento do motor. D) Dispositivos de manobra: destinam-se a ligar e desligar o motor de forma segura, ou seja, sem que haja o contato do operador no circuito de potência, onde circula a maior corrente. Figura 1– Seqüência genérica para o acionamento de um motor É importante repetir que no estudo de comandos elétricos é fundamental ter a seqüência mostrada na figura 1 em mente, pois ela consiste na orientação básica para o projeto de qualquer circuito. Ainda falando em proteção, as manobras (ou partidas de motores) convencionais, são dividas em dois tipos, segundo a norma IEC 60947: Coordenação do tipo 1: Sem risco para as pessoas e instalações, ou seja, desligamento seguro da corrente de curto-circuito. Porém podem haver danos ao contator e ao relé de sobrecarga. Coordenação do tipo 2: Sem risco para as pessoas e instalações. Não pode haver danos ao relé de sobrecarga ou em outras partes, com exceção de leve fusão dos contatos do contator e estes permitam uma fácil separação sem deformações significativas. O relé de sobrecarga, os contatores e outros elementos serão estudados em maiores detalhes nos capítulos posteriores, bem como a sua aplicação prática em circuitos reais. Em comandos elétricos trabalhar-se-á bastante com um elemento simples que é o contato. A partir do mesmoé que se forma toda lógica de um circuito e também é ele quem dá ou não a condução de corrente. Basicamente existem dois tipos de contatos, listados a seguir: Contato Normalmente Aberto (NA): não há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, como pode ser observado na figura 1.1(a). Desta forma a carga não estará acionada. Contato Normalmente Fechado (NF): há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, como pode ser observado na figura 1.1(b). Desta forma a carga estará acionada. Figura 1.1 – Representação dos contatos NA e NF Os citados contatos podem ser associados para atingir uma determinada finalidade, como por exemplo, fazer com que uma carga seja acionada somente quando dois deles estiverem ligados. As principais associações entre contatos são descritas a seguir. ASSOCIAÇÃO DE CONTATOS NORMALMENTE ABERTOS Basicamente existem dois tipos, a associação em série (figura 1.2a) e a associação em paralelo (1.2b). Quando se fala em associação de contatos é comum montar uma tabela contendo todas as combinações possíveis entre os contatos, esta é denominada de “Tabela Verdade”. As tabelas 1.1 e 1.2 referem-se as associações em série e paralelo. Nota-se que na combinação em série a carga estará acionada somente quando os dois contatos estiverem acionados e por isso é denominada de “função E”. Já na combinação em paralelo qualquer um dos contatos ligados aciona a carga e por isso é denominada de “função OU”. Figura 1.2 – Associação de contatos NA Tabela 1.1 – Associação em série de contatos NA CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA Repouso Repouso Desligada Repouso Acionado Desligada Acionado Repouso Desligada Acionado Acionado Ligada Tabela 1.2 – Associação em paralelo de contatos NA CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA Repouso Repouso Desligada Repouso Acionado Ligada Acionado Repouso Ligada Acionado Acionado Ligada ASSOCIAÇÃO DE CONTATOS NORMALMENTE FECHADOS Os contatos NF da mesma forma podem ser associados em série (figura 1.3a) e paralelo (figura 1.3b), as respectivas tabelas verdade são 1.3 e 1.4. Nota-se que a tabela 1.3 é exatamente inversa a tabela 1.2 e portanto a associação em série de contatos NF é denominada “função não OU”. Da mesma forma a associação em paralelo é chamada de “função não E”. Figura 1.3 – Associação de contatos NF Tabela 1.3 – Associação em série de contatos NF CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA Repouso Repouso Ligada Repouso Acionado Desligada Acionado Repouso Desligada Acionado Acionado Desligada Tabela 1.4 – Associação em paralelo de contatos NF CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA Repouso Repouso Ligada Repouso Acionado Ligada Acionado Repouso Ligada Acionado Acionado Desligada PRINCIPAIS COMPONENTES UTILIZADOS EM COMANDOS ELÉTRICOS Neste capítulo o objetivo é o de conhecer as ferramentas necessárias à montagem de um painel elétrico. Em comandos elétricos, para entender o funcionamento de um circuito e posteriormente para desenhar o mesmo, necessita-se conhecer os elementos apropriados. Por via de regra os circuitos de manobra são divididos em “comando” e “potência”, possibilitando em primeiro lugar a segurança do operador e em segundo a automação do circuito. Embora não pareça clara esta divisão no presente momento, ela tornar-se-á comum a medida que o aluno familiariza- se com a disciplina. Podemos destacar alguns dos componentes mais utilizados, tais como: contatores, relé de sobrecarga, relés temporizados, relés falta de fase, sensores de proximidade indutiva, relé de nível, pressostatos, controlador de temperatura, termostatos, chave liga/desliga, chave fim de curso, botões de pulso Normalmente Aberto (NA) e Normalmente Fechado (NF), botão de emergência, sinalizadores, entre outros. - BOTOEIRA OU BOTÃO DE COMANDO Quando se fala em ligar um motor, o primeiro elemento que vem a mente é o de uma chave para ligá-lo. Só que no caso de comandos elétricos a “chave” que liga os motores é diferente de uma chave usual, destas que se tem em casa para ligar a luz por exemplo. A diferença principal está no fato de que ao movimentar a “chave residencial” ela vai para uma posição e permanece nela, mesmo quando se retira a pressão do dedo. Na “chave industrial” ou botoeira há o retorno para a posição de repouso através de uma mola, como pode ser observado na figura 2.1a. O entendimento deste conceito é fundamental para compreender o porque da existência de um selo no circuito de comando. Figura 2.1– (a) Esquema de uma botoeira – (b) Exemplos de botoeiras comerciais A botoeira faz parte da classe de componentes denominada “elementos de sinais”. Estes são dispositivos pilotos e nunca são aplicados no acionamento direto de motores. A figura 2.1a mostra o caso de uma botoeira para comutação de 4 pólos. O contato NA (Normalmente Aberto) pode ser utilizado como botão LIGA e o NF (Normalmente Fechado) como botão DESLIGA. Esta é uma forma elementar de intertravamento. Note que o retorno é feito de forma automática através de mola. Existem botoeiras com apenas um contato. Estas últimas podem ser do tipo NA ou NF. Ao substituir o botão manual por um rolete, tem-se a chave fim de curso, muito utilizada em circuitos pneumáticos e hidráulicos. Este é muito utilizado na movimentação de cargas, acionado no esbarro de um caixote, engradado, ou qualquer outra carga. Outros tipos de elementos de sinais são os Termostatos, Pressostatos, as Chaves de Nível e as chaves de fim de curso (que podem ser roletes). Todos estes elementos exercem uma ação de controle discreta, ou seja, liga / desliga. Como por exemplo, se a pressão de um sistema atingir um valor máximo, a ação do Pressostato será o de mover os contatos desligando o sistema. Caso a pressão atinja novamente um valor mínimo atua-se religando o mesmo. - RELÉS E CONTATORES Relés Os relés são os elementos fundamentais de manobra de cargas elétricas, pois permitem a combinação de lógicas no comando, bem como a separação dos circuitos de potência e comando. Os mais simples constituem-se de uma carcaça com cinco terminais. Os terminais (1) e (2) correspondem a bobina de excitação. O terminal (3) é o de entrada, e os terminais (4) e (5) correspondem aos contatos normalmente fechado (NF) e normalmente aberto (NA), respectivamente. Uma característica importante dos relés, como pode ser observado na figura 2.2a é que a tensão nos terminais (1) e (2) pode ser 5 Vcc, 12 Vcc ou 24 Vcc, enquanto simultaneamente os terminais (3), (4) e (5) podem trabalhar com 110 Vca ou 220 Vca. Ou seja não há contato físico entre os terminais de acionamento e os de trabalho. Este conceito permitiu o surgimento de dois circuitos em um painel elétrico: Circuito de comando: neste encontra-se a interface com o operador da máquina ou dispositivo e portanto trabalha com baixas correntes (até 10 A) e/ou baixas tensões. Circuito de Potência: é o circuito onde se encontram as cargas a serem acionadas, tais como motores, resistências de aquecimento, entre outras. Neste podem circular correntes elétricas da ordem de 10 A ou mais, e atingir tensões de até 760 V. Quando a bobina do relé é energizada, os contatos NA (normal aberto) fecham e os contatos NF (normal fechado) abrem, permitindo ou interrompendo a passagem de corrente elétrica por eles. Quando a bobina é desenergizada, uma mola retorna os contatos a posição original. Contatores Os contatores, apresentam as mesmas características dos relés, porém seus contatos são dimensionados para suportaremcorrentes mais elevadas, permitindo assim sua utilização no acionamento direto de motores. São dispositivos de manobra mecânica, acionados eletromagnéticamente, possibilitando o comando à distância e elevado número de manobras, sua bobina quando alimentada por um circuito elétrico forma um campo magnético que concentrando-se no núcleo fixo atrai o núcleo móvel. Como os contatos móveis estão acoplados mecanicamente com núcleo móvel o deslocamento deste último no sentido de núcleo fixo desloca consigo os contatos móveis. Quando o núcleo móvel se aproxima do fixo, os contatos móveis também devem se aproximar dos fixos, de tal forma que, no fim do curso do núcleo móvel, estejam em contato e sob pressão suficiente. Os contatores podem ser classificados como principais ou auxiliares. De forma simples pode-se afirmar que os contatores auxiliares tem corrente máxima de 10A e possuem de 4 a 8 contatos, podendo chegar a 12 contatos. Os contatores principais tem corrente máxima de até 600A. De uma maneira geral possuem 3 contatos principais do tipo NA, para manobra de cargas trifásicas a 3 fios. Um fator importante a ser observando no uso dos contatores são as faíscas produzidas pelo impacto, durante a comutação dos contatos. Isso promove o desgaste natural dos mesmos, além de consistir em riscos a saúde humana. A intensidade das faíscas pode se agravar em ambientes úmidos e também com a quantidade de corrente circulando no painel. Dessa forma foram aplicadas diferentes formas de proteção, resultando em uma classificação destes elementos. Basicamente existem 4 categorias de emprego de contatores principais: AC1: é aplicada em cargas ôhmicas ou pouco indutivas, como aquecedores e fornos a resistência. AC2: é para acionamento de motores de indução com rotor bobinado. AC3: é aplicação de motores com rotor de gaiola em cargas normais como bombas, ventiladores e compressores. AC4: é para manobras pesadas, como acionar o motor de indução em plena carga, reversão em plena marcha e operação intermitente. Os principais elementos construtivos de um contator são: Contatos; Núcleo; Bobina; Molas; Carcaça. Contato principal É aquele componente de ligação que, em estado fechado, conduz a corrente do circuito principal. Os contatos principais de um contator são dimensionados com o objetivo principal de estabelecer e interromper correntes de motores, podendo ainda, acionar cargas resistivas, capacitivas e outras. Contatos auxiliares São dimensionados para a comutação de circuitos auxiliares para comando, sinalização e intertravamento elétrico, entre outras aplicações. O formato dos contatos auxiliares está de acordo com a função: normalmente aberto (NA) ou normalmente fechado (NF), podendo ser ainda adiantados ou retardados, dependendo da linha e modelo do contator utilizado. Acionamento O campo magnético é produzido através da bobina, atraindo a parte móvel dos contatos, fazendo assim a movimentação dos contatos principais e auxiliares. Nomenclatura de contatos A identificação de terminais de contatores e relés associados tem por finalidade fornecer informações a respeito da função de cada terminal ou sua localização com respeito a outros terminais ou para outras aplicações: Bobinas: São identificadas de forma alfanumérica com A1 e A2. Terminais do circuito principal (força): São identificados por números unitários e por um sistema alfanumérico. Os terminais 1L1, 3L2 e 5L3 voltam-se para a rede (fonte) e os terminais 2T1, 4T2 e 6T3 para a carga. Terminais de contatos auxiliares: Os terminais dos circuitos auxiliares devem ser marcados ou identificados nos diagramas, através de figura com dois números, a saber: - a unidade representa a função do contato; - a dezena representa a seqüência de numeração. O exemplo abaixo ilustra este sistema de marcação: Número de função: Os números de função 1 e 2 são próprios de contatos normalmente fechados (NF); 3 e 4 próprios de contatos normalmente abertos (NA). Os traços antes dos números indicam a seqüência. Os números de função 5 e 6 são próprios de contatos NF retardados na abertura, enquanto os números de função 7 e 8 são próprios de contatos NA adiantados no fechamento. Contato normalmente fechado, atrasado na abertura (prolongado). Contato normalmente aberto, adiantado no fechamento (prolongado). Número de seqüência: Os terminais pertencentes a um mesmo elemento de contato devem ser marcado com o mesmo número de seqüência. Logo, todos os contatos de mesma função devem ter número de seqüência diferentes. - RELÉ DE SOBRECARGA Os relés bimetálicos de sobrecarga são dispositivos baseados no princípio da dilatação de partes termoelétricas (bimetálicos). A operação de um relé está baseado nas diferentes dilatações que os metais apresentam, quando submetidos a uma variação de temperatura. Relés de sobrecarga são usados para proteger indiretamente equipamentos elétricos, como motores e transformadores, de um possível superaquecimento. O superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por: Sobrecarga mecânica na ponta do eixo; Tempo de partida muito alto; Rotor bloqueado; Falta de uma fase; Desvios excessivos de tensão e freqüência da rede. Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobrecorrente) no motor é monitorado em todas as fases pelo relé de sobrecarga e atuará seu contato NF, desligando o comando do motor. Os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga são marcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores. Os terminais dos circuitos auxiliares do relé são marcados da mesma forma que os de contatores, com funções específicas, conforme exemplos a seguir. O número de seqüência deve ser 9 (nove) e, se uma segunda seqüência existir, será identificada com o zero. - RELÉS TEMPORIZADOS Os relés temporizados eletrônicos são dispositivos que atuam em circuitos de comando, para a comutação de dispositivos de acionamento de motores, chave estrela triângulo, partida em seqüência, ou onde for necessário o comando pôr temporização. São constituídos principalmente por um circuito eletrônico com potenciômetro para ajuste e relés de contatos comutadores. Alguns temporizadores após ter sido ligado inicia a contagem do tempo que foi preestabelecida; decorrido este tempo ele altera o estado de seus contatos, abrindo ou fechando um circuito de comando ou de sinalização. Se for necessário, o relé temporizador pode permanecer ligado e os seus contatos permanecerão na posição inversa da posição normal. Relé de tempo estrela-triângulo Especialmente fabricado para utilização em chaves de partida estrela- triângulo. Este relé possui dois contatos reversores e dois circuitos de temporização em separado, sendo um de tempo variável para controle do contator que executa a conexão estrela, e outro, com tempo pré-estabelecido e fixo (100ms) para controle do contator que executa a conexão triângulo. Funcionamento Após aplicada tensão nominal aos terminais A1 e A2, o contato de saída da etapa de temporização estrela comuta (15–18). Após decorrida a temporização selecionada (0 a 30s), o contato de saída da etapa estrela retorna ao repouso (15–16), principiando então a contagem do tempo fixo (100ms), ao fim do qual é atuado o contato de saída da etapa triângulo (25–28). - RELÉ FALTA DE FASE Utilizadona proteção de motores contra falta de fase. Na falta de uma das fases é acionado os contatos do relé comutador que fará o bloqueio do comando do motor. É utilizado o contato NA do relé em série com o circuito de comando da carga que se deseja proteger, pois esse contato fica acionado ( fechado) na presença das três fases e se faltar qualqer uma das fases e volta paro o estado normalmente aberto (NA). - SENSORES DE PROXIMIDADE São chaves eletrônicas que emitem um sinal ao detectar a proximidade de um objeto em esteiras, hastes de cilindros ou cabeçotes de máquinas. Os sensores de proximidade podem ser de diversos tipos, entre eles estão os: indutivos e óticos. - SENSORES DE PROXIMIDADE INDUTIVA São indicados para aplicações onde se deseja detectar a presença ou aproximação de peças ou qualquer tipo de objeto metálico, pois funcionam através do principio de geração de um campo eletromagnético. Estes sensores podem realizar tarefas como contagem, medições de velocidade e outras aplicações. A detecção ocorre sem que haja contato físico entre o acionador e o sensor, aumentado assim a vida útil do mesmo. - SENSORES ÓTICOS São sensores que funcionam segundo o princípio de emissão e irradiação infravermelha: Ótico por barreira Sensor no qual possui um elemento emissor de irradiação infravermelha, montado em frente a um receptor em uma distância pré-determinada. É acionado quando ocorre uma interrupção da irradiação por qualquer objeto, pois esta deixará de atingir o elemento receptor. Ótico por difusão Sensor no qual o emissor e o receptor estão montados em um mesmo conjunto. É acionado quando os raios infravermelhos emitidos, refletem sobre a superfície do objeto e retornam ao receptor. Ótico por reflexão Sensor parecido com o ótico por difusão, diferindo apenas no sistema ótico. Os raios infravermelhos emitidos refletem em um espelho instalado frontalmente, e retornam ao receptor. É acionado quando um objeto interrompe a reflexão de raios entre o espelho e o receptor. - RELÉ DE NÍVEL Utilizado para controlar automaticamente o nível de um reservatório ou de um recipiente, trabalham acoplados normalmente a três eletrodos (tipo haste ou pêndulo),sendo que dois determinam o nível máximo e mínimo e o outro é usado como referencia. O eletrodo de referência deve ser colocado abaixo do eletrodo de nível inferior. O relé é alimentado nos terminais A1 e A2. Ele possui contatos comutadores, NF ( 15 – 16) e NA (15 – 18) que são utilizados no comando. Os eletrodos são ligados nos terminais Er ( eletrodo de referência ), Ei ( eletrodo que monitora o nível inferior, Es ( eletrodo que monitora o nível máximo). - CONTROLADOR DE TEMPERATURA Possui um sensor que envia sinal para o controlador e de acordo com os valores ajustados o controlador comuta seus contatos NA e NF atuando em outros dispositivos, possibilitando dessa forma o controle de temperatura. - TERMOSTATOS Dispositivo similar ao controlador de temperatura, de fácil manuseio, o ajuste de temperatura é feito girando o botão até a temperatura desejada, possui contatos NA e NF que comutam de acordo com o valor ajustado. - CHAVE FIM DE CURSO São chaves acionadas mecanicamente, por meio de um rolete mecânico, ou gatilho, fazendo com que seus contatos sejam invertidos ao serem acionadas. Geralmente são posicionadas no decorrer do percurso de cabeçotes de máquinas, portões, esteiras, hastes de cilindros e outros dispositivos. - SINALIZADORES, BOTÃO DE EMERGENCIA E BOTÃO LIGA/DESLIGA - - VÁLVULAS DIRECIONAIS Para os cilindros pneumáticos e hidráulicos trabalharem, efetuando seu avanço e recuo, é necessária a utilização de válvulas que permitam direcionar o fluxo de ar comprimido ou óleo para dentro ou para fora do cilindro. As válvulas direcionais são descritas pelo número de vias e posições que ele possui. As vias, são conexões de entrada, saída e escape de ar ou óleo, e as posições são a quantidade de manobras que a válvula permite realizar, como por exemplo uma válvula de 2 vias e 2 posições, permite ora a passagem de ar ora o bloqueio de ar da entrada para a saída. As válvulas podem ser acionadas por comando manual, elétrico, pneumático ou mecânico. Normalmente são utilizadas solenóides (bobinas eletromagnéticas) para a mudança de posição da válvula, pois tem a vantagem de ser acionada a distância e com bastante segurança e precisão. CONCEITOS BÁSICOS EM MANOBRAS DE MOTORES Para ler e compreender a representação gráfica de um circuito elétrico, é imprescindível conhecer os componentes básicos dos comandos e também sua finalidade. Alguns destes elementos são descritos a seguir. 1. Selo: O contato de selo é sempre ligado em paralelo com o contato de fechamento da botoeira. Sua finalidade é de manter a corrente circulando pelo contator, mesmo após o operador ter retirado o dedo da botoeira. 2. Selo com dois contatos: Para obter segurança no sistema, pode-se utilizar dois contatos de selo. 3. Intertravamento: Em algumas manobras, onde existem 2 ou mais contatores, para evitar curtos é indesejável o funcionamento simultâneo de dois contatores. Utiliza-se assim o intertravamento. Neste caso os contatos devem ficar antes da alimentação da bobina dos contatores. 4. Circuito paralelo ao intertravamento: No caso de um intertravamento entre contatos, o contato auxiliar de selo, não deve criar um circuito paralelo ao intertravamento, caso este onde o efeito de segurança seria perdido. 5. Intertravamento com dois contatos: Dois contatos de intertravamento, ligados em série, elevam a segurança do sistema. Estes devem ser usados quando acionando altas cargas com altas correntes. 6. Ligamento condicionado: Um contato NA do contator K2, antes do contator K1, significa que K1 pode ser operado apenas quando K2 estiver fechado. Assim condiciona-se o funcionamento do contator K1 ao contator K2. 7. Proteção do sistema: Os relés de proteção contra sobrecarga e as botoeiras de desligamento devem estar sempre em série. 8. Intertravamento com botoeiras: O intertravamento, também pode ser feito através de botoeiras. Neste caso, para facilidade de representação, recomenda- se que uma das botoeiras venha indicada com seus contatos invertidos. Não se recomenda este tipo de ação em motores com cargas pesadas. 9. Esquema Multifiliar: Nesta representação todos os componentes são representados. Os aparelhos são mostrados de acordo com sua seqüência de instalação, obedecendo a construção física dos mesmos. Não são indicados nos circuitos de circulação de corrente. A posição dos contatos é feita com o sistema desligado (sem tensão). A disposição dos aparelhos pode ser qualquer uma, com a vantagem de que eles são facilmente reconhecidos, sendo reunidos por trações de contorno, se necessário. 10. Esquema Funcional: Nesta representação também todos os condutores estão representados. Não é levada em conta a posição construtiva e a conexão mecânica entre as partes. O sistema é subdividido de acordo com os circuitos de correntes existentes. Estes circuitos devem ser representados sempre que possível, por linhas retas, livres de cruzamentos. A posição dos contatos é desenhada com o sistema desligado (sem tensão). A vantagem consiste no fato de que se torna fácil ler os esquemas e respectivas funções, assim este tipo de representação é o que será adotado neste curso. 11. Recomendações de tensão: Certas normas, como porexemplo a VDE, recomendam que os circuitos de comando sejam alimentados com tensão máxima de 220 V. CARACTERÍSTICAS DOS MOTORES DE INDUÇÃO IMPORTANTES AOS COMANDOS ELÉTRICOS Neste curso trabalha-se com os motores de indução trifásicos do tipo gaiola de esquilo por serem os mais comuns na indústria. Este nome é dado devido ao formato do seu rotor. Um estudo completo sobre este elemento é tema de um curso de máquinas elétricas, apesar disso algumas características são interessantes ao estudo dos comandos elétricos. Basicamente os motores do tipo gaiola são compostos por dois subconjuntos: • Estator: com enrolamento montado na carcaça do motor, fornecendo o campo girante. • Rotor: enrolamento constituído por barras curto-circuitadas, a sua corrente é induzida pela ação do campo girante, provocando uma rotação do rotor e o fornecimento de energia mecânica ao eixo do motor. Quando o motor é energizado, ele funciona como um transformador com o secundário em curto-circuito, portanto exige da rede elétrica uma corrente muito maior que a nominal, podendo atingir cerca de 8 vezes o valor nominal. As altas correntes de partida causam inconvenientes pois exigem um dimensionamento de cabos com diâmetros bem maiores do que o necessário. Além disso podem haver quedas momentâneas do fator de potência , que é monitorado pela concessionária de energia elétrica, causando multas a indústria. Para evitar estas altas correntes na partida, existem algumas estratégias em comandos. Uma delas é alimentar o motor com 50%, 65% ou 80% da tensão nominal, é o caso da partida estrela-triângulo e chaves compensadoras que será vista neste curso. Deve-se ressaltar que há outras estratégias para reduzir as correntes de partidas, tais como: Chaves série-paralelo, inversores de freqüência e soft-starter. Os motores de indução podem ser comprados com 6 pontas e 12 pontas. No caso do motor de 6 pontas existem dois tipos de ligação: • Triângulo: a tensão nominal é de 220 V (ver figura 9.1a) • Estrela: a tensão nominal é de 380 V (ver figura 9.1b) Observação: Há também motores em que em triângulo a tensão nominal é 380v e em estrela é 660v, este tipo de motor é utilizado quando a rede elétrica é 380v e deseja – se parti-lo em chave estrela-triângulo. O esquema de ligação é dado na figura abaixo. Figura 9.1 – Ligações estrela e triângulo de um motor 6 pontas No caso do motor de 12 pontas, existem quatro tipos possíveis de ligação: • Triângulo em paralelo: a tensão nominal é 220 V (ver figura 9.2a) • Estrela em paralelo: a tensão nominal é 380 V (ver figura 9.2b) • Triângulo em série: a tensão nominal é 440 V (ver figura 9.2c) • Estrela em série: a tensão nominal é 760 V (ver figura 9.2d) Nota-se que nas figuras são mostradas as quantidades de bobinas constituintes de cada motor. Assim um motor de 6 pontas tem 3 bobinas e um de 12 pontas tem 6 bobinas. A união dos contatos segue uma determinada ordem padrão. Existe uma regra prática para fazê-lo: numera-se sempre os terminais de fora com 1, 2 e 3 e soma 3 em cada início de bobina para achar o número correspondente ao outro terminal da bobina, em seguida faz-se a ligação de acordo com a tesão desejada. No caso do motor de 12 pontas deve-se ainda associar em série e/ou paralelo com as bobinas correspondentes, como por exemplo (1-4 com 7-10). Deixa-se a cargo do aluno, a título de exercício a identificação dos terminais na ligação estrela em série. Figura 9.2 – Ligações estrela – triângulo em um motor de 12 pontas Uma última característica importante do motor de indução a ser citada é a sua placa de identificação, que traz informações importantes, listadas a seguir: • CV: Potência mecânica do motor em cv • Ip/In: Relação entre as correntes de partida e nominal; • Hz: Freqüência da tensão de operação do motor; • rpm: Velocidade do motor na freqüência nominal de operação; • V: Tensão de alimentação; • Cosφ: Fator de potência; • A: Corrente requerida pelo motor em condições nominais de operação; • F.S.: Fator de serviço, quando o fator de serviço é igual a 1,0, isto implica que o motor pode disponibilizar 100% de sua potência mecânica. CORES PARA BOTÕES DE COMANDO E SINALIZADORES As cores utilizadas em botões de comandos e sinalizadores devem ser de tal forma evidentes ao pessoal de operação, que se torne impossível um engano quando da manipulação de um botão ou da interpretação de um sinalizador. Os códigos de cores são por isso determinados por norma. Outrossim, é básico diferenciar se a indicação de uma dada sinalização se refere ao posicionamento de um equipamento de comando, ou define uma condição de operação da máquina ou de seus agregados. Neste sentido, o assunto é regulamentado pelas normas DIN e VDE, de acordo com a tabela. Posição de operação do dispositivo de manobra Cor para botões Posição de operação Exemplo de aplicação Preto branco ligado Posição de operação de disjuntor caixa moldada e de disjuntor de rede vermelho desligado Posição de operação de disjuntor caixa moldada e de disjuntor de rede Cor para sinalizadores Posição de operação Exemplo de aplicação vermelho ligado Para sinalização de dispositivos de manobras verde desligado Para sinalização de dispositivos de manobras Cor de botões para posição de operação ou funcionamento de máquinas cor Ordem de comando Função vermelho Parar, desligar, (desligar- emergência) Parada de um ou mais motores. Parada de unidade de máquina. Desligar dispositivos de retenção magnéticas. Parada do ciclo de operação. Desligar- emergência, parada em caso de perigo. Verde ou preto Partida , ligado , toques Colocar circuitos de comando sob tensão. Dar partida de um ou mais motores para funções auxiliares. Acionar dispositivos de retenção magnética. Operação por toques amarelo Partida de retrocesso fora das condições normais de operação ou partida de um movimento para evitar condições de perigo. Retrocesso de elemento de máquina para o ponto de partida do ciclo, caso este não tenha sido completado. O acionamento do botão amarelo pode desligar outra funções previamente programadas. Branco ou azul claro Qualquer função para a qual as cores mencionadas acima não tem validade Comando de funções auxiliares que não tenham correlação direta com o ciclo de operação. Destravamento de relés de proteção NOMENCLATURAS UTILIZADAS In – corrente nominal do motor Ie - capacidade de condução do contator, conforme categoria de emprego Ip – corrente de partida do motor Ip/In – fator para obter Ip IF – corrente nominal do fusível IFmax – corrente máxima do fusível para contatores e relés Tp – tempo de partida DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA CURTO CIRCUITO Disjuntor, fusível NH, fusível Diazed (Dz) e outros tipos de fusíveis, são dispositivos usados com o objetivo de limitar a corrente de um circuito, proporcionando sua interrupção em casos de curto circuito ou sobrecarga de longa duração. COMO DIMENSIONAR OS FUSÍVEIS E CONTATORES No dimensionamento de fusíveis, recomenda-se que sejam observados, no mínimo os seguintes pontos: Os fusíveis devem suportar, sem fundir, o pico de corrente (Ip), dos motores, durante o tempo de partida (Tp), com Ip e Tp entra na tabela de fusíveis NH para verificação. Os fusíveis devem ser dimensionados para uma corrente ( IF), no mínimo 20% superior à nominal (In) do circuito de alimentação do motor que irá proteger. Este critério permite preservar o fusível do envelhecimentoprematuro, fazendo com que sua vida útil, em condições normais, seja mantida. IF 1,2 In Os fusíveis de um circuito de alimentação de motores também devem proteger os contatores e relés de sobrecarga. IF IFmax (verificar nas tabelas de contatores e relés) Segundo a NBR 5410, a corrente nominal do fusível não deve ser superior ao valor obtido multiplicando – se a corrente de partida do motor pelo fator indicado na tabela abaixo: CORRENTE DE PARTIDA FATOR Até 40A 0,5 De 41A à 500A 0,4 Acima de 500A 0,3 Os contatores devem ser dimensionados para corrente (I) que circula no trecho do circuito onde estiverem inseridos, respeitando-se a categoria de emprego. Para categoria de emprego AC3 e AC4, utilizar fator de segurança em até 1,15 para os seguintes tempos de partida: Partida direta – 5s Partida estrela-triângulo – 10s Partida compensadora – 15s PARTIDA DIRETA Na partida direta à plena tensão o motor pode partir a plena carga, entretanto a corrente pode atingir de 6 a 8 vezes o valor nominal. A partida direta é peculiarmente utilizada em bombas, máquinas, furadeiras estacionárias, motores de pequeno porte, etc. As concessionárias de energia limitam este tipo de acionamentos para motores de até 5cv. O acionamento é feito através de S1, que ao ser acionado energiza a bobina do contator K1, e o mesmo fecha seu contato NA para fazer o selo do circuito, alimentando o motor. O botão So quando é acionado interrompe a alimentação da bobina de K1, desligando o motor. No circuito principal a proteção contra corrente de curto-circuito é feita através dos fusíveis F1, F2, F3, sendo que o relé bimetálico F4, atua no casso de sobrecargas. O fusível F21, funciona como proteção para o circuito de comando. O relé bimetálico pode ser com ou sem retenção, sendo que, no primeiro caso, o relé esfria e retorna o contato para a sua posição normal. No segundo caso, o relé depois de disparar só retorna à posição original se for acionado o botão de destravamento. Deve se ressaltar que a escolha do tipo de relé depende das características do trabalho executado pelo motor. Em alguns casos torna-se necessário fazer o acionamento do contator através de outros dispositivos tais como pressostato, fim-de-curso, bóia, sensores, controladores de nível ect. Para esses casos, basta fazer a substituição, ou colocar em paralelo com o botão liga, o contato do acionamento automático. O sistema de proteção é idêntico ao de acionamento por botão, ressaltando-se que o relé bimetálico deve ser do tipo com retenção. Essas necessidade se deve ao fato de que, havendo uma sobrecarga, o relé esfria após ter disparado e torna a ligar, repetindo sempre essa operação até que seja desligada a chave ou tenha cessado a sobrecarga. Entretanto para determinadas situações não se deve usar o relé no modo automático ( com retenção). ROTEIRO DE CÁLCULO CONTATOR K1 Ie In x 1,15 RELÉ DE SOBRECARGA F4 In FUSÍVEIS F1,2,3 1) Com o valor de Ip e Tp entra no gráfico das curvas características do fusível obtendo - se IF ( corrente nominal do fusível). 2) IF 1,2 x In 3) IF IFmax K1 IF IFmax F4 Laboratório: Partida direta de Motores Objetivo: A primeira combinação entre os elementos de comando estudados é a partida direta de um motor, mostrada na figura 3.1 abaixo. O objetivo é o de montar esta partida no laboratório, observando as dificuldades e a lógica de funcionamento, bem como apresentar o conceito de selo. Figura 3.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida direta de motores. Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 1 contator (K1), 1 botoeira NF (S0), 01 botoeira NA (S1), 1 Motor trifásico (M1). Laboratório: Partida direta de Motores com sinalização Objetivo: Neste laboratório o objetivo é o de consolidar os conceitos introduzindo os elementos de sinalização no comando. Figura 4.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida direta de motores com sinalização Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 1 contator (K1), 1 botoeira NF (S0), 1 botoeira NA (S1), 1 Motor trifásico (M1), 1 lâmpada verde (H1), 1 lâmpada amarela (H2), 1 lâmpada vermelha (H3). PARTIDA DIRETA Tabela de escolha Siemens, partida direta coordenação com fusível. PARTIDA DIRETA COM REVERSÃO Essa partida é análoga à partida direta simples, tendo o acréscimo de um contator e um botão de comando, que proporciona a inversão no sentido de rotação do motor, através da inversão da seqüência de fases nas bobinas do mesmo. Quando há necessidade de um intervalo de tempo no momento de comutação, empregamos o sistema denominado reversão indireta ou lenta, mostrado na figura acima. Supondo o circuito desligado, acionando-se S1, o contator K1 será alimentado colocando o motor em funcionamento e selando o circuito por meio do seu contato auxiliar fechador (NA). A reversão só será possível se desoperarmos o contator K1, através do acionamento de So, pois o contato abridor (NF) de K1 inserido no circuito de alimentação da bobina de K2, impede a comutação direta. Desoperando K1, basta acionar S2 que energiza o contator K2 , alimentando o motor com a seqüência das fases invertidas e selando o circuito através do contato auxiliar fechador (NA) de K2. Daí conclui-se que, para se processar a reversão, teremos um intervalo onde o circuito estará desligado, ficando assim a operação composta de dois estágios: desligamento e partida com sentido inverso. Essa comutação pode ser automática, utilizando relé de tempo, chaves fim-de-curso ect, sendo necessário fazer as devidas adaptações. A reversão em dois estágios é empregada em máquinas onde a inércia é muito grande, sendo impraticável uma reversão rápida ou, ainda, em casos onde por qualquer motivo seja preciso um tempo determinado na reversão. Deve-se ressaltar que o comando deve possuir contatos que impedem o acionamento simultâneos dos contatores K1 e K2 , pois podem provocar curto – circuito na instalação. A proteção é análoga à partida direta, sendo importante destacar também que a escolha do tipo de relé depende das característica do trabalho a ser executado. ROTEIRO DE CÁLCULO CONTATOR K1 = K2 Ie In x 1,15 RELÉ DE SOBRECARGA F4 In FUSÍVEIS F1,2,3 1) Com o valor de Ip e Tp entra no gráfico das curvas características do fusível obtendo - se IF ( corrente nominal do fusível). 2) IF 1,2 x In 3) IF IFmax K1 e K2 IF IFmax F4 Laboratório: Partida de Motores com reversão Objetivo: Acionar, de forma automática, um motor com reversão do sentido de rotação, mostrando algumas similaridades com a partida direta. Introduzir o conceito de “intertravamento”. Figura 5.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida com reversão Componentes: 1Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 2 contatores (K1 eK2), 1 botoeira NF (S0), 2 botoeiras NA (S1 e S2), 1 Motor trifásico (M1). Exercício: Desenhar e montar o circuito da sinalização da seguinte maneira: lâmpada
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