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APOSTILA DE COMANDOS ELÉTRICOS MANUTENÇÃO ELÉTRICA II Professor Gislei da Silva Frederico SUMÁRIO Dispositivos de Proteção e Controle .......................................................................4 1.2 Fusíveis ..........................................................................................................4 1.3 Disjuntor ........................................................................................................ 19 1.4 Disjuntor motor.............................................................................................. 26 1.5 Dispositivos diferenciais residuais ................................................................ 28 1.6 Relé Térmico de Sobrecarga ........................................................................ 32 1.7 Contatores .................................................................................................... 39 1.8 Botões de comando ..................................................................................... 51 1.10 Chave Auxiliar Tipo Fim de Curso ............................................................... 64 1.11 Sensores .................................................................................................. 70 1.12 Transformadores para Comandos Elétricos ............................................. 79 1.14 Chaves Seccionadoras ............................................................................ 87 1.15 Sinalização............................................................................................... 95 1.16 Terminais ................................................................................................. 99 1.17 Bornes de conexão ................................................................................ 103 Esquemas Elétricos .............................................................................................. 111 3.1 Redes de alimentação ................................................................................ 111 Rede bifásica ........................................................................................................................ 112 Rede trifásica ........................................................................................................................ 112 3.2 Tipos de esquemas elétricos ...................................................................... 113 3.3 Interligação das bobinas do motor trifásico de indução .............................. 115 3.4 Sistemas de partidas para motores de indução trifásicos ........................... 119 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 122 Apresentação 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. 4 Dispositivos de Proteção e Controle 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 processos de 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. 5 Figura 1.1: Tipos de fusíveis. Simbologia Figura 1.2: Simbologia do fusível. Fonte: ABNT. NBR 5444/1989. Aplicação 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. Constituição O fusível é constituído basicamente por: contatos, corpo isolante, elo de fusão e indicador de queima. 6 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). 7 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. 8 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. Características dos fusíveis quanto ao tipo de ação 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. 9 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. Características elétricas dos fusíveis 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. 10 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. 11 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. Dimensionamento É 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. 12 Para dimensionar um fusível é necessário levar em consideração as seguintes grandezas elétricas: Corrente nominal do circuito; Corrente de curto-circuito; Tensão nominal. Sistemas de segurança Diazed e NH 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. 13 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 14 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 tamanhoD III para fusíveis até 63A. 15 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) 16 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. 17 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). 18 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. 19 Tabela 2 Capacidade de corrente para fusível NH. 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 Fonte: <http:www.siemens.com.br/fusiveis>. Acesso em: 25 maio 2007. 1.3 Disjuntor Definição 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. 20 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. Constituição Na Figura 1.25 pode-se observar a constituição interna de um disjuntor monopolar. 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. 21 Figura 1.25: Constituição interna disjuntor monopolar. Fonte: <http://www.ge.com.br/mini_dr>. Acesso em: 01 jun. 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. 22 1.3.3 Princípio de funcionamento 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. 23 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 deproteção. (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. 24 Aplicação 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. Características comparativas de fusível x disjuntor 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: 25 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. 26 1.4 Disjuntor motor Definição 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 Simbologia Figura 1.30: Disjuntor motor magnético (a) e termomagnético (b) 27 Tipo de disjuntor motor 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. Curva de disparo do disjuntor-motor 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. 28 Figura 1.31: Curva de disparo. Fonte: <http://www.ge.com.br/disjuntor_motor>. Acesso em: 01 jun. 2007. 1.5 Dispositivos diferenciais residuais Definição 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. 29 Figura 1.32: Dispositivo diferencial residual. Fonte: <http://www.siemens.com.br/dispositivos>. Acesso 20 jun. 2007. 1.5.2 Simbologia Figura 1.33: Dispositivo diferencial residual. 1.5.3 Constituição 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. 30 Figura: 1.34: Constituição interna de um dispositivo diferencial residual. Fonte: ABNT. NBR 5410. 1.5.4 Funcionamento 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 deisolação 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. 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. 31 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. 1.5. 5 Tipos 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. 32 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 Definição 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. 33 Simbologia Figura 1.37: Simbologia do relé de sobrecarga. Principio Construtivo de um Relé de Sobrecarga Um relé de sobrecarga é composto dos seguintes componentes: Figura 1.38: Composição do relé de sobrecarga. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 67. 34 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. Funcionamento Os relés de sobrecarga foram desenvolvidos para operar baseados no princípio de pares termoelétricos. O princípio de operação do relé é baseado nas 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. 35 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. 36 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. Relés de Sobrecarga com Operação através de Transformadores de Corrente 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. 37 Figura 1.43: Aquecimento através de transformador de corrente (TC). Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 69. Características de disparo do relé de sobrecarga 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.Figura 1.44: Curvas de disparos de cargas. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 69. 38 Condições de serviço 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. 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. 39 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. 1.7 Contatores Definição 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 40 Simbologia 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. 41 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 de numeração. 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. 42 Constituição 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. 43 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. 44 Figura 1.51: Constituição de um contator. Fonte: WEG. .s. d. p. 245. Acessórios 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 45 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. 46 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. Funcionamento 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 47 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. Tipos de Contatores 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. 48 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. Características Elétricas e Dimensionamento 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; 49 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 50 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 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 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. 51 * 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 1.8.1 Definição 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. 52 1.8.2 Simbologia Figura 1.57: Simbologia para botões. 1.8.3 Constituição 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. 53 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. 54 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. 55 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. 56 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. 1.8.4 Classificação dos botões conforme sistema de travamento elétrico 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. 57 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. 1.8.5 Botões luminosos 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 1.8.6 Botoeiras 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). 58 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. 1.8.7 Código de Cores 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 Códigode 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. 59 Relé de Tempo Definição 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. Simbologia Figura 1.69: Simbologia de temporizadores. Tipos de relés de tempo quanto à ação dos contatos 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. 60 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. Tipos de relés de tempo quanto ao princípio de funcionamento e às características físicas e construtivas Os temporizadores podem ser classificados quanto ao princípio de funcionamento e características construtivas, em: 61 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). 62 Os contatos do relé magnético 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. 63 Figura 1.75: Vista explodida de relé pneumático. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 100. 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. 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. 64 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 Definição Fim de Curso é uma chave que opera em função de posições pré- determinadas, atingidas por uma ou mais partes móveis do equipamento controlado. 65 Figura 1.76: Chave fim de curso. Fonte: <http://www.kap.com.br>. Acesso em: 17 maio 2007. Simbologia 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. Constituição É basicamente composta por um corpo (carcaça), bloco de contatos e um elemento de acionamento (cabeçote). 66 Corpo É o elemento responsável pela proteção mecânica dos contatos e bornes. Serve como suportede 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. 67 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. 68 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. Funcionamento 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. 69 Características 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 de corpos estranhos sólidos e líquidos. Ex: IP 65 IP: Significa Grau de Proteção; Primeiro algarismo (6): proteção total contra contato com partes sob tensão ou em movimento. Proteção total contra penetração de pó; Segundo algarismo (5): proteção contra jatos de água, provenientes de qualquer direção. No Quadro 4, estão relacionadas as diversas classificações a que estão sujeitos os invólucros dos aparelhos elétricos, no que diz respeito ao grau de proteção. 70 Quadro 4 Índices de Proteção 1º Algarismo Proteção do acesso às partes energizadas 2º Algarismo Proteção contra líquidos 0 Sem proteção 0 Sem proteção 1 Proteção contra toque acidental com a mão. Proteção contra corpos estranhos sólidos, de dimensões acima de 50 mm. 1 Proteção contra gotas de água na vertical. 2 Proteção contra toque dos dedos. Proteção contra corpos estranhos sólidos, de dimensões acima de 12 mm. 2 Proteção contra gotas de água até uma inclinação de 15 graus com a vertical. 3 Proteção contra acessos acidentais de ferramentas. 3 Proteção contra respingos de água até uma inclinação de 60 graus com a vertical. 4 Proteção contra ferramentas. Proteção contra corpos sólidos acima de 1 mm. 4 Proteção contra respingos de água de todas as direções. 5 Proteção completa contra toque. Proteção contra acúmulo de poeiras nocivas. 5 Proteção contra jatos de água de todas as direções. 6 Todas as peças energizadas completamente protegidas. Blindagem à prova de pó. 6 Proteção contra submersão. 1.11 Sensores Definição O sensor é um dispositivo capaz de monitorar a variação de uma grandeza física e transmitir esta informação a um sistema de controle. Nas indústrias com processos automatizados os sensores são elementos muito importantes. Há vários tipos de sensores em um processo automatizado que pode ser colocado em diferentes pontos. Podemos afirmar que todos os processos que necessitam de algum tipo de controle ou supervisão requerem sensores para fornecer informações. 71 Tipos de sensores Microchave ou sensor de fim de curso As microchaves transmitem apenas sinais digitais, ou seja, possuem apenas dois estados (ligado ou desligado, aberto ou fechado). O sinal de saída da microchave é elétrico e indica se ela foi ou não acionada. Este sinal pode servir de entrada, por exemplo, para o controlador do avanço e recuo de um cilindro pneumático. Não é aconselhável usar sensor do tipo detector por contato em aplicações que exijam grande número de comutações do sensor porque abrir e fechar a chave um grande número de vezes, provoca desgaste nos contatos elétricos do sensor. A Figura 1.83 ilustra uma microchave industrial. Figura 1.83: Microchave. Fonte: <http://www.metaltex.com.br>. Acesso em: 24 maio 2007. Sensor de contato (reed-switch) O sensor de contato reed switch funciona de maneira semelhante a microchave. A diferença é que seu acionamento não é pela ação de um contato físico, mas pela ação de um campo magnético, como o de um imã, por exemplo. O sensor é composto de uma ampola de vidro que contém duas lâminas e um gás inerte. Quando o conjunto estiver sob a ação de um campo magnético, as lâminas se unem fechando o contato elétrico. O contato irá abrir quando o campo magnético deixar de existir. Este sensor pode ter os contatos abertos ou fechados na posição de repouso (sem ação de campo magnético), sendo que os abertos são chamados de contatos NA (normal aberto) e os fechados de contatos NF (normal fechado). 72 Figura 1.84: Composição do sensor de contato (reed-switch). Figura 1.85: Símbolo do sensor de contato (reed-switch). Sensores de proximidade O sensor de proximidade é uma chave eletrônica semelhante a um fim de cursomecânico, com a vantagem de não possuir nem contatos, nem atuadores mecânicos. O sinal de um sensor pode ser usado para habilitar, desabilitar ou controlar o funcionamento de um circuito, dispositivo ou equipamento. A Figura 1.86 apresenta alguns tipos de sensores de proximidade. 73 Figura 1.86: Sensores de proximidade. Fonte: <http://www.b2babimaq.com.br >. Acesso em: 18 fev. 2009. O acionamento dos sensores, entretanto, não depende de contato físico com as partes móveis dos equipamentos, basta apenas que estas partes se aproximem, a uma distância que varia de acordo com o tipo de sensor utilizado. Os sensores de aproximação foram desenvolvidos para atender às especificações de sistemas mais modernos, onde é necessário conciliar, alta velocidade e grande confiabilidade nos acionamentos. Sensores Indutivos O sensor indutivo é utilizado para detectar a presença ou o deslocamento de objetos metálicos. O seu funcionamento é baseado, no princípio da variação da indutância eletromagnética. 74 Figura 1.87. Principio de funcionamento do sensor indutivo. A superfície externa frontal do sensor forma uma região chamada "região ativa" onde o sensor detecta a presença ou deslocamento de objetos. Quando se aproxima um objeto metálico da região ativa do sensor há mudanças na amplitude do sinal do circuito oscilador que são percebidas pelo demodulador. As variações percebidas pelo demodulador são transformadas em nível de tensão e aplicadas no detector de nível da tensão. Na saída, o sinal que foi enviado é amplificado e compatibilizado com os níveis de tensão especificados pelo fabricante. Há diversos modelos de sensores indutivos que variam, principalmente em relação à distância de acionamento. Os tipos mais comuns são de construção com corpo plástico ou metálico, como mostra a Figura 1.88: Figura 1.88: Sensor indutivo. Fonte: <http://www.metaltex.com.br>. Acesso em: 18 fev. 2009. 75 A utilização dos sensores indutivos possui vantagens como: Alta durabilidade; Baixa manutenção; Boa imunidade às influências do ambiente em que ele está instalado; Alta sensibilidade. O símbolo de um sensor indutivo é apresentado na Figura 1.89. Figura 1.89: Símbolo de um sensor indutivo. Sensores Capacitivos O sensor capacitivo é utilizado para detectar materiais metálicos e não metálicos como plásticos vidros líquidos e etc. O princípio de funcionamento deste tipo de sensor está baseado na variação da capacitância de um capacitor. A distância de detecção normalmente varia de 0 a 20 mm, dependendo da massa do material a ser detectado e das características determinadas pelo fabricante. Da mesma forma que o sensor indutivo, os sensores capacitivos são construídos com um de corpo plástico ou metálico. O diagrama de blocos do sensor capacitivo apresenta um funcionamento semelhante ao do diagrama do sensor indutivo. A diferença encontra-se no estágio oscilador. Quando um objeto é colocado na região ativa do sensor, ocorre uma mudança da freqüência de oscilação devido à alteração do valor da capacitância formada pela placa sensível e a região ativa. 76 Figura 1.90: Princípio de funcionamento de um sensor capacitivo. Os sensores capacitivos são menos utilizados que os indutivos. Eles são utilizados na medição de pequenas pressões diferenciais ou na medição do nível de um líquido em um tanque. Figura 1.91: Sensor capacitivo. Fonte: <http://www.metaltex.com.br>. Acesso em: 18 fev. 2009. O símbolo de um sensor capacitivo está apresentado na Figura 1.92: Figura 1.92: Símbolo do sensor capacitivo. 77 Sensores Ópticos (Fotoelétricos) Os sensores ópticos detectam a aproximação de qualquer tipo de objeto, desde que este não seja transparente. À distância de detecção normalmente varia de 0 a 100 mm, dependendo da luminosidade do ambiente. Normalmente, os sensores ópticos são construídos em dois corpos distintos, sendo um emissor de luz e outro receptor. Quando um objeto se coloca entre os dois, interrompendo a propagação da luz entre eles, um sinal de saída é então enviado ao circuito elétrico de comando. Outro tipo de sensor de proximidade óptico, muito usado na automação industrial, é o do tipo reflexivo no qual emissor e receptor de luz são montados num único corpo, o que reduz espaço e facilita sua montagem entre as partes móveis dos equipamentos industriais. A distância de detecção é, entretanto menor, considerando-se que a luz transmitida pelo emissor deve refletir no material a ser detectado e penetrar no receptor, o qual emitirá o sinal elétrico de saída. Figura 1.93: Aparência típica de sensores fotoelétricos. Fonte: <http://www.metaltex.com.br>. Acesso em: 18 fev. 2009. 78 O símbolo de um sensor óptico está representado na Figura 1.94: Figura 1.94: Símbolo do sensor óptico. Encoder Um gerador de Pulsos (encoder) é um sensor/transdutor que converte movimento ou posição mecânica através de um eixo em uma série de pulsos eletrônicos. Existem vários modelos com especificações mecânicas e eletrônicas diferentes. Um exemplo é o encoder incremental que é chamado assim porque o sinal de saída é produzido sucessivamente e a Informação dada é o quanto foi incrementado à posição atual em relação à posição de referência. A posição de referência (o "zero" do encoder) é dada ao se acionar, por exemplo, uma microchave. Este tipo de encoder não informa a posição angular, mas sim o deslocamento em relação a uma posição de referência. 79 Figura 1.95: Dispositivo chamado de encoder. Figura 1.96: Encoder incremental. Fonte: <http://www.metaltex.com.br>. Acesso em: 24 maio 2007. 1.12 Transformadores para Comandos Elétricos Definição São dispositivos empregados em comandos elétricos para modificar os valores de tensão e/ou corrente, numa determinada relação de transformação, que varia de acordo com a aplicação. O transformador de comando tem como objetivo compatibilizar a tensão/corrente da rede elétrica com a tensão/corrente necessária no comando. 80 Tipos de transformadores Transformadores de tensão São transformadores redutores de tensão cuja função é alimentar circuitos de controle, sinalização e comandos (Figura 1.102). Figura 1.103: Transformador de tensão (aspecto físico). Fontes: <http://www.inventec.com.br/acessorios> Acesso em: 24 maio 2007. <http://www.valvestate.fateback.com>. Acesso em: 24 maio 2007. Simbologia Os símbolos do transformador de tensão são mostrados na Figura 1.104. Figura 1.104: Símbolos do transformador de tensão. Constituição São compostos por duas bobinas, sendo uma bobina primária e uma secundária, montadas sobre um núcleo de ferro – silício laminado. Núcleo de Ferro: responsável pela concentração do campo magnético criado a partir da alimentação do enrolamento primário; Enrolamento Primário:bobina onde aplicamos a tensão que será modificada; 81 Enrolamento Secundário: bobina onde será obtida a tensão desejada. Figura 1.105: Construção do transformador. Fonte: <http://www.geocities.com/saladefisica/funciona/transformador>. Acesso em: 24 maio 2007. Funcionamento Quando uma tensão alternada é aplicada ao enrolamento primário, cria-se um campo magnético variável. O enrolamento secundário, ao ser cortado pelo fluxo variável, produzirá uma Força Eletromotriz Induzida no enrolamento secundário, que é o valor de tensão desejada de saída. 82 Figura 1.106: Funcionamento do transformador. Fonte: <http://br.geocities.com/saladefisica7/funciona/transformador> Acesso em: 24 maio 2007. Características Para especificar corretamente um transformador de tensão, é necessário conhecer as principais características do dispositivo: Relação de Transformação: é a relação entre a tensão aplicada ao enrolamento primário e a tensão induzida no enrolamento secundário; Ex: Relação de transformação 2:1 – significa que, se aplicarmos 220V no enrolamento primário, teremos no secundário 110V. Tensão Nominal do Primário: máxima tensão que deve ser aplicada ao enrolamento primário do transformador; Tensão Nominal do Secundário: tensão de saída do transformador. Será obtida de acordo com a relação de transformação; Corrente Nominal do Secundário: corrente máxima que pode percorrer o enrolamento secundário. 83 Aplicações Reduzir a tensão da rede a nível compatível com o valor da tensão de alimentação dos componentes de comando (bobinas, sinaleiros luminosos, relés, etc.). Segurança das pessoas, nas intervenções de manobras e correções de defeitos do equipamento. Separar o circuito principal do circuito auxiliar, restringindo e limitando possíveis curtoscircuitos a valores que não afetem os condutores do circuito a que estão ligados. Auto-transformador Dispositivo usado para reduzir a tensão de partida dos motores de rotor em curto - circuito, mantendo um conjugado para a partida e aceleração do motor. Simbologia O símbolo do autotransformador trifásico é mostrado na Figura 1.107. Figura 1.107: Autotransformador trifásico. 84 Constituição É constituído por três bobinas enroladas sobre um núcleo de ferro laminado, formando um conjunto trifásico. As bobinas possuem derivações, normalmente 65% e 80%, que são ligadas à carga. Os três bornes superiores das bobinas são ligados à rede elétrica e nos outros três inferiores se faz um fechamento em estrela (Y), conforme mostra a Figura 1.108. Figura 1.108: Conexões e taps do autotransformador. Funcionamento Os motores trifásicos de rotor em curto-circuito absorvem na partida valores de corrente que podem atingir até 07 vezes o seu valor nominal. Ligando-se a alimentação da rede aos terminais de entrada do autotransformador e a carga em uma de suas derivações, com percentual definido (65% ou 80%), reduziremos ao percentual do valor da derivação a tensão na carga, reduzindo a corrente na partida do motor. Importante: a capacidade do autotransformador deve ser compatível com a potência do motor. 85 Transformador de corrente – TC O transformador de corrente é um dispositivo que reduz os valores de correntes a outros de menor intensidade, de acordo com sua relação de transformação (Figura 1.109). Figura 1.109 Transformador de corrente. Simbologia Os símbolos do transformador de corrente estão mostrados na Figura 1.110. Figura 1.110: Símbolos do transformador de corrente. 86 Funcionamento O enrolamento primário é o próprio barramento ou cabo que conduz a corrente da carga, que tem um valor elevado, e deverá ser reduzida. Essa corrente induz uma corrente na bobina do secundário, tão menor quanto maior a relação de transformação do TC. O secundário alimenta os instrumentos ou dispositivos que irão funcionar com corrente reduzida. Devido às características construtivas do TC, surgem tensões de vários kilovolts nos terminais do secundário, caso seja aberto em funcionamento. Os inconvenientes destes fatos são: Risco de vida para operadores; Aquecimento excessivo: causa a destruição do isolamento e pode provocar contato entre o circuito primário, o secundário e a terra; Se não houver danos; possibilidade de alteração nas características de funcionamento e de precisão. Aplicações São normalmente usados em circuitos onde se deseja fazer medições ou proteção. Medição: imagine uma situação em que se necessite medir uma corrente de 1000A. Usando-se um TC com relação de 1000/50 e um amperímetro adequado para esta situação (com escala graduada de 0 – 1000A), faz-se a medição. Quando circular uma corrente de 1000 A pelo circuito, será de 50A a corrente no secundário do TC e no amperímetro, que indicará a medida real, ou seja, 1000A . Por medida de segurança pessoal e do próprio aparelho, nunca deixe o TC com o secundário aberto. Se for necessário realizar qualquer operação neste circuito, deve-se curto – circuitá-lo antes com um condutor de baixa impedância. 87 Figura 1.111: TC com relação de transformação de 1000/50A. Fonte: SENAI. MG. p. 110. Proteção: neste caso, o TC é associado a um relé térmico, cuja corrente nominal é inferior à da rede. Se usarmos um TC com relação 200 / 5, significa que quando houver uma corrente de 200 A na rede, a corrente no relé será de 5 A. Dessa forma, o relé térmico terá seu tamanho reduzido e poderá ser um relé normalizado (da linha de produção). 1.14 Chaves Seccionadoras 1.14.1 - Definição Segundo a norma IEC-60947-3, seccionador é um dispositivo de manobra (mecânico) que assegura, na posição aberta, uma distância de isolamento que satisfaz requisitos de segurança especificados. O seccionador deve ser capaz de fechar ou abrir um circuito, ou quando a corrente estabelecida ou interrompida é desprezível, ou quando não se verifica uma variação significativa na tensão entre terminais de cada um dos seus pólos. Um seccionador deve ser capaz também de conduzir correntes em condições normais de circuito, e também de conduzir por tempo especificado, as correntes em condições anormais do circuito, tais como as de curto-circuito. 88 As chaves seccionadoras têm as seguintes funções: Isolar equipamentos ou linhas para a execução de manutenção; Manobrar circuitos (transferência de circuitos entre os barramentos de uma subestação); “Bypassar” equipamentos, por exemplo: disjuntores ou capacitores série para execução de manutenção ou por necessidade operativa. As seccionadoras somente podem operar quando houver uma variação de tensão insignificante entre os seus terminais ou nos casos de interrupção ou restabelecimento de correntes insignificantes. 1.14.2 Tipos de Chaves Chave Seccionadora Primária É um equipamento destinado a interromper, de modo visível, a continuidade metálica de um determinado circuito.Devido a seu poder de interrupção ser praticamentenulo, as chaves seccionadoras devem ser operadas com o circuito a vazio (somente tensão).Também são fabricadas chaves seccionadoras interruptoras, do tipo manual ou automática, que são capazes de desconectar um circuito operando a plena carga. As chaves seccionadoras podem ser construídas com um só pólo (unipolares) ou com três pólos (tripolares). As primeiras são próprias para utilização em redes aéreas de distribuição; o segundo tipo, normalmente, é utilizado em subestações de instalação abrigada, em cubículo de alvenaria ou metálico. No contexto apresentado, Bypassar significa criar um caminho alternativo para a corrente elétrica. 89 Observe as Figuras 1.112 e 1.113 Figuras 1.112: Secionador monopolar de alta tensão a vazio (fechado - aberto). Fonte: <http://www.celsa.com.co/protecciones/espanol/seccionador>. Acesso em 05 jul. 2007. Mecanismo de operação O mecanismo de operação da seccionadora pode ser manual ou motorizado. A operação manual pode ser feita por uma simples vara isolante (por exemplo: chave- fusível em redes de distribuição) ou por uma manivela (ou volante) localizada na base do seccionador. A operação motorizada pode ser feita por um único mecanismo que, através de hastes, comanda a operação conjunta dos três pólos ou por mecanismos independentes para cada pólo do seccionador (pantográficos e semi-pantográficos). A seccionadora motorizada, geralmente, tem mecanismos de operação manual, usados em caso de defeito do mecanismo motorizado ou no caso de ajuste das lâminas durante os serviços de manutenção. 90 Figura: 1.113: Seccionador tripolar a vazio – alta tensão. Fonte: <http://www.amt.efacec.pt/images>. Acesso em: 05 jul. 2007. Figura 1.114: Interruptor-Seccionador fusível – alta tensão. Fonte: <http://www.amt.efacec.pt/images>. Acesso em: 05 jul. 2007. 91 Especificação Sumária Para especificar uma chave seccionadora tripolar primária é necessário que sejam definidos os seguintes elementos: corrente nominal, em A; tensão nominal, em kV; tensão suportável a seco, em KV; tensão suportável sob chuva, em kV; tensão suportável de impulso (TSI), em kV; uso (interno ou externo); corrente de curta duração para efeito térmico, valor eficaz, em kA; corrente de curta duração para efeito dinâmico, valor de pico, em kA; tipo de acionamento (manual: através de alavanca de manobra, ou motorizada). Chave seccionadora tripolar de baixa tensão É um equipamento capaz de permitir a abertura de todos os condutores não aterrados de um circuito, de tal modo que nenhum pólo possa ser operado independentemente. As chaves seccionadoras podem ser classificadas em dois tipos: seccionadora com abertura sem carga e seccionadora sob carga ou interruptor. Chave seccionadora com abertura sem carga (a vazio) O Seccionador a vazio é um equipamento de manobra que deve operar sempre a vazio, ou seja; sem corrente. É uma chave de comando manual (local ou à distância quando motorizada). Destina-se especificamente para fins de manutenção; Pode ser construída para instalações abrigadas ou no tempo; Geralmente é equipada com contatos auxiliares, permitindo o intertravamento com disjuntores ou outros equipamentos de manobra; Não contém câmara para extinção de arco voltaico, o que a torna inadequada para operação sob carga. 92 Simbologia Observe as Figuras 1.115 e 1.116 Figura 1.115: Simbologia de seccionador acionado sem carga. Figura 1.116: Simbologia de seccionador-fusível acionado sem carga. Chave seccionadora sob carga ou interruptor Tem a capacidade de operar com o circuito desde a condição de carga nula até a de carga plena. As seccionadoras de atuação em carga são providos de câmaras de extinção de arco e de um conjunto de molas capaz de imprimir uma velocidade de operação elevada. (Figura 1.117). 93 Figura 1.117: Seccionador para manobra sob carga. Fonte: <http://www.jaguareletrica.com.br/imagens/seccionadora>. Acesso em: 05 jul. 2007. A principal função das chaves seccionadoras é permitir que seja feita manutenção segura numa determinada parte do sistema. Quando as seccionadoras são instaladas em circuitos de motores, deve-se desligar tanto os motores como o dispositivo de controle. Sobre os dispositivos de seccionamento pode-se estabelecer: A posição dos contatos ou dos outros meios de seccionamento deve ser visível do exterior ou indicada de forma clara e segura; Os dispositivos de seccionamento devem ser projetados e/ou instalados de forma a impedir qualquer restabelecimento involuntário. Esse restabelecimento poderia ser causado, por exemplo, por choque ou vibrações; Devem ser tomadas medidas para impedir a abertura inadvertida ou desautorizada dos dispositivos de seccionamento, apropriados à abertura sem carga. Recomenda-se que as seccionadoras utilizadas em circuitos de motores de até 600 V devem ser dimensionadas pelo menos para 115% da corrente nominal, isto é: I = 1,15 x Inm Quando são instalados em circuitos de capacitor, devem ser dimensionados pelo menos para 135% da corrente nominal do banco, ou seja: Isec = 1,35 x Icap 94 As chaves seccionadoras devem ser dimensionadas para suportar, durante o tempo de 1s, a corrente de curto-circuito, o valor eficaz (corrente térmica) e o valor de crista da mesma corrente (corrente dinâmica). Seccionadoras sem porta fusíveis Apresentam as mesmas características das seccionadoras sob carga, porém, não permitem a incorporação de fusíveis. Os fusíveis, quando previstos, devem ser montados separadamente Figura 1.118: Simbologia de seccionador sob carga. Seccionadoras com porta fusíveis Figura 1.119 : Seccionadoras sob carga. Fonte:http://www.mediaibox.siemens.com.br/templates/produto. Acesso em: 05 jul. 2007. 95 São chaves tripolares normalmente utilizadas em instalações industriais no ramo de alimentação de motores; Também são utilizadas como chave geral de distribuição de circuitos; São usadas com fusíveis incorporados, sobrepostos na sua parte frontal; Oferecem segurança na troca de fusíveis, uma vez que quando desligadas, os fusíveis ficam sem tensão. Permitem um seccionamento seguro mesmo quando a carga estiver conectada. Simbologia Figura 1.120: Simbologia de seccionador-fusível sob carga. 1.15 Sinalização 1.15.1 Introdução A sinalização é uma forma visual, ou sonora, de indicar uma determinada operação em um circuito, em uma máquina ou num conjunto de máquinas. Pode ser feita por buzinas, campainhas, sinaleiros luminosos ou sinalizadores audiovisuais. Neste estudo serão abordados apenas os sinaleiros luminosos. 1.15.2 Simbologia Os símbolos dos sinalizadores mais usados estão no Quadro 6. 96 Quadro 6 Sinalização audiovisual. 1.15.3 Sinaleiros luminosos São sinaleiros usados para indicar as condições de operação de um circuito, através de um visor com cores padronizadas.(Figura 1.121). Figura 1.121: Alguns modelos de sinaleiros luminosos. Fonte:<http://www.schmersal.com.br/catalogos>.Acesso em: 28 maio 2007. Constituição O sinaleiro luminoso é constituído de um elemento frontal de sinalização e um elemento soquete que podem estar agrupados em uma peça e em alguns casos são modulares, conforme descrito a seguir: 97 a) Elemento frontal de Sinalização Possui um visor colorido à frente de uma lâmpada conforme mostra figura 1.121. As cores dos visores são padronizadas para as principais aplicações e estão relacionadas no Quadro 7. Figura 1.122: Visor frontal de sinaleiro. Fonte: http://www.schmersal.com.br/catalogos. Acesso em: 28 maio 2007. Quadro 7 Cores padronizadas de sinalizadores. Cor Condições de operação Exemplos de aplicação Vermelho Condições Anormais Indicação de que a máquina está paralisada devido à atuação de um dispositivo de proteção, perante, por exemplo, uma sobrecarga ou a qualquer falha. Verde Equipamento pronto para operar Partida normal; todos os dispositivos auxiliares funcionam e estão prontos para operar. A pressão hidráulica ou a tensão estão nos valores especificados. O ciclo de operação está concluído e a máquina está pronta para operar novamente. Amarelo Atenção ou cuidado O valor de uma grandeza aproxima-se do seu valor limite (corrente, temperatura).-Sinal para ciclo de operação automático. Branco Circuitos sob tensão em operação (funcionalmente) normal Chave principal na posição LIGA.-Escolha da velocidade ou do sentido de rotação.-Acionamentos individuais e dispositivos auxiliares estão operando. Máquina em movimento. Azul Informação Todas as funções para as quais não se aplicam as cores acima 98 Em alguns casos, pode-se usar sinaleiro com visor translúcido, que possibilita a inserção de dizeres, números ou símbolos em suas lentes. A especificação é feita de acordo com o modelo (que determina suas dimensões, cores, etc.), diâmetro da furação e forma de fixação ao painel, que é por meio de rosca no corpo do sinalizador. b) Elemento Soquete É um dispositivo acoplável aos elementos frontais de comando. São projetados para uso de lâmpadas incandescentes - soquetes E-14 e BA9S. O elemento soquete pode ser acoplado a um transformador, resistor, conversor ou um pisca - pisca, de acordo com as características elétricas da lâmpada usada e do tipo de sinalização, conforme Figura 1.123. Figura 1.123: Elemento soquete. Fonte: SENAI. MG. 1998. p. 93. A especificação do sinaleiro é feita de acordo com o tipo de lâmpada a ser usada, tensão, potência e temperatura nos quais o componente será submetido. Exemplo: 220V/2W (T= 85º C) Abaixo estão apresentados alguns dados técnicos de sinaleiros da Linha Sinofix, retirados de catálogo eletrônico da Ace Schmersal. “Corpo: Termoplástico”; Aro frontal: Termoplástico; Visor: Termoplástico, internamente estriado ou serrilhado; 99 Fixação ao painel: Por pressão/encaixe no furo; Espessura da chapa do painel: Entre 0,8 e 2,0 mm; Lâmpadas: a) Incandescente de 6, 12, 24 e 48 ~ / b) Neon de 110 e 220V~ (com resistor)/c) Diodos luminosos de 6, 12, 24 e 48V~ (com resistor e diodo de proteção) d) LED de 6, 12, 24, 48 e 110V; Ligação: Terminais chatos de latão estanhado 2,8 x 0,8 mm, soldáveis ou "plug-in"; Temperatura admissível: 70º C; Proteção: IP40 no frontal do painel. 1.16 Terminais 1.16.1 Introdução Os terminais são componentes que são conectados aos condutores dos circuitos e tem como função aumentar o contato elétrico entre o condutor e o borne ou outro local a ser conectado o condutor, eliminando assim, as perdas devido ao mal contato. 1.16.2 Tipos de terminais Terminal e luva pré isolados São terminais fabricados em cobre eletrolítico com acabamento estanhado e a isolação em PVC, normalmente tem ranhuras no interior para melhorar o contato elétrico e aumentar a resistência ao deslizamento do condutor. Normalmente abrange as bitolas de 0,25 a 6mm², podendo ser sem isolação, pré-isolados e pré-isolados reforçados. Constituem-se em: anéis, forquilhas, forquilhas tipo anel, anzóis, linguetas planas, forquilhas pontas dobradas, pinos, pinos retos, luvas de emenda, paralelos de derivação, etc. Figura 1.124: Terminais. Fonte: < http://www.crimper.com.br>. Acesso em: 29 maio 2007. 100 É possível identificar a seção transversal do cabo que poderá ser conectado aos terminais através de um código de cores, sendo: Exemplo: Os terminais de cor vermelha – Cabos de 0,5 a 1,5 mm²; Os terminais de cor azul – Cabos de 1,5 a 2,5 mm²; Os terminais de cor amarela – Cabos de 4,0 a 6,0 mm². Figura 1.125: Identificação dos terminais pela cor. Fonte: <http://www.intelli.com.br/produtos.phpis>. Acesso em: 29 maio 2007. Terminais de encaixe São terminais fabricados a partir de fitas de latão ou cobre, possui tratamento superficial de estanho. Abrange as bitolas de 0,25 a 6mm², podendo ser sem isolação, com isolação e com garra, pré-isolados, pré-isolados reforçados, totalmente isolados e isolados em acopladores de nylon. Constituem-se normalmente em engates tipo fêmea, engates tipo fêmea totalmente isolados, engates tipo macho, engates tipo macho-fêmea, etc. Figura 1.126: Terminais de encaixe. Fonte: < http://www.intelli.com.br/produtos>. Acesso em: 29 maio 2007. 101 Terminais e luvas tubulares Normalmente são fabricados a partir de tubos de cobre de alta condutibilidade e possui tratamento superficial de estanho, resistente aos efeitos da corrosão. Abrange a bitolas de 0,50 a 630,00mm², podendo ser nos seguintes modelos: terminais tubulares: 1 furo e 1 compressão ou 1 furo e 2 compressões, 2 furos e 1 compressão ou 2 furos e 2 compressões. Luvas tubulares: 1 compressão ou 2 compressões, ambas com limitador central para posicionar corretamente os condutores. Figura 1.127: Terminais e luvas tubulares. Fonte: < http://www.crimper.com.br>. Acesso em: 29maio 2007. Terminal Pré-isolado tipo ilhós (Pino Tubular) “São terminais fabricados em cobre com camada de estanho. Apropriado para uso em componentes eletro-eletrônicos que exigem reduzidas dimensões para contato e excelente resistência às vibrações. Disponíveis para cabos de bitola 0,75 a 25 mm².” Figura 1.128: Terminais tipo ilhós. Fonte: < http://www.intelli.com.br>. Acesso em: 29 maio 2007. 102 Ferramentas As ferramentas para aplicação deverão ser escolhidas de acordo com o tipo de terminal que está sendo utilizado. Na Figura 1.129 estão representados alguns tipos de alicates usados para aplicação de terminais, disponíveis no mercado. Figura 1.129: Alicates prensa-terminais. Fonte: <http://www.hellermann.com.br>. Acesso em: 29 maio 2007. 103 Figura 1.130 Bornes de conexões. 1.17 Bornes de conexão 1.17.1 Introdução São dispositivos usados nas instalações elétricas para facilitar o processo de interligação entre circuitos, como alimentação, carga, teste, e medição, proporcionando para tais circuitos, a possibilidade dederivações, emendas, continuidade, ligações, saídas, etc. (Figura 1.130). Fonte: <http://www.siemens.com.br/upfiles>. Acesso em: 30 maio 2007. 1.17.2 Simbologia O símbolo de borne de conexão é mostrado na Figura 1.131. Figura 1.131 Símbolo de borne de conexão. 104 1.17.3 Constituição de um sistema de conexão Os conectores, com seus respectivos acessórios representam um sistema fácil e flexível de conexões, resolvendo inúmeros problemas de ligações elétricas, mediante um mínimo de peças necessárias. Os componentes deste sistema são: a) Componente principal: conector unipolar b) Acessórios: placa final, garra final, trilho, placa separadora, ponte de interligação, identificadores e tampa de proteção. + Figura 1.132: Componentes de um sistema de conexão. Fonte: <http://www.conexel.com.br>. Acesso em: 16 maio 2007. Conector Unipolar Possui corpo isolante que permite a montagem e isolamento das peças condutoras (contatos). Apresenta bornes em seus extremos, para entrada dos condutores e em sua parte inferior uma saliência, que serve para encaixe do conector ao trilho (Figura 1.133). Figura 1.133: Conector unipolar. Fonte: <http://www.siemens.com.br>. Acesso 30 maio 2007. 105 Placa Final É uma placa isolante que serve para fechar o último conector montado no trilho, conforme mostra a Figura 1.134. Figura 1.134 Placa final. Fonte: <http://www.conexel.com.br>. Acesso em: 16 maio 2007. Garra Final Elementos que são fixados nas extremidades do trilho, para evitar o desprendimento dos conectores. Para cada conjunto de conectores são utilizadas duas garras de fixação, também chamadas de postes. Observe a Figura 1.135. Figura 1.135: Garra final ou poste. Fonte: <http://www.conexel.com.br>. Acesso em: 16 maio 2007. 106 Trilho É o elemento suporte, onde serão fixados os conectores unipolares e outros elementos acessórios, apresentado na Figura 1.136. Figura 1.136. Trilho. Fonte: <http://www.conexel.com.br> . Acesso em: 16 maio 2007. Placa Separadora É uma placa que serve para separar e isolar os bornes. Na Figura 1.137, podemos observar um conjunto de conectores unipolares, onde temos 03 placas separadoras na cor amarela. Figura 1.137: Placa separadora. Fonte: <http://www.siemens.com.br>. Acesso em: 30 maio 2007. 107 Ponte de Interligação Serve para interligar dois ou mais conectores, de acordo com a necessidade do circuito. (Figura 1.138). Figura 1.138: Ponte de interligação. Fonte: <http://www.conexel.com.br> . Acesso em: 16 maio 2007. Identificadores São de diversos modelos e utilizados para identificar os bornes dos conectores. São encaixados no conector manualmente. Observe a Figura 1.139. Figura 1.139: Identificador de bornes. Fonte: <http://www.conexel.com.br>. Acesso em: 16 maio 2007. 1.17.4 Características elétricas As principais características deste dispositivo são: Tensão de Isolação: deve superar o valor da tensão da rede onde serão instaladas. 108 Corrente Nominal: varia de acordo com a capacidade de corrente dos condutores instalados. Seção dos Condutores: possuem uma faixa para os valores de seção, que estabelece os limites máximo e mínimo das bitolas dos condutores adequados a cada tipo de borne. Tensão Nominal: deve ser compatível com a tensão onde o borne será instalado. A Tabela 3 apresenta os dados técnicos de um conector da linha 8WAI da Siemens. Tabela 3 Conector 8WAI Siemens Seção (mm2) 2,5 4,0 Corrente Permanente (A) 26,0 34,0 Tipo de condutor Fio (mm2) Cabo Flexível (mm2) 0,25 - 4,0 0,5 - 2,5 0,5 - 6,0 1,5 - 4,0 Temperatura Ambiente até 55º até 55º Temperatura Máxima 100º 100º Tensão de Isolação 800 V 800 V 1.17.5 Tipos de conectores unipolares Conectores de Passagem São usados para permitir a continuidade do circuito, emenda nos condutores, saídas, etc. São fabricados para cabos entre 2,5 mm2 e 35 mm2 (Figura 1.140). Figura 1.140: Conectores de passagem. Fonte: http://www.siemens.com.br/upfiles>. Acesso em: 30 maio 2007. 109 Conectores Seccionadores de Medição São utilizados para testar e seccionar circuitos com transformadores de corrente, sem interrupção do serviço (Figura 1.141). Figura 1.141: Conectores seccionadores. Fonte: <http://www.siemens.com.br/upfiles>. Acesso em: 30 maio 2007. Conector Seccionador Fusível Além de fazer a conexão entre as partes do circuito, destina-se à proteção de curto-circuito (Figura 1.142). Figura 1.142: Conector seccionador fusível. Fonte: <http://www.siemens.com.br/upfiles>. Acesso em: 30 maio 2007. Conectores Terra É um tipo de conector de passagem que efetua a continuidade elétrica dos circuitos e o aterramento dos mesmos. 110 Figura 1.143: Conector Terra. Fonte: <http://www.siemens.com.br> Acesso em: 30 maio 2007. OBS: além dos conectores unipolares, existem outros tipos, tais como: conectores em barra (Sindal), conectores para motores, etc... 111 Esquemas Elétricos Esquema elétrico – e não um diagrama – é a representação parcial ou total de uma instalação elétrica. O esquema é representado por símbolos gráficos definidos por normas nacionais (ABNT, dentre elas a NBR-5444) e normas internacionais. 3.1 Redes de alimentação As redes de alimentação são classificadas de acordo com o número de fases: rede com apenas uma fase é denominada monofásica, com duas fases é bifásica e com três é trifásica. Figura 3.1: Redes de alimentação. Na representação da rede, é necessário indicar a quantidade de fases, se existe condutor neutro, forma de onda, frequência, e tensão. Exemplo: na representação – 3N~60Hz-220V temos as indicações de três condutores fases(3), neutro(N), onda senoidal (~), frequência (60 Hz), tensão (220V). 112 FN 3 FN 3 Rede monofásica É composta por dois condutores (fios ou cabos), estes condutores são denominados de fase e neutro. (Figura 3.1a). Rede bifásica É composta por dois ou três condutores; dois condutores fases e um neutro. A tensão indicada no diagrama corresponde à tensão presente entre as duas fases. A vantagem de se usar o neutro está na possibilidade de se obter uma tensão entre fase-neutro 3 menor que a tensão fase-fase. (Figura 3.1b). Rede trifásica Numa rede de alimentação trifásica, as fases são denominadas de L1, L2 e L3 ou então, R, S, T. O neutro é representado por N e o condutor de proteção por PE. A rede trifásica pode ser a três ou quatro condutores ou seja; utilizando apenas três fases (Figura 3.1c) ou três fases e neutro (figura 3.1d). A utilização do neutro apresenta a mesma vantagem descrita para a rede bifásica. Nas redes descritas na figura 3.1 pode-seainda acrescentar o condutor de proteção (condutor terra), conforme demonstrado nas Figuras 3.1a e 3.1e. Uma rede trifásica de 380V entre fases permite obter uma tensão entre fase-neutro de 220V. E numa rede trifásica de 220V obtêm-se entre fase e neutro uma tensão de 127V. Veja cálculo a seguir. U = 380 220V U = 220 127V 113 3.2 Tipos de esquemas elétricos Definição Dependendo da complexidade de ligações em um diagrama elétrico, este diagrama pode ser representado na forma simplificada (unifilar) ou detalhada (multifilar), ou (funcional). Estes esquemas utilizam simbologias específicas que representam a instalação elétrica, seja residencial, comercial ou industrial. Esquema Unifilar No diagrama Unifilar, um conjunto de condutores é representado por apenas uma linha. A Figura 3.2 apresenta o diagrama Unifilar representando um circuito monofásico. Alguns símbolos são utilizados para representar a multiplicidade de componentes existentes no circuito. Figura 3.2: Esquema elétrico unifilar. Esquema multifilar É a forma de representação na qual todos os condutores e sistema elétrico são representados com detalhes, porém, é utilizado para diagramas mais simples. (Figura 3.3). 114 Figura 3.3: Esquema elétrico unifilar. Esquema funcional Em esquemas mais complexos passou-se a utilizar esquemas funcionais. Este tipo de esquema representa com clareza o processo e o modo de atuação dos contatos, facilitando a compreensão da instalação e o acompanhamento dos diversos circuitos na localização de eventuais defeitos. Basicamente o esquema funcional é composto por 2 circuitos: o circuito principal ou de força e o circuito de comando. A Figura 3.4 mostra um esquema contendo os dois tipos de circuitos, e com detalhes, as conexões entre os componentes ligados a uma rede trifásica. Circuito Principal ou de Força Circuito onde estão localizados todos os elementos que tem interferência direta na alimentação da máquina, ou seja, aqueles elementos por onde circula a corrente que alimenta a respectiva máquina. (Figura 3.4a). 115 Figura 3.4: Esquema funcional. Circuito Auxiliar ou de Comando Circuito onde estão todos os elementos que atuam indiretamente na abertura, fechamento e sinalização dos dispositivos utilizados no acionamento da máquina, em condições normais e anormais de funcionamento. (Figura 3.4b). 3.3 Interligação das bobinas do motor trifásico de indução Introdução Para entender como interligar as bobinas do motor e ligá-lo corretamente na rede de energia elétrica de forma a atender às necessidade da instalação, é necessário conhecer as entradas e saídas das bobinas. A Figura 3.5 apresenta a representação do agrupamento de bobinas de um motor de 06 e 12 terminais. 116 Figura 3.5: Terminais de bobinas do motor de indução trifásico. Fechamento em triângulo e fechamento em estrela Pode-se observar pela Figura 3.6 que o fechamento em triângulo () é utilizado quando se deseja ligar o motor na menor tensão, indicada na placa de dados do motor. Logicamente, o fechamento em estrela (Y) destina-se à ligação para maior tensão. Figura 3.6: Interligação em e Y para motor de 06 terminais. 117 Na ligação em triângulo, cada bobina do motor fica submetida ao valor da tensão total da rede elétrica, nesse caso exemplificado 220V. No fechamento em estrela a tensão em cada bobina será 3 menor que a tensão da rede (tensão de linha). Explicando melhor: se o motor é fechado em estrela significa que será ligado, conforme o exemplo, em 380V; portanto, a tensão em cada bobina (tensão de fase) será 220V. Este conhecimento será importantíssimo na análise de sistemas de partida de motores trifásicos de indução. Os motores trifásicos de 12 terminais apresentam a possibilidade de serem ligados em quatro diferentes níveis de tensão: 220/380/440/760V. A forma de realizar a interligação das bobinas em 220V será demonstrada na Figura 3.7. Fechamento em triângulo paralelo ( ) – para 220V. Figura 3.7: Interligação em paralelo para 220V. As demais ligações serão demonstradas nas Figuras a seguir. 118 Fechamento em estrela paralela (YY) – para 380V. Figura 3.8: Interligação YY em paralelo para 380V. Fechamento em triângulo e estrela série A Figura 3.9 apresenta o sistema de fechamento para motor trifásico de indução para as tensões de 440V e 760V. Figura 3.9: Interligação em série e Y em série para motor de doze terminais. 119 3.4 Sistemas de partidas para motores de indução trifásicos Existem vários sistemas de partidas de motores, cada qual com sua peculiaridade. O sistema de partida indica a forma como o motor deve iniciar sua marcha (partida) e em alguns casos o sentido de rotação. Os sistemas de partidas podem ser manuais ou automáticos. Neste estudo será abordado o sistema automático. 3.4.1 Partida direta É o método de acionamento de motores de corrente alternada, na qual o motor é conectado diretamente à rede elétrica. Ou seja, ela se dá quando aplicamos a tensão nominal sobre os enrolamentos do estator do motor, de maneira direta. Neste tipo de partida, a corrente de pico (Ip) pode variar de 4 a 12 vezes a corrente nominal do motor, sendo a forma mais simples de partir um motor. Comumente, a vantagem principal é o custo, pois não é necessário nenhum outro dispositivo de suporte que auxilie a suavizar as amplitudes de corrente durante a partida. Há inúmeras desvantagens com relação a outros métodos de partida, como por exemplo, um transiente de corrente e torque durante a partida. A corrente variando entre 4 e 12 vezes a nominal, obriga o projetista do sistema elétrico a superdimensionar o sistema de alimentação, disjuntores, fusíveis, que fazem parte do circuito elétrico que alimenta o motor. Dependendo dos valores de pico de corrente, a tensão do sistema pode sofrer quedas. O Transiente de torque faz com que os componentes mecânicos associados ao eixo do motor, sofram desgaste prematuro. A situação piora à medida que a potência elétrica do motor aumenta. Métodos alternativos que suavizam a partida direta podem ser obtidos com contatores e temporizadores (partida Estrela- Triângulo), Autotransformadores ou sistemas eletrônicos como os Soft Starters. 120 Circuito de carga e comando Figura 3.10: Partida direta. Funcionamento Na Figura 3.10, encontram-se os dois tipos de circuitos. O circuito da esquerda é denominado circuito de carga e o da direita, circuito de comando. O circuito de partida apresentado é o convencional, ou seja, utiliza fusíveis para proteção contra curto-circuito e sobre carga de longa duração e relé térmico para proteção contra falta de fase no motor. Para analisar o funcionamento do circuito deve-se considerar a linha de alimentação energizada (ligada). Então, o circuito funcionaassim: Acionando o botão pulsante S1, a bobina do contator K1 energiza e aciona (fecha) os contatos principais que estão em série com o motor M fazendo-o girar para a direita o para a esquerda. No mesmo instante o contato auxiliar NA (13 e 14), 121 denominado contato de “selo”, também se fecha permitindo que se tire o dedo de S1 e o contator se mantenha energizado. Ao pressionar o botão pulsante S0, interrompe-se a alimentação da bobina de K1 que desliga e conseqüentemente abre os contatos principais e auxiliar. Nesta condição o motor será desligado. Qualquer problema que houver no circuito de carga ou de comando, o motor será desligado. Caso o relé de sobrecarga F3 atuar, por exemplo, por falta de fase, seus contatos principais e auxiliar se abrirão, desligando o motor e o comando simultaneamente. 122 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. http://www.amt.efacec.pt/images. Acesso em: 05 jul. 2007. 2. http://www.b2babimaq.com.br. 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