Unidade 3 Relés de Comando e Proteção

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Universidade Estácio de Sá
Disciplina: Automatização de Comandos Elétricos – CCE0697
Unidade 3 – Relés de Comando e Proteção
➢ Unidade 3 – Relés de Comando e Proteção.
3.1 – Relé Térmico:
Relé térmico é um dispositivo que protege os motores
elétricos contra os efeitos de sobrecarga, atuando
pelo efeito térmico causado pela corrente elétrica.
Esse relé funciona baseado na deformação que
ocorre nos elementos bimetálicos, quando sofrem um
aumento de temperatura.
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O Relé é um dispositivo utilizado para a proteção de circuitos em relação à
sobrecarga (aumento da intensidade de corrente de forma gradual) e,
diferentemente dos fusíveis, que atuam uma única vez (queima do filamento), os
relés atuam diversas vezes durante sua vida útil, sem a necessidade de
substituição.
A operação do dispositivo é baseada em um método indireto de detecção de
sobrecarga em motores. O elemento bimetálico é constituído por duas lâminas,
bastante finas, de metais de diferentes coeficientes de dilatação. Essas lâminas
são de níquel e ferro, sobrepostas e soldadas, formando o bimetal.
A figura ao lado ilustra essa condição.
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Como o coeficiente de dilatação do ferro é
menor que o do níquel, este conjunto, quando
aquecido, provoca um encurvamento.
∆𝑙 = 𝑙𝑜. α. ∆θ
Níquel 
Ferro 
Lâmina bimetálica
α1 > α2 AB = CD 
Deflexão da Lâmina quando aquecida
AB > CD 
Esse efeito é aproveitado para proteger os motores elétricos, para que não
venham a queimar o seu bobinado na ocasião de sobrecarga.
Níquel 
Ferro 
A figura abaixo ilustra, de forma básica, o processo de desligamento em função da
curvatura do elemento bimetálico.
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Portanto, o dispositivo em questão é utilizado para proteger motores e afins de
possíveis superaquecimentos causados por alguns tipo de problemas como, por
exemplo, sobrecarga mecânica, tempo de partida muito alto, rotor bloqueado,
desvio de tensão e de frequência.
Para efetuar a supervisão do motor, é colocado um elemento térmico em cada
condutor fase. Assim o modelo térmico de motores trifásicos consiste em três
elementos térmicos, sendo um para cada fase. Na utilização do relé térmico não
se faz presente a proteção contra curto-circuito, sendo necessária a presença de
fusíveis ou disjuntores para a proteção completa.
Quando ocorre um desarme, após a atuação do relé, o retorno de operação pode
ser automático ou manual. No modo automático, logo após o desarme, quando o
elemento bimetálico retornar a uma temperatura adequada, o rele rearma
automaticamente. Entretanto, nessa condição, por razões de segurança, é
imprescindível executar algum tipo de intertravamento no contator, com o intuito
de impossibilitar o acionamento do motor elétrico novamente, sem a execução de
um comando numa botoeira.
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Na operação de retorno manual, em caso de desarme, o relé somente volta a
operar mediante o pressionamento do botão de rearme.
Como já vimos, a deformação dos bimetálicos resulta do aquecimento provocado
pela corrente que circula nas fases e também das variações de temperatura
ambiente. Para minimizar esses efeito, existe um bimetálico de compensação,
influenciado unicamente pelas variações de temperatura. Somente a deformação
originada pela corrente pode modificar a posição dos bimetálicos e provocar o
disparo do relé. Geralmente, o relé térmico compensado é insensível as
variações da temperatura ambiente entre – 40oC e + 60oC.
Como já citado, os relés térmicos protegem os motores contra sobrecargas, porém
na partida, tem-se um pico de corrente e os relés devem deixar passar a
sobrecarga temporária resultante do pico de corrente de partida e disparar
unicamente se esse pico, isto é, o tempo de partida, for prolongado. Dependendo
das aplicações, o tempo normal de partida dos motores pode variar de alguns
segundos a algumas dezenas de segundos (máquinas com uma grande inercia).
Sendo assim, são necessários relés adaptados ao tempo de partida de acordo
com as seguintes classes de desligamento:
• Relés classe 10: aplicações com tempo de partida inferior a 10 segundos;
• Relés classe 20: aplicações com tempo de partida de até 20 segundos;
• Relés classe 30: aplicações com tempo de partida de até 30 segundos.
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Portanto, a classe de desligamento de um relé térmico é dada pelo tempo
máximo em segundos que pode durar uma partida de um motor sem que o relé
desarme. Geralmente as classes de relés são definidas como 10, 20 ou 30.
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A composição dos relé térmico é a seguinte:
1 – Botão de rearme;
2 – Contatos auxiliares;
3 – Botão de teste;
4 – Lâmina bimetálica auxiliar (compensação de
temperatura);
5 – Cursor de arraste;
6 – Lâmina bimetálica principal;
7 – Ajuste de corrente.
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A seguir será ilustrada a vista frontal de um exemplo do dispositivo relé térmico e
suas respectivas funções.
Contatos principais
(saída)
Contatos de principais 
(entrada)
Regulação do limite
de intensidade de
corrente elétrica
Botão de parada
Contatos auxiliares
Rearme manual ou 
automático
Botão de rearme
Os relés térmicos permitem uma regulagem, para atuarem num determinado valor de
intensidade de corrente elétrica, dentro da faixa de operação do dispositivo e de
acordo com a carga a ser alimentada. Essa regulagem é feita girando-se o botão da
regulagem até que o valor correspondente à corrente nominal do motor seja atingido.
A figura ao lado, a interligação entre um contator e um
relé térmico.
A simbologia de um relé térmico está
ilustrada ao lado, com os contatos
principais e os contatos auxiliares.
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Os relés devem ser dimensionados de forma que contenham em sua faixa de
ajuste a corrente nominal (In) que circula pelo trecho onde está ligado. Cada relé
cobre apenas uma faixa de valores de intensidade de corrente e, portanto, cada
fabricante oferece uma grande variedade de relés térmicos.
O relé não deve ser dimensionado com a corrente nominal do circuito situada no
extremo superior de sua faixa de ajuste, pois se houver necessidade do motor ser
usado com fator de serviço acima de 1, o relé não permitirá tal corrente, mesmo
que o motor suporte essa situação. O ajuste de corrente nos relés deve ser feito
da seguinte maneira:
𝐼𝑟 = 1,15 𝑎𝑡é 1,25 × 𝐼𝑛
Sendo:
In: Corrente nominal do motor.
Ir: Corrente de ajuste do relé térmico.
No caso de motores com fator de serviço igual ou
superior a 115% ou motores com uma elevação de
temperatura admissível de 40ºC, o ajuste pode ser
até 125% da corrente nominal (1,25 x In). Nos
demais casos, os relés térmicos devem ser
ajustados em 115% da corrente nominal (1,15 x In).
Fator de Serviço (FS), aplicado à potência nominal, indica a carga permissível que pode ser aplicada continuamente
ao motor, sob condições especificadas. É uma capacidade de sobrecarga contínua, uma reserva de potência que dá
ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento em condições desfavoráveis. O fator de serviço não
deve ser confundido com a capacidade de sobrecarga momentânea, durante alguns minutos.
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3.2 – Relé de Falta de Fase:
Tem como objetivo monitorar, supervisionar, as fases que estão chegando em um
painel de comando. Em caso da falta de fornecimento de uma das fases, em
função de problemas no fornecimento de energia ou algum problema antes do
painel de comando, ele vai acionar um contato (aberto ou fechado) para que seja
feita uma intervenção no painel de comando. A figura a seguir ilustra um relé de
falta de fase.
Ele possui três entradas L1, L2 e L3 que recebem as fases. A
partir do momento que essas entradassão energizadas, o relé
comuta, fechando seu contato NA (Normalmente Aberto) e abrindo
o NF (Normalmente Fechado). Portanto, caso haja uma falha,
o relé é desenergizado e seus contatos realizam a operação
inversa. Tipicamente, o contato NA é usado para energização da
bobina de um contator, que deverá ser desenergizada se houver
falta de fase, abrindo o contator. A seguir será ilustrado o
procedimento de ligação de um rele de falta de fase bastante
utilizado na indústria.
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L1 L2 L3 C
NF NA
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16 18
Entrada das fases
Indica que o relé 
está energizado, 
existe L1, L2 e L3
Indica que o 
contato entre 15 e 
18 está fechado
Contato de entrada
Contato de saída
Para ajuste do percentual 
de diferença entre os 
valores das fases. 
A B N
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L1 L2 L3 C
NF NA
15
16 18
Entrada das fases
Indica que o relé 
está energizado, 
existe L1, L2 e L3
Indica que o 
contato entre 15 e 
18 está fechado
Contato de entrada
Contato de saída
Para ajuste do 
percentual de diferença 
entre os valores das 
fases. 
A B N
Pode-se também fazer a ligação do neutro, para
fins de supervisão. Para isso, é necessário fazer
um jumper entre A e B, é ligar o neutro no borne
N. Em caso de falta de neutro, o contato 15 e 18
será aberto. Nesse caso, o LED vermelho irá
apagar. O LED verde continuará acesso,
indicando a presença das fases. Em caso de
volta do neutro, o contato 15 e 18 é fechado
novamente.
Em caso de falta 
de fase todos os 
LEDs se apagam 
(contato 15 e 18 
aberto; e falta de 
fase)
3.3 – Relé de Sequência de Fase.
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Tem o objetivo de apenas monitorar as fases de um sistema trifásico, para que
em caso de uma inversão de fase, gerada, por exemplo, em uma falha no
fornecimento da distribuidora local, não ocorra a alimentação de motores.
Portanto, sempre que há uma anomalia no sistema, o relé comuta sua saída
para interromper a operação do motor ou processo a ser protegido.
Existem fabricantes que disponibilizam relés de proteção nas seguintes
aplicações:
• Relé falta de fase;
• Relé de sequência de fase;
• Relé de falta de fase e sequência de fase.
O esquema de ligação já foi apresentado no tópico anterior.
3.4 – Relé de Máxima e Mínima Tensão.
Tem como função monitorar as variações máximas e mínimas de tensão nas
quais uma alimentação trifásica pode operar. Sempre que houver uma condição
de subtensão ou sobretensão, o relé comutará sua saída para interromper a
operação do motor ou processo monitorado.
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O esquema de ligação
também segue o padrão
citado no tópico 3.2.
Ajuste da Sensibilidade: O
ajuste da sensibilidade
(limite) é feito através do
seletor localizado na frontal
do relé. O range é de -15%
à -3% (para subtensão) e
de +3% à +15% (para
sobretensão).
3.5 – Relé de Proteção PTC.
Trata-se de um dispositivo de proteção que permite, em máquinas (motores,
geradores, etc...) equipadas com um sensor de temperatura PTC, o
monitoramento da variação da temperatura no equipamento, realizando a
proteção do mesmo a partir de informações recebidas pelo sensor PTC.
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Termistores: são componentes eletrônicos que tem a
capacidade de alterar a resistência ôhmica com a variação
da temperatura. Existem Termistores com coeficiente de
temperatura positiva (PTC) e com coeficiente de temperatura
negativa (NTC).
• NTC: diminuição no valor ôhmico do termistor quando
ocorrer um aumento de temperatura. Exemplo de
aplicação: disparo de sistemas de refrigeração.
• PTC: aumento no valor ôhmico do termistor quando
ocorrer um aumento de temperatura. Exemplo de
aplicação: proteção em motores elétricos.
Alimentação 
Entrada 
do sensor 
PTC Saída 
O Relé ilustrado acima deve ser ligado em série a sensores tipo PTC
(máximo de 3), ao ser energizado, estando a temperatura abaixo do
valor de desarme, o relé de saída será comutado (energizado)
instantaneamente, acionando o LED vermelho. Existindo uma elevação
de temperatura acima de seu limite de ruptura, ocorrerá uma variação
abrupta na resistência do sensor PTC, e o relé de saída será
desenergizado (LED vermelho desliga), o relé será novamente
energizado assim que a temperatura retorne aos valores normais.
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O bloco antiparasita ou supressor de sobretensão é instalado em paralelo com a
bobina do contator e possui a função de atenuar os picos de tensão gerados
pelo chaveamento do contator. Esses blocos são opcionais ao contator.
3.6 – Bloco Antiparasita.
Montagem frontal 
no contator
Montagem direta nos 
terminais da bobina
➢ Bibliografia Complementar:
❖ CREDER, Hélio. Instalações elétricas. 15. ed. Rio de Janeiro: LTC,
2007;
❖ EDMINISTER, Joseph A. Circuitos elétricos. 2. ed. São Paulo:
McGraw-Hill, 1985;
❖ FRANCHI, Claiton Moro. Acionamentos elétricos. São Paulo: Érica,
2007.
➢ Bibliografia Complementar:
❖ AHMED, Ashfaq. Eletrônica de potência. São Paulo: Prentice-Hall,
2000;
❖ COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações elétricas. 3. ed. São Paulo:
Makron, 1993;
❖ NISKIER, Julio; MACINTYRE, Archibald Joseph. Instalações Elétricas.
5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008;
❖ SANCHES, Durval. Eletrônica industrial: montagem. Rio de Janeiro:
Interciência, 2000;
❖ CAVALCANTI, Paulo João Mendes. Fundamentos de eletrotécnica:
para técnicos em eletrônica. 21. ed. rev. e melh. Rio de Janeiro:
Freitas Bastos, 2001.
➢ Outras Bibliografias:
❖ Elétrica World – www.youtube.com