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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS Delmonte Friedrich Relés e contatores Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar os símbolos e as funções de relés e contatores usados nos diagramas esquemáticos. Descrever as diferentes maneiras com que relés e contatores são utilizados. Explicar como relés e contatores são especificados. Introdução Neste capítulo, você vai identificar os símbolos e as funções de relés e contatores usados nos diagramas esquemáticos, que são símbolos gráficos usados para representar componentes e equipamentos elétricos em uma instalação elétrica ou parte de uma instalação. Além disso, você vai saber como os relés e os contatores são utilizados e como são especificados. Símbolos e funções de relés e contatores usados nos diagramas esquemáticos No campo da engenharia elétrica, utilizamos diagramas esquemáticos, que são símbolos gráficos para representar componentes e equipamentos elétricos em uma instalação elétrica ou parte de uma instalação. Esses diagramas esquemáticos têm a função de padronizar essa instalação para que todos os profissionais envolvidos em um projeto da área elétrica tenham uma visão padronizada do que se pretende executar. O profissional da área deverá saber ler e interpretar de forma correta esses diagramas esquemáticos, pois eles garantem uma linguagem padrão comum a todos os profissionais indiferentemente da cidade ou do país onde será rea- lizada a instalação ou a manutenção elétrica. Essa padronização é realizada a partir de normas nacionais e internacionais, como as simbologias brasileira (ABNT), internacional (IEC), alemã (DIN) e norte-americana (ANSI). Esses diagramas seguem um padrão mundial e seu objetivo é estabelecer símbolos gráficos em desenhos técnicos ou diagramas esquemáticos de circuitos de comandos eletromecânicos, ou seja, se uma máquina foi projetada na China, podemos instalar perfeitamente no Brasil ou vice-versa, assim como fazer sua manutenção posterior seguindo esses diagramas esquemáticos padronizados internacionalmente. Confira a relação de normas relacionadas aos comandos elétricos: ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) IEC (Internacional Electrotechnical Commission) EN (Europaische Norm) ANSI (American National Standards Institute) NEMA (National Electrical Manufactures Association) UL (Underwriters Laboratories) DIN (Deutsches Institut fur Normung) VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker) A norma utilizada para dispositivo de manobra e comando de baixa tensão é a ABNT NBR IEC 60947-1:2013. Agora que conhecemos algumas normas nacionais e internacionais dos diagramas esquemáticos elétricos, vamos identificar os símbolos e as funções de dois componentes elétricos muito importantes, os contatores e os relés. Funções dos contatores Apesar de poder ser utilizado em vários comandos elétricos, sua maior utili- zação é em circuitos de manobra em partidas de motores elétricos, desde as mais simples montagens, como a partida direta e com reversão, até as mais complexas, como a partida estrela-triângulo e com chave compensadora. Esse componente pode ser utilizado tanto em motores monofásicos como em motores trifásicos, pois seus contatos permitem a comutação de correntes elevadas acionadas por simples comandos e controles remotos. Relés e contatores2 Simbologia dos contatores O conjunto dos contatos principais e dos contatos auxiliares com a bobina é visto na Figura 1 com as suas simbologias. Figura 1. Simbologia do contator (bobina), contatos principais e contatos auxiliares. Fonte: Adaptada de AndyPositive/Shutterstock.com. Contatos auxiliares 14 24 32 42 13 23 31 41 NA NA NF NF Contatos principais 4 5 6 1 2 3 C Notamos, na figura anterior, que há uma linha tracejada indicando que quando o contator está energizado, os contatos auxiliares e os contatos de potência mudam de posição de forma simultânea. 3Relés e contatores Sistema de acionamento dos contatores O acionamento dos contatores pode ser realizado com corrente alternada (CA) ou contínua (CC), por serem dotados de sistemas específicos (bobina e núcleo) para cada tipo de corrente. Segundo a ABNT NBR IEC 60947-4, a identificação de terminais de contatores e de relés associados fornece informações sobre a função de cada terminal ou de sua localização em relação a outros terminais e demais aplica- ções. As bobinas são identificadas de forma alfanumérica com A1 e A2. Os terminais do circuito principal devem ser identificados por números unitários e por um sistema alfanumérico. Os terminais 1L1, 3L2 e 5L3 voltam-se para a rede (fonte) e os terminais 2T1, 4T2 e 6T3, para a carga. Os terminais dos circuitos auxiliares devem ser marcados ou identificados nos diagramas por meio de figura com dois números, a saber: a unidade re- presenta a função do contato e a dezena representa a sequência de numeração (Figura 2). Figura 2. Representação dos contatos auxiliares. Número de sequência (1º contato) Número de função (NA) Função (NF)Sequência (2º contato) 13 14 21 22 Número de função e número de sequência Os números de função 1,2 são próprios de contatos normalmente fechados, e 3,4 são próprios de contatos normalmente abertos. A norma diz que terminais pertencentes a um mesmo elemento de contato devem ser marcados com o mesmo número de sequência. Na Figura 3, notamos as sequências (da esquerda para a direita) 1 (contato NA), 2 (contato NA), 3 (contato NF) e 4 (contato NF). Relés e contatores4 Figura 3. Sequência de contatos. Fonte: Adaptada de AndyPositive/Shutterstock.com. Funções dos relés Quando utilizamos os relés em uma instalação elétrica, uma das suas principais funções é que o funcionamento de outros aparelhos conectados ao circuito que estejam ligados ao relé se alterem pela passagem da corrente elétrica dependendo das características que se deseja alterar nestes sistemas. Esses dispositivos também têm como função, em alguns tipos e modelos, proteger o sistema elétrico de sobrecargas e falta de fase. 5Relés e contatores Simbologias dos relés de sobrecarga Os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga (Figura 4) devem ser marcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores. Os terminais dos circuitos auxiliares de relé devem ser marcados da mesma forma que os de contatores, com funções específicas. O número de sequência deve ser o 9, e se existir uma segunda sequência, será identificada com o zero. Figura 4. Nomenclatura de um relé de sobrecarga com a sua simbologia. Fonte: Adaptada de Wichien Tepsuttinun/Shutterstock.com. Relés e contatores6 Simbologia dos relés de temporização Alguns relés têm simbologia própria, como é o caso dos temporizadores e dos de sobrecorrente térmicos. As chaves desses relés, quando separadas de seu atuador, também têm símbolos específicos. Observe a Figura 5. Figura 5. (a) Símbolo de relé temporizado com retardo na energização. (b) Símbolo de relé temporizado com retardo na desenergização. (c) Símbolo de relé térmico. (a) (b) (c) Como utilizar relés e contatores? Utilização dos contatores Contatores são dispositivos elétricos de manobra utilizados de maneira a esta- belecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, inclusive as sobrecargas, quando instalado juntamente com outros disposi- tivos, como relés de proteção (Figura 6). Esses dispositivos de manobra são utilizados para automatizar o trabalho de fechamento dos contatos, evitando, 7Relés e contatores dessa forma, a ida desnecessária até a máquina para realizar trabalhos que possam colocar em risco a segurança do trabalhador. Outra maneira de utilizar esse importante componente é a possibilidadede ligar e energizar equipamentos a distância, ou seja, de forma que não haja contato direto com a corrente elétrica da máquina e, dessa forma, fazendo com que operadores de máquinas e eletricistas de manutenção possam executar seu trabalho sem que haja risco a sua segurança. Figura 6. Utilização de contatores. Fonte: Kalabi Yau/Shutterstock.com. O princípio de funcionamento desses dispositivos de manobra é o acio- namento por meio de efeito eletromagnético, quando energizamos a bobina, que, por sua vez, acionam os três contatos de carga, alimentando diretamente os motores, assim como os contatos auxiliares, dependendo do modelo do contator. No caso de contatos normalmente fechados, ao energizar a bobina, estes passam ao estado normalmente aberto, já nos contatos normalmente abertos acontece o inverso, eles passam ao estado normalmente fechado até desenergizar a bobina novamente. Os principais elementos construtivos de um contator são os contatos, o núcleo, a bobina, as molas e a carcaça. No contator, temos os contatos princi- pais e auxiliares. O contato principal é aquele componente de ligação que, em Relés e contatores8 estado fechado, conduz a corrente do circuito principal. Os contatos principais de um contator são dimensionados com o objetivo principal de estabelecer e interromper correntes de motores, podendo, ainda, acionar cargas resistivas, capacitivas e outras. Os itens de um contator são: parte superior da carcaça; núcleo fixo; anel de curto-circuito; entreferro; bobina; mola de curso; cabeçote; núcleo móvel; terminal da bobina; contato fixo principal; capa lateral; contato móvel principal; mola do contato principal; contato fixo auxiliar — NA; contato móvel auxiliar — NA; mola de contato auxiliar; contato móvel auxiliar — NF; contato fixo auxiliar — NF; capa frontal; parte inferior da carcaça. Já os contatos auxiliares são dimensionados para a comutação de circuitos auxiliares para comando, sinalização e intertravamento elétrico, entre outras aplicações. O formato dos contatos auxiliares está de acordo com a função: normalmente aberto (NA) ou normalmente fechado (NF), podendo ser ainda adiantados ou retardados, dependendo da linha e do modelo do contator utilizado. Utilização dos relés Os relés são dispositivos elétricos que têm como principal função produzir modificações súbitas e predeterminadas nos circuitos elétricos de saída quando alcançadas determinadas condições no circuito de controle dos relés, ou seja, o circuito de entrada. 9Relés e contatores Esses dispositivos têm um circuito de comando que, a partir do momento em que é energizado, aciona um eletroímã que, por sua vez, faz a mudança de posição de outro par de contatores, que estão ligados a um circuito ou comando secundário. Em um conjunto de contatos, geralmente, ao energizar os relés, teremos uma inversão entre os contatos. Esse dispositivo elétrico também pode ser configurado como um contato que abre e fecha de acordo com algum determinado fator ou configuração (Figura 7). Figura 7. Esquema de contatos dos relés. Fonte: Fouad A. Saad/Shutterstock.com. Os modelos de relés podem ser classificados conforme sua utilização em três grandes grupos: relés eletromecânicos, relés de estado sólido e relés digitais. Relé eletromecânico Assim como o contator, o relé é um componente eletromecânico, ou seja, ele conta com uma parte mecânica de contato e o acionamento ocorre por meio da corrente elétrica em uma bobina. A parte principal do relé é a bobina de cobre que envolve um núcleo de ferrite, uma espécie de eletroímã. O princípio Relés e contatores10 de funcionamento se dá no momento em que você acionar a bobina. O núcleo atrairá o induzido, que, ao mesmo tempo em que se desloca em direção a bobina, também acionará o contato do relé na direção, fechando, dessa forma, esse contato. Os relés eletromecânicos subdividem-se em tipos e modelos conforme suas aplicações. Dentre essas aplicações, podemos citar os de proteção, os térmicos e os de temporização. Relés temporizadores (Figura 8) são dispositivos eletrônicos que permitem, em função de tempos ajustados, comutar um sinal de saída de acordo com a sua função. Muito utilizados em automação de máquinas e processos industriais como partidas de motores, quadros de comando, fornos industriais, injetoras, entre outros, esse componente permite, em função do tempo ajustado, comutar um sinal de saída de acordo com a sua função. Figura 8. Relés temporizadores. Fonte: Bigbubblebee99/Shutterstock.com; AndyPositive/Shutterstock.com. Relés de sobrecarga (Figura 9) são dispositivos de proteção de sobrecarga elétrica utilizados em motores elétricos. Sua função é evitar o superaquecimento e são dispositivos baseados no princípio de dilatação de partes termoelétricas (bimetálicos). A operação de um relé está baseada nas diferentes dilatações que os metais apresentam, quando submetidos a uma variação de temperatura. Relés de sobrecarga são usados para proteger equipamentos elétricos, como motores e transformadores, de um possível superaquecimento. 11Relés e contatores Figura 9. Relés de sobrecarga. Fonte: AndyPositive/Shutterstock.com. Relés de proteção (Figura 10) trabalham sob o funcionamento de correntes elétricas e podem criar campos eletromagnéticos que podem provocar mudanças de estados dos contatos para ligar ou desligar dispositivos. Esses componentes conseguem medir grandezas de tensão, isolamento, temperatura, sequência de fase e outros. Figura 10. Relés de proteção. Fonte: Kalabi Yau/Shutterstock.com. Relés e contatores12 O relé fotoelétrico é um dos mais comuns e mais utilizados. Ele tem como função principal o acionamento ou o desligamento automático de um determinado circuito por meio da quantidade de luz. Com isso, permite uma infinidade de configurações para uma instalação. Um exemplo clássico de utilização do relé fotoelétrico é a ligação das lâmpadas dos postes, que acendem automaticamente quando escurece. Relé de estado sólido O relé de estado sólido é um dispositivo eletrônico totalmente em estado sólido, ou seja, não tem elementos mecânicos ou qualquer tipo de peça móvel. É utilizado para chaveamento de cargas resistivas ou indutivas (Figura 11). Podemos afirmar que o relé de estado sólido substitui, em alguns casos, os relés eletromecânicos e os contatores. As principais vantagens desses com- ponentes em relação ao relé eletromecânico é que são menores que os relés eletromecânicos convencionais de mesma potência, têm uma vida útil muito maior, têm maior velocidade de comutação, exigem baixa potência, não geram ruídos sonoros e, como não geram arco voltaico, também produzem bem menos ruídos eletromagnéticos. A alta velocidade de comutação citada como um dos benefícios favorece uma resposta a comandos de disparo de maior frequência e, com isso, há um aumento em seu campo de aplicações. Figura 11. Relé de estado sólido. Fonte: NIKCOA/Shutterstock.com. 13Relés e contatores Relé digital Também conhecido como relé programável (Figura 12), caracteriza-se pelo seu tamanho compacto e pela excelente relação custo-benefício. É, sobretudo, um equipamento idealizado para aplicações de pequeno e médio porte em tarefas de intertravamento, temporização e contagem. Substitui com vantagens con- tatores auxiliares, temporizadores e contadores eletromecânicos, reduzindo o espaço necessário e facilitando significativamente as atividades de manutenção. Figura 12. Relé digital ou programável. Fonte: AndyPositive/Shutterstock.com. Como relés e contatores são especificados? Especificação dos contatores Os contatores elétricos são um dos principais componentes na área de comandos elétricos e eletromecânicos em um sistema de força e controle(Figura 13). Eles são responsáveis pela manobra dos motores e deverão ser dimensionados segundo a carga a ser aplicada. Relés e contatores14 Figura 13. Especificação dos contatores. Fonte: DarioZg/Shutterstock.com. Para que você escolha corretamente os contatores que utilizará, precisa entender alguns critérios importantes: Categoria de emprego: determina as condições para a ligação e a interrupção da corrente e da tensão nominal de serviço correspondente para a utilização normal do contator, nos mais diversos tipos de aplicação para CA e CC. Tensão de comando: critério empregado após a definição do tipo de contator a ser utilizado, juntamente com a frequência da rede. Diferencia-se pelo sistema utilizado, sendo usual a tensão em corrente alternada e com menor incidência em corrente contínua. Frequência de manobras: informa o número de manobras por hora que o contator deve realizar. Essa é uma informação importante, pois quanto maior esse valor, menor será a vida dos contatos. Quantidade de contatos auxiliares: a quantidade depende das necessidades de comando intertravamento e sinalizações constantes do circuito. Categoria de empregos de contatores conforme IEC 60947: um dos critérios de especificação mais importantes é a categoria de empregos de contatores. Confira a relação: 15Relés e contatores AC-1 Cargas não indutivas ou de baixa indutividade (resistores); AC-2 Motores com rotor bobinado (anéis); Partida com desligamento na partida e regime nominal: ■ AC-3 Motores com rotor em curto-circuito (gaiola). Partida com desligamento em regime nominal: ■ AC-4 Motor com rotor em curto-circuito (gaiola). Partida com desligamento na partida, partida com inversão de rotação e manobras intermitentes: ■ AC-5a Lâmpadas de descarga em gás (fluorescentes, vapor de mer- cúrio e vapor de sódio); ■ AC-5b Lâmpadas incandescentes; ■ AC-6a Transformadores; ■ AC-6b Banco de capacitores; ■ AC-7a Cargas de aparelhos residenciais ou similares de baixa indutividade; ■ AC-7b Motores de aparelhos residenciais; ■ AC-8 Motores-compressores para refrigeração com proteção de sobrecarga; ■ DC-1 Cargas não indutivas ou de baixa indutividade (resistores); ■ DC-3 Motores de derivação (shunt). Partidas normais, partidas com inversão de rotação, manobras inter- mitentes e frenagem: ■ DC-5 Motores série, partidas normais, partidas com inversão de rotação, manobras intermitentes e frenagem; ■ DC-6 Lâmpadas incandescentes. Contatores auxiliares, categorias de emprego – ABNT NBR IEC 60947-4: Corrente alternada, especificação das cargas: ■ AC-12 Cargas resistivas e eletrônicas; ■ AC-13 Cargas eletrônicas com transformador de isolação; ■ AC-14 Cargas eletromagnéticas = 72 VA; ■ AC-15 Cargas eletromagnéticas > 72 VA. Corrente contínua, especificação das cargas: ■ DC-12 Cargas resistivas e eletrônicas; ■ DC-13 Cargas eletromagnéticas; ■ DC-14 Cargas eletromagnéticas com resistores de limitação. Relés e contatores16 Especificação dos relés Os relés são especificados como abertos, fechados ou selados. O que determina a especificação de um relé em uma aplicação são as suas características de aplicação e o entendimento dessas características. No caso de equipamentos fechados, que não estejam sujeitos a elementos que prejudiquem o componente, como umidade ou sujeira, podem ser utilizados os relés abertos. A maioria das aplicações comuns utilizam os relés fechados, que são normalmente envoltos por caixas plásticas. Os selados são blindados e utilizados em aplicações que ficam em atmosferas combustíveis, em que há o perigo de explosão. Observe na Figura 14 um quadro de relés. Figura 14. Quadro de relés. Fonte: Roman Nerud/Shutterstock.com. Um relé pode ser dividido em dois modelos: Para circuitos principais ou de potência: é composto por uma carcaça de material isolante, três bimetais de aquecimento, alavanca de desarme, terminais de entrada (1L1, 3L2 e 5L3) e terminais de saída (2T1, 4T2 e 6T3). 17Relés e contatores Para circuitos auxiliares ou de comando: consiste basicamente em conta- tos auxiliares (NA e NF) por onde circula a corrente de comando, botão de regulagem, botão de rearme (reset), botão de seleção (manual e automático) e bimetal de compensação da temperatura (dá condições ao relé de operar na faixa de -20 °C a 50 °C sem modificação da curva de desarme). Com a circulação da corrente nominal do motor (para a qual o relé está regulado), os bimetais curvam-se. Isso acontece porque o bimetal é uma liga de dois materiais com coeficientes de dilatação diferentes. A curvatura do bimetal se dá para o lado do material de menor coeficiente. O relé não deve ser dimensionado com a corrente nominal, pois, se houver a necessidade de o motor ser utilizado com fator de serviço acima de 1, o relé não permitirá tal corrente, mesmo que o motor suporte essa situação. O ajuste da corrente deve ser do seguinte modo: Ir = 1,15 até 1,25 . In Sendo: Ir = corrente do relé de sobrecarga In = corrente nominal Características de operação Corrente nominal do motor: é a característica básica de escolha da faixa de corrente de um relé. Serve inclusive para seu ajuste por meio do botão de regulagem. Características da rede: a influência da frequência sobre os valores de desarme pode ser desprezada. O maior valor de tensão admissível para o relé é a sua tensão nominal de isolação. Número de manobras: a correta proteção é garantida para operação contínua ou uma frequência de manobras de até 15 man./hora. Após cada manobra, os bimetálicos do relé deverão ter tempo para resfriar, voltando à posição original (repouso). Relés e contatores18 A queima de relés nos processos industriais é muito comum — normalmente em razão do dimensionamento incorreto. Alguns cuidados ao escolher o modelo para seu processo aumentam a vida útil desses equipamentos, como a correta escolha do sinal de controle, a tensão máxima admissível e, principalmente, a corrente de acionamento dos relés. 1. Quais são as partes constituintes de um relé eletromecânico? a) Indutor, tiristor e contatos normalmente fechados. b) Bobina, armadura, mola e contatos físicos NA e/ou NF. c) Bobina, tiristor e contato NF. d) Armadura, estator e indutor. e) Bobina, defletor e carregador. 2. Para acionamento de cargas maiores, eletricamente e a distância, como motores, utilizamos: a) contator. b) relés eletromecânicos. c) relés eletrônicos. d) interruptores manuais. e) solenoides. 3. Um relé ou contator apresenta uma isolação entre e . Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas. a) Circuito de controle — circuito de carga. b) Circuito de parada — circuito isolador. c) Circuito interruptor — circuito amplificador. d) Circuito de temporização — circuito de carga. e) Circuito de carga — circuito temporizador. 4. Para a especificação de um relé, quais são os principais parâmetros? a) Resistência, impedância e potência. b) Potência, resistência e tensão. c) Corrente nominal dos contatos, tensão da bobina CC ou CA e tipos de contatos. d) Contatos, potência e resistência. e) Bobina, contatos e resistência. 19Relés e contatores ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR IEC 60947-4-1:2018. Dis- positivo de manobra e comando de baixa tensão Parte 4-1: Contatores e chaves de partidas de motores - Contatores e chaves de partidas de motores eletromecânicos. Rio de Janeiro: ABNT, 2018. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR IEC 60947-4-2:2011. Dis- positivos de manobra e comando de baixa tensão Parte 4-2: Contatores e partida de motores - Controladores de partida de motores c.a. a semicondutores. Rio de Janeiro: ABNT, 2018. WEG. Automação: catálogo geral contatores e relés de sobrecarga. [2012]. Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-contatores-e-reles-de-sobrecarga-catalogo-geral-50026112-catalogo-portugues-br.pdf>. Acesso em: 26 jun. 2018. Leitura recomendada ALEXANDER, C.; SADIKU, M. N. O. Fundamentos de circuitos elétricos. 5. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. 5. Analisando o circuito a seguir, o que se constata? a) CR desenergizada, R desenergizada e G desenergizada. b) CR energizada, R energizada e G desenergizada. c) CR energizada, R desenergizada e G desenergizada. d) CR energizada, R energizada e G energizada. e) Nenhuma das alternativas está correta. Relés e contatores20 Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual da Instituição, você encontra a obra na íntegra. Conteúdo: