Apostila Comandos Eletricos, Notas de estudo de Tecnologia Industrial

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COMANDOS ELÉTRICOS

INDUSTRIAIS

COMANDOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS

APRESENTAÇÃO

Hoje, com a atual tecnologia disponível para automação a nível industrial, o comando e o controle dos motores elétricos passaram a ser conhecimentos básicos indispensáveis nas indústrias, e como no mercado existe uma lacuna em termos de publicações que pudessem complementar os estudos iniciais daqueles que se interessassem pelo assunto, foi desenvolvida essa apostila com materiais práticos e teóricos a fim de auxiliar os alunos do curso técnico com ênfase em elétrica e manutenção, tanto nos estudos quanto na prática do dia a dia. Essa apostila engloba as teorias e práticas em importantes itens que se fazem presentes dentro de uma indústria, tais como: Dispositivos de proteção, dispositivos de comando, contatores, motores elétricos, circuitos de comando e força; além de todos os tópicos que os acercam.

1 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO

A proteção é uma ação automática provocada por dispositivos sensíveis a determinadas condições anormais, no sentido de evitar ou limitar danos a um sistema ou equipamento, a proteção também pode ser entendida como uma manobra automática. A escolha, aplicação e a coordenação seletiva adequadas ao conjunto de componentes que constituem a proteção de um sistema é um dos aspectos mais importantes da instalação elétrica industrial. A função da proteção é justamente minimizar os danos ao sistema e seus componentes, sempre que ocorrer uma falha no equipamento, no sistema elétrico ou falha humana. Nessa apostila estudaremos os dois tipos de proteção mais usados nas indústrias. Os dispositivos de proteção contra correntes de curto-circuito, como: disjuntores e fusíveis. E os dispositivos de proteção contra correntes de sobrecarga, como os relés bimetálicos.

1.1 RELÉS BIMETÁLICOS

São construídos para proteção de motores contra sobrecarga, falta de fase e tensão. Seu funcionamento é baseado em dois elementos metálicos, que se dilatam diferentemente provocando modificações no comprimento e forma das lâminas quando aquecidas. O material que constitui as lâminas é em sua maioria é o níquel-ferro.

Figura 1 – exemplo de um relé bimetálico

Esquema de ligação do Relé bimetálico da figura 1:

1. Ajustar a escala à corrente nominal da carga.
2. Botão de destravação (azul):

Antes de por o relé em funcionamento, apertar o botão de destravação. O contato auxiliar é ajustado pela fábrica para religamento manual (com bloqueio contra religamento automático). Comutação para religamento automático: apertar o botão de destravação e girá-lo no sentido anti-horário, até o encosto, da posição H (manual) para A (automático).

3. Botão "Desliga" (vermelho). O contato auxiliar abridor será aberto manualmente, se for apertado este botão.
4. Indicador Lig./Desl - (verde). Se o relé estiver ajustado para religamento manual, um indicador verde sobressairá da capa frontal se ocorrer o disparo (desligamento) do relé. Para religar o relé, apertar o botão de destravação. Na posição "automático", não há indicação.
5. Terminal para bobina do contator, A2.

Relés de sobrecarga são usados para proteger INDIRETAMENTE equipamentos elétricos, como motores e transformadores, de um possível superaquecimento. O superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por: Sobrecarga mecânica na ponta do eixo; Tempo de partida muito alto; Rotor bloqueado; Falta de uma fase; Desvios excessivos de tensão e freqüência da rede.

Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobrecorrente) no motor é monitorado em todas as fases pelo relé de sobrecarga. Os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga são marcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores. Os terminais dos circuitos auxiliares do relé são marcados da mesma forma que os de contatores, com funções específicas, sendo o número de seqüência deve ser „9‟ (nove) e, se uma segunda seqüência existir, será identificada com o zero. Na figura 1 temos: 95, 96, 97 e 98.

Na figura seguinte temos um exemplo de Relé Bimetálico.

1.2 RELÉS DE SOBRECORRENTE CONTRA CORRENTES DE CURTO- CIRCUITO.

Esses relés são do tipo eletromagnético, com uma atuação instantânea, e se compõe com os relés de sobrecarga para criar a proteção total dos componentes do circuito contra a ação prejudicial das correntes de curto- circuito e de sobrecarga, respectivamente. A sua construção é relativamente simples em comparação com a dos relés de sobrecarga (bimetálicos ou eletrônicos), podendo ser esquematizado, como segue:

Figura 4 – Esquema interno de um relé de sobrecorrente.

A bobina eletromagnética do relé é ligada em série com os demais componentes do circuito. Sua atuação apenas se dá quando por esse circuito passa a corrente de curto circuito (Ik), permanecendo inativo perante as correntes nominais (In) e de sobrecarga (Ir**). Pelo que se nota, a sua função é idêntica à do fusível, com a diferença de que o fusível queima ao atuar, e o relé permite um determinado número de manobras. Por outro lado, como o relé atua sobre o mecanismo do disjuntor, abrindo-o perante uma corrente Ik, a capacidade de interrupção depende do disjuntor, enquanto que, usando fusível em série com o disjuntor, essa capacidade de interrupção depende do fusível. *Ik = Corrente de curto circuito. **In = Corrente nominal. ***Ir = Corrente de sobracarga.

1.3 FUSÍVEIS

São os elementos mais tradicionais para proteção contra curto-circuito de sistemas elétricos. Sua operação é baseada na fusão do “elemento fusível”, contido no seu interior. O “elemento fusível” é um condutor de pequena seção transversal, que sofre, devido a sua alta resistência, um aquecimento maior que o dos outros condutores, à passagem da corrente. O “elemento fusível” é um fio ou uma lâmina, geralmente, prata, estanho, chumbo ou liga, colocado no interior de um corpo, em geral de porcelana, hermeticamente fechado. Possuem um indicador, que permite verificar se operou ou não; ele é um fio ligado em paralelo com o elemento fusível e que libera uma mola que atua sobre uma plaqueta ou botão, ou mesmo um parafuso, preso na tampa do corpo. Os fusíveis contém em seu interior, envolvendo por completo o elemento, material granulado extintor; para isso utiliza-se, em geral, areia de quartzo de granulometria conveniente. A figura abaixo mostra a composição de um fusível (no caso mais geral).

Figura 5 – interior de um fusível “NH” e montagem de um fusível tipo “D”.

1.3.1 QUANTO AO TIPO DE FUSÍVEIS:

NH - Usados em circuito de alta potência e conectados por encaixe, com ferramenta própria (punho) para proteção do operador;

Figura 8 – Exemplo de fusível NH.

DIAZED - Usados em circuitos baixa potência e conectados através do porta- fusível que se monta por rosca. O próprio suporte do fusível protege o operador contra choque elétrico.

Figura 9 – Exemplo de fusível Diazed e sua montagem.

1.3.2 QUANTO A VELOCIDADE DE ATUAÇÃO:

RÁPIDOS: Estes tipos são os que têm atuação mais rápida. Ex. Micro fusíveis para ligação em Circuitos Impressos.

Figura 10 – Exemplo de fusíveis usados em circuitos eletrônicos.

Ex2. Fusível SITOR.

Figura 11 – Exemplo de fusíveis de potência e alta velocidade.

RETARDOS: Fusíveis para circuitos de motores elétricos e de capacitores. Não se rompem durante os picos de corrente de partida. Se a corrente for muito maior que oito vezes a normal o fusível passa a agir tão rápido quanto um de ação rápida.

Figura 13 – Interior e gráfico de um disjuntor industrial 3WN.

Figura 14 – Interior e gráfico de um disjuntor de motores 3VL.

1.5 CARACTERÍSTICAS COMPARATIVAS FUSÍVEL-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 podemos assim caracterizar:

• A corrente de curto-circuito (Ik) é a mais elevada das correntes que pode vir a circular no circuito, e como é bem superior à corrente nominal, só pode ser mantida 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. Vejamos a tabela comparativa, perante a corrente de curto-circuito Ik.

Tabela 1 – Diferenças entre fusíveis e disjuntores

A confiabilidade de operação do fusível ou disjuntor é assegurada pela conformidade das normas vigentes e referências do fabricante quanto as condições de operação e controle, podemos traçar um paralelo entre disjuntor e fusível, como segue:

Tabela 2 – Diferenças entre fusíveis e disjuntores

símbolos NA NF

A base é isolante e normalmente feita de mármore, as chaves podem ser simples (vide figura 13) ou com reversão, nesse caso existe mais um banco de bornes na parte inferir. Por representar riscos ao operador seu uso é restrito e deve ser evitado. Chave: É também denominado contato. Tem a função de conectar e desconectar dois pontos de um circuito elétrico. A chave tem dois terminais: um deve ser ligado à fonte (ou gerador) e outro ligado à carga (ou receptor). É feita de metal de baixa resistência elétrica para não atrapalhar a passagem de corrente e alta resistência mecânica, de modo a poder ligar e desligar muitos milhares de vezes. A estrutura metálica tem área de secção transversal proporcional à corrente que comandam: quanto maior for a corrente que se deseja comandar, maiores são as superfícies de contato e maior a chave. O valor de corrente a ser comandada também influencia na pressão de contato entre as partes móveis do contato: maiores correntes exigem maiores pressões de contato para garantir que a resistência no ponto de contato seja a menor possível. A separação dos contatos na condição de desligamento deve ser tanto maior quanto maior for a tensão para a qual o contato foi produzido. A velocidade de ligação ou desligamento deve ser a mais alta possível, para evitar o desgaste provocado pelo calor proveniente do arco voltaico, provocado no desligamento quando a carga for indutiva. O contato pode ser do tipo com trava (por exemplo, o tipo alavanca usado nos interruptores de iluminação) e também pode ser do tipo de impulso, com uma posição normal mantida por mola e uma posição contrária mantida apenas enquanto durar o impulso de atuação do contato. Nesse caso se chama fechador ou abridor conforme a posição mantida pela mola.

Fechador : Também chamado ligador, é mantido aberto por ação de uma mola e se fecha enquanto acionado. Como a mola o mantém aberto é ainda denominado normalmente aberto (ou NA ou do inglês NO). Abridor ou ligador : é mantido fechado por ação de uma mola e se abre enquanto acionado. Como a mola o mantém fechado, é chamado também de normalmente fechado (ou NF, ou do inglês NC).

Figura 17 – Simbologia de chaves

O contato pode ter diversos tipos de acionamento, como por exemplo, por botão, por pedal, por alavanca, por chave (chave de tranca), por rolete por gatilho, ou ainda por ação do campo magnético de uma bobina (eletroímã), formando neste último caso um conjunto denominado contator magnético ou chave magnética.

A seguir estão os símbolos de contatos acionados por botão (os dois à esquerda), e por rolete.

Obs. Considere todos os contatos nessa apostila com atuação da esquerda para a direita quando verticais (como os acima), e de cima para baixo quando horizontais.

2.1.1 CHAVE SECCIONADORA

Figura 18 – Exemplo de Chave seccionadora e esquema interno.