Dimensionamento de Dispositivos de Proteção e Comando para Motores Elétricos: Guia Complet, Manuais, Projetos, Pesquisas de Eletrotécnica

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COMANDOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS

TEORIA

Prof. Mauricio Martins Taques março - 2016

1. INTRODUÇÃO

Acionamento Convencional São acionamentos que utilizam partidas convencionais de motores, e para isso utilizam dispositivos eletromecânicos para (a partida) o acionamento de um motor. Ex.: Contatores eletromecânicos, interruptores mecânicos Acionamento Eletrônico Sãos acionamentos que utilizam a partida eletrônica de motores, através de dispositivos eletrônicos para acioná-los. Ex.: Soft-starters, inversores de freqüência

2.1 Dispositivos de Proteção Os dispositivos de proteção tem como finalidade a proteção de equipamentos, circuitos eletroeletrônicos, máquinas e instalações elétricas, contra alterações da tensão de alimentação e intensidade da corrente elétrica. 2.1.1 Fusíveis A principal função é a proteção contra curto-circuito (aumento repentino da intensidade de corrente elétrica ocasionado por falha no sistema de energia ou operação máquina/operador). Conforme as Normas DIN 57636 e VDE 0636, os fusíveis são componentes cuja função principal é a proteção dos equipamentos e fiação (barramentos) contra curto-circuito, atuando como limitadores das correntes de curto-circuito. 2.1.1.1 Classificação de Fusíveis Quanto à Faixa de Interrupção e Categoria de Utilização A IEC [International Electrotechnical Commission] define 2(duas) letras para denominar a classe funcional dos fusíveis, sendo que a primeira letra é para a Faixa de Interrupção , ou seja, qual o tipo de sobrecorrente o fusível irá atuar. E a segunda letra é para a Categoria de Utilização , para indicar o tipo de equipamento o fusível irá proteger. 1ª Letra Faixa de Interrupção: Letra “ g ”: Atuação para sobrecarga e curto, fusíveis de capacidade de interrupção em toda faixa; Letra “ a ”: Atuação apenas para curto-circuito, fusíveis de capacidade de interrupção em faixa parcial. 2ª Letra Categoria de Utilização: Letra “ L/G ”: Cabos e Linhas/Proteção de uso geral Letra “ M ”: Equipamentos de manobra Letra “ R ”: Semicondutores Letra “ B ”: Instalações de minas Letra “ Tr ”: Transformadores Os principais fusíveis utilizados no mercado, são: gL / gG : Fusível para proteção de cabos e uso geral (atuação para sobrecarga e curto) aM : Fusível para proteção de motores aR : Fusível para proteção de semicondutores Primeira Letra Segunda Letra

2.1.1.2 Classificação de Fusíveis Quanto à Velocidade de Atuação ✔ Ultra – Rápidos (Ultra-Fast acting) Utilizados para a proteção de circuitos eletroeletrônicos, principalmente para a proteção de componentes semicondutores, onde pequenas variações de corrente em curtíssimo espaço de tempo fazem o fusível atuar. ✔ Rápidos (fast acting) Também utilizados para a proteção de circuitos com semicondutores e sua atuação é rápida suficiente para limitar o aumento da corrente num curto intervalo de tempo. ✔ Normal (normal acting) A atuação do fusível é mediana, tem como objetivo de proteção de circuito eletroeletrônico e circuito elétrico, utilizado de forma mais geral onde a proteção do circuito não necessite um tempo muito curto de atuação. Utilizado normalmente em circuitos com baixa indutância. ✔ Retardado (time-delay acting) São fusíveis de atuação lenta. Utilizados para a proteção de circuitos elétricos, e tem como principal objetivo a proteção de circuitos com cargas indutivas (ex.: motor). Esta característica permite que o fusível não atue no pico de corrente provocado pela partida do motor. 2.1.1.3 Tipos de Fusíveis Fusível de Vidro Fusível Tipo Cartucho Fusível Automotivo Fusível Tipo D (DIAZED) Fusível Tipo NH Fusível para Média Tensão Elo Fusível Chave Seccionadora Os Fusíveis utilizados em acionamentos de motores são do tipo D e NH. Recomenda-se, por questões econômicas, que o tipo D seja utilizado para correntes de até 63A e que o tipo NH seja utilizado para correntes acima de 63A. O fusível tipo D (Diazed) pode ser de ação rápida ou retardada, são construídos para valores de no máximo 200 A. A capacidade de ruptura é de 70kA com uma tensão de 500V. Valores padrões de corrente nominais dos fusíveis tipo D: 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 35, 50 e 63A.

Fonte: Catálogo de Fusíveis WEG O fusível tipo NH pode ser de ação rápida ou retardada, sua construção permite valores padronizados de corrente que variam de 6 a 1000A e sua capacidade de ruptura é sempre superior a 70kA com uma tensão máxima de 500V. Valores padrões de corrente nominais dos fusíveis tipo NH: 6, 10, 16, 20, 25, 35, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 224, 250, 315, 355, 400, 500, 630, 800, 1000 e 1250A. Fusível NH Base para Fusível NH Punho Saca Fusível NH

Fonte: Catálogo de Fusíveis WEG

2.1.1.4 Dimensionamento de Fusíveis No dimensionamento de fusíveis, recomenda-se que sejam observados, no mínimo, os seguintes pontos: 1º Critério de escolha do Fusível - Devem suportar o pico de corrente (Ip) dos motores durante o tempo de partida (TP) sem se fundir. Com o valor de Ip e TP determina-se pelas curvas características dos fusíveis fornecidas pelos fabricantes o valor necessário do fusível, 1o critério. 2º Critério de escolha do Fusível – devem ser especificados com uma corrente superior a 20% acima do valor nominal da corrente (In) do circuito que irá proteger. Este procedimento permite preservar o fusível do envelhecimento prematuro, mantendo a vida útil do fusível. IF ⩾1,2∗ In 3º Critério de escolha do Fusível – devem proteger também os dispositivos de acionamento (contatores e relés térmicos) evitando assim a queima destes. Para isso verifica-se o valor máximo do fusível admissível na tabela dos contatores e relés. Obs.: IFmax é lido nas tabelas fornecidas pelos fabricantes I (^) F ⩽ IFMÁX Fonte: Módulo 1 – Comando e Proteção WEG

A seguir são apresentadas as Curvas Características dos Fusíveis D e , que são curvas Tempo x Corrente de Fusíveis.

Fonte: Catálogo de Fusíveis WEG

Exemplos: Do catálogo de Contatores e Relé de Sobrecarga abaixo, observa-se a indicação do Fusível para utilização como dispositivo de proteção. Lembrando que IF ≤ IF (^) MÁX. Contatores: Fonte: Catálogo WEG Relé Térmico: Fonte: Catálogo WEG

Relé Térmico de sobrecarga RW Fonte: Catálogo WEG 2.1.3 Disjuntores Protegem contra curto-circuito e sobrecarga (proteção térmica e magnética). Com correntes que variam de 2 a 70A, podem ser monopolar, bipolar, tripolar ou tetrapolar. A sua corrente nominal deve ser menor ou igual à corrente máxima admitida pelo condutor da instalação a ser protegida. Fonte: Catálogo WEG As Curvas de disparo, são normatizadas pela Norma IEC 60898. Disjuntor de Curva B O disjuntor de curva B tem como característica o disparo instantâneo para correntes entre 3 a 5 vezes a corrente nominal. Indicado para circuitos com características resistivas ou com grandes distâncias de cabos. Disjuntor de Curva C O disjuntor de curva C tem o disparo instantâneo para correntes entre 5 a 10 vezes a corrente nominal. Indicado para circuitos com cargas indutivas. Fonte: Catálogo WEG

2.1.4 Disjuntores Motores Como os disjuntores, protegem contra curto-circuito e sobrecarga (proteção térmica e magnética). Possuem knob para o ajuste da proteção da intensidade de corrente (ajuste da proteção térmica), este ajuste possibilita uma melhor atuação no caso de sobrecarga em relação a disjuntores como o térmico fixo. Foram desenvolvidos para a proteção de motores, podem ser construídos apenas para a proteção de curto-circuito (magnéticos) ou termomagnéticos (curto-circuito e sobrecarga). Fonte: Catálogo WEG Exemplo de utilização de Disjuntor Motor: Motor trifásico de 3CV IV pólos 220v, carcaça 90L. Corrente nominal (In) de 8,18A (Catálogo WEG). ✔ Disjuntor de 10 A classe C (faixa de atuação de corrente de curto de 5 a 10 vezes a corrente nominal) ou classe D (faixa de atuação de corrente de curto acima de 10 vezes a corrente nominal) ✔ Disjuntor Motor WEG (MPW 16-3-U010) ajustando o térmico em 8,5A. ✔ Disjuntor Motor SIEMENS (3RV10 11-1JA10) ajustando o térmico em 8,5A. Conclusão: Para ambos os disjuntores motores, a atuação de sobrecarga ocorrerá a partir de 8,5A, enquanto que para o disjuntor convencional, será a partir de 10A, ou seja, o ajuste do térmico dos disjuntores motores permite a atuação da proteção para valores próximos da nominal do motor.

2.1.5 Cálculos de Dimensionamento para Utilização dos Dispositivos de Proteção ✔ Dimensionamento de Fusível Ex.: Dimensionar os fusíveis para proteger o motor WEG, de 5cv, 220V/60Hz, IV pólos, supondo o seu tempo de partida (Tp) seja de 5s (segundos) em partida direta: a) Resolvendo pelo primeiro critério, tem-se: Do catálogo de motores WEG: I (^) p In =8,2 .: Logo : I (^) p =8,2∗ In Sendo, I (^) n =13,8 A ; Tem-se que, I (^) p =113,16 A ; Fonte: Catálogo WEG Observa-se que ao cruzar os valores de tempo (t = 5s) x Corrente (Ip = 113,16A), no gráfico acima, observa-se que o fusível mais adequado para utilização na proteção deste motor é o de 35A, pois a corrente de proteção dimensionada é maior que 25A e menor que 35A. I^ F =^35 A b) Analisando pelo 2º critério, de que a corrente I (^) F ⩾1,2∗ I (^) n I (^) F ⩾1,2∗13,8 I (^) F ⩾16,56 A Comparando os 1ºs e 2ºs critérios, observa-se que o Fusível de 35 A satisfaz ambas as situações. ✔ Dimensionamento do Relé e Contator c) Considerando pelo 3º critério, deve-se verificar se o relé e o contator para esta aplicação são compatíveis com este fusível como fusível máximo, ou seja, se IF ≤ IF (^) MÁX Para o caso de equipamentos WEG, o Contator a ser utilizado seria o modelo CWM18 e o relé seria o modelo RW27D (11….17A) O Relé térmico pode ser dimensionado pela corrente nominal do motor que está protegendo.

Para esta situação, tem-se: In = 13,8A → Corrente Nominal do Motor de 5cv Utilizando a Tabela de relés térmicos WEG, pode-se utilizar: RW17 – 2D3U015 ou RW17 – 2D3U ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ Dimensionamento do Disjuntor Motor O Disjuntor Motor também pode ser dimensionado pela corrente nominal do motor que está protegendo. Utilizando a Tabela de disjuntor Motor WEG temos: MPW16-3-U Fonte: Catálogo WEG