Baixe dispositivos comando e outras Notas de estudo em PDF para Atualidades, somente na Docsity!
D ISPOSITIVOS DE C OMANDO -
C ONTATORES
11.1 I NTRODUÇÃO
Freqüentemente os projetos e as instalações de engenharia elétrica de potência apresentam um ou mais equipamentos elétricos, instalados ao longo de uma área, que devem ser controlados por um ou mais locais ou pontos de comando. Como exemplos disso cita-se: refinarias, canteiros de obras, diversos processos industriais e mesmo uma simples porta de garagem ou um elevador de um edifício.
O problema que se coloca então, é o de suprir energia a todos os equipamentos de forma que o operador possa acioná-los ou desliga-los à distância, de forma segura, econômica e eficiente, isto é, tendo conhecimento do status (ligado ou desligado) e respeitando eventuais diretrizes operativas que regem o funcionamento de cada um dos equipamentos.
Cabe lembrar que um circuito elétrico de potência é usualmente trifásico, composto por uma fonte ( por exemplo a rede pública da concessionária), condutores, carga e uma chave liga/desliga , como mostra a figura abaixo. Tratando- se de um circuito de potência, os condutores devem transportar correntes elevadas, sendo portanto grossos e conseqüentemente custosos. Figura 11.1- Circuito Trifásico
A primeira forma que surge para solucionar o problema proposto é levar energia a todos os equipamentos através de cabos dos circuitos de potência que alimentam cada um deles, de maneira que todos os circuitos passem pelo ponto de comando, onde estariam localizadas as chaves liga/desliga de cada um deles.
Essa solução certamente não é a mais adequada, pois além de exigir alto investimento em longos circuitos de alta capacidade de corrente, resulta em elevados níveis de perda e de queda de tensão e ainda, apresenta limitações operativas graves, como por exemplo impedir que se ligue/desligue um equipamento de locais diferentes. A figura 11.2 ilustra essa situação.
252 11. DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES
ENTRADA DE ENERGIA
CENTRO DE CONTROLE
Figura 11.2 - Rede com várias cargas atendidas por circuito de potencia passando por um local de controle
A solução recomendada é a utilização de CONTATORES, que é um dispositivo de comando, um tipo de chave liga/desliga, cujos contatos mudam de estado , quando se energiza o CONTATOR. Isto é, os contatos que estavam abertos quando o CONTATOR estava desenergizado fecham e, os que estavam fechados, abrem. Assim o operador aciona o CONTATOR, que por sua vez aciona o equipamento de potencia a ele associado. Um CONTATOR é um dispositivo de baixo consumo de energia. A imagem da Figura 11.3 ilustra um CONTATOR e a Figura 11.4 a solução proposta.
Figura 11.3 - Contator (www.steck.com.br)
254 11. DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES
11.2 OBJETIVO
Este capítulo tem por objetivo apresentar o princípio de funcionamento e as diretrizes de aplicação de um tipo de dispositivo utilizado para o acionamento (ligar) e desativação (desligar) de equipamentos elétricos de potência, entendidos como sendo aqueles que consomem desde alguns quilowatts até dezenas de quilowatts e que operam em baixa tensão (até 1000 V).
Esse tipo de dispositivo é um tipo de interruptor , denominado CONTATOR ou CHAVE MAGNÉTICA e é recomendado para acionar equipamentos elétricos por um ou vários locais distantes do equipamento, sinalizando para o operador o status (ligado ou desligado) do equipamento.
11.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
11.3.1 TIPOS DE CIRCUITOS UTILIZADOS EM I NSTALAÇÕES COM CONTATORES
Antes de tratar do princípio de funcionamento de um CONTATOR, é importante apresentar alguns conceitos e terminologias sobre os circuitos elétricos utilizados em instalações com CONTATORES.
Um circuito elétrico é composto, no mínimo, por uma fonte ( por exemplo: a rede pública da concessionária, um gerador ou mesmo uma bateria), por uma carga (por exemplo: um motor ou uma lâmpada), condutores que conectam a fonte à carga e uma chave liga/desliga , que permite o acionamento da carga através da energia proveniente da fonte. A figura abaixo ilustra a constituição de um circuito elétrico.
CARGA
Fig 11.5 - Desenho de um circuito
Em instalações com CONTATORES, estão presentes 3 tipos de circuitos, que são classificados conforme a função que exercem, a saber :
ELETROTÉCNICA GERAL 255
- circuito de potência ou principal , geralmente trifásico, alimenta a carga principal, a qual requer corrente elevada, exigindo portanto condutores com grandes bitolas e chave liga/desliga capaz de interromper essa alta corrente;
- circuito de comando, que apresenta baixo nível de corrente, portanto requerendo condutores finos e chave liga/desliga para interrupção de pequenas correntes. A carga do circuito de comando é a bobina que aciona o mecanismo que permite que chaves (contatos) do CONTATOR mudem de estado (abrir/fechar).
- circuito de sinalização que fornece indicações e informações (usualmente luminosas ou sonoras) sobre o estado do circuito principal como por exemplo, se está operando ou não, se há sobrecarga ou não, etc. As cargas dos circuitos de sinalização são, usualmente, lâmpadas ou alarmes sonoros, requerendo condutores finos e chave liga/desliga para interrupção de baixas correntes.
Esses 3 tipos de circuitos são completamente independentes do ponto de vista de constituição física, podendo inclusive utilizar fontes independentes. Porém, há uma relação funcional entre eles, que é a seguinte: o circuito de comando se destina para acionar o circuito de potência e o circuito de sinalização presta informações sobre a operação do circuito de potência.
A Figura 11.6 ilustra os circuitos de potência, de comando e de sinalização.
Chaves com comando a distância
FONTE CARGA
FONTE
FONTE
OPERADOR
CIRCUITO DE POTÊNCIA
CIRCUITO DE COMANDO E PROTEÇÃO
CIRCUITO DE SINALIZAÇÃO
Figura 11.6 - Circuitos de Potência, de Controle e de Sinalização
ELETROTÉCNICA GERAL 257
“puxa” os contatos móveis que estão rigidamente acoplados a parte móvel do núcleo magnético da bobina. Quando a bobina está desenergizada o núcleo magnético (e os contatos a ele solidários) é mantido aberto pela força de uma mola;
- o contato auxiliar AE1-AS1 é normalmente aberto e se fecha quando a bobina B é energizada;
- o contato auxiliar AE2-AS2 é normalmente fechado e se abre quando a bobina B é energizada.
Contatos Principais (Fixos) (Entrada)
S
R
T
AE
AE
U
V
W
AS
AS
FONTE (^) CARGA
ACOPLAMENTO
Contatos Principais (Fixos)(Saída)
Circuito de Comando
B (^) Contatos Principais (móveis)
Figura 11.7 - Esquema de Contator
11.4 CIRCUITO DE COMANDO DE UM CONTATOR
À primeira vista, a forma que ocorre para energizar um CONTATOR é através de um interruptor liga/desliga inserido no circuito de comando. Mas uma análise mais cuidadosa indica que essa solução é muito limitada pois, por exemplo, impede que o contator seja operado de diferentes locais. Assim, a solução mais adequada para comandar um CONTATOR é utilizar uma botoeira, que é um dispositivo constituído por um botão NA, tipo campainha, que pressionado energiza a bobina do CONTATOR e outro NF que pressionado desenergiza a bobina. O circuito de comando utiliza, além da botoeira, um
258 11. DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES
dos contatos auxiliares do CONTATOR , conectado em paralelo com os contatos NA da botoeira, como mostra a Figura 11.
Figura 11.8 - Desenho do circuito de comando com contato de selo
Ao se acionar o botão NA da botoeira, L (liga), é aplicada a tensão da fonte linha (VRT) na bobina do CONTATOR que a energiza mudando o estado de todos os seus contatos. Assim, os contatos NA se fecham e os NF se abrem, em particular, os contatos principais se fecham, o que ocorre também com o contato S 1 que permite que o circuito de comando continue energizado, independente do estado (aberto ou fechado) da botoeira L. Isto significa que o operador poderá deixar de pressionar esse botão permitindo que volte a posição de repouso (normalmente aberto) e o circuito de comando permaneça fechado. O contato auxiliar S 1 é denominado “contato de selo”.
Qualquer chave em série que abra o circuito que alimenta a bobina, a desenergizará e os contatos auxiliares do contator voltarão ao estado anterior e qualquer chave em paralelo ao contato de selo energizará a bobina. Assim é possível ligar/desligar o contator de vários locais diferentes. É o caso de B 2 que corresponde ao botão “desliga”.
1
2
3
L (^) D
S
260 11. DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES
Tabela 11.1 - Simbologia
ELEMENTO ABNT/IEC OUTROS
Fusível
Ccontato normalmente aberto (NA)
Contato normalmente fechado (NF)
Comutador
Contato temporizado no fechamento Contato temporizado na abertura Comando de fechamento manual Comando de abertura manual Contator ou relé com acionamento eletromecânico Contator com contato NA Contator com retardo para operar Relé térmico
Comando por temperatura de fechamento v
Lâmpada de sinalização
Comando NA de relé térmico Comando NF de relé térmico
Adotando essa nomenclatura, a representação do circuito de comando apresentado nos itens anteriores é a mostrada na figura 11.9, onde se observa que:
ELETROTÉCNICA GERAL 261
- as 2 linhas paralelas representam duas “barras” condutoras cuja diferença de potencial é a tensão de alimentação da bobina;
- o retângulo à esquerda, na barra superior é o fusível que protege o circuito de comando;
- o linha vertical que alimenta a bobina B apresenta a botoeira NA que, quando acionada, permite energizar a bobina e, a botoeira NF que, quando acionada, desenergiza a bobina;
- o contato auxiliar Kb, NA, é fechado pela bobina B, quando esta é energizada, dispensando a permanência de pressão sobre a botoeira NA para que a bobina permaneça energizada;
NA Kb
NF
B
11.9 - Desenho do circuito de comando
11.6 CONTATORES ACOPLADOS A DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
O CONTATOR pode apresentar, também, a função de proteção se lhe for acoplado um dispositivo específico – denominado módulo de proteção do CONTATOR – que é um acessório provido de elementos térmicos justapostos ao CONTADOR através de terminais conectados ao circuito de potência conforme mostra a Figura 11.10.
ELETROTÉCNICA GERAL 263
Um vez acionada a proteção, o operador deve rearmar o sistema através de um botão de reset existente no próprio dispositivo de proteção. Isto impõe que o operador vá até o dispositivo de proteção, que é instalado junto da carga, e assim verifique in loco a causa da sobrecorrente que provocou o desligamento.
R
S
T
RESET
LIGA DESLIGA
ELEMENTO TÉRMICO
a) diagrama completo
K
F
CARGA
L L
L
N
K
K
DESLIGA
LIGA
F
K
L
N
b) circuito de potência
c) circuito de comando e energização
Figura 11.12 - CONTATOR com elemento térmico
264 11. DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES
11.7 SEQÜÊNCIA LÓGICA DE EVENTOS
Muitas vezes é necessário condicionar o acionamento de um processo (por exemplo aligação de um motor) à ocorrência de algum outro evento. Por exemplo: ligando um contato auxiliar NA de um CONTATOR A , em série, no circuito de comando de outro CONTATOR B, é possível habilitar o CONTATOR B a operar somente se o CONTATOR A estiver energizado.
Assim, por exemplo: areia deve ser carregada para um silo através de um elevador de caçambas, que por sua vez é alimentado por uma esteira horizontal transportadora. Nesse processo, a correia transportadora deverá ser acionada depois que o elevador estiver funcionando, pois caso contrário, a correia “enterrará” a caçamba na areia, impedindo o bom funcionamento do sistema. Assim, o circuito de comando do motor que aciona a esteira deve conter, em série, um contato auxiliar NA do CONTATOR que comanda o elevador. Isto inibirá o acionamento da esteira se o elevador de caçambas não estiver operando e, a habilita para operação se a esteira estiver em funcionamento. A figura 11. mostra esses circuitos de comando.
Da mesma forma que foi apresentado nesse exemplo, de modo geral, é possível condicionar processos através do enlace lógico de circuitos de comando, utilizando-se contatos auxiliares comandados pelo CONTATOR de um processo porém, inseridos no circuito de comando de outro processo.
266 11. DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES
comando de uma aplicação de Temporizador no processo de elevação de areia do item anterior, quando é imposto uma espera de T minutos entre o comando para o acionamento da esteira e o sua efetiva operação.
S C
B
B
Rb C
C BOBINA DO MOTOR DA CAÇAMBA
S C
B
Rb C
C2 BOBINA DO MOTOR DA ESTEIRA
S C
S T
T
S C
S C
11.14 - Figura da Esteira com Temporizador
Observa-se nesse diagrama que a sequência de eventos é a seguinte:
- o operador pressiona B1, que energiza C1 e fecha o contato de selo S1/C acionando o temporizador T através do fechamento de S3/C1;
- o temporizador T, após o príodo de tempo pré-estabelecido, fecha S1/T, energizando C2 que, por sua vez, fecha o contato de selo S1/C2;
- ao ser energizado C2 abre o contato S3/C2 desativando T que, se assim não fosse, permaneceria energizado sem função consumindo energia e vida útil;
- o desligamento do sistema se faz através do acionamento da botoeira B2.
ELETROTÉCNICA GERAL 267
11.9 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DOS CONTATORES E DOS
DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ACOPLÁVEIS
As principais características técnicas dos CONTATORES são:
- Corrente Nominal, que é o maior valor de corrente admissível por tempo indeterminado, por cada um dos tipos de contatos;
- Quantidade, tipo (NA ou NF) e capacidade de corrente dos contatos auxiliares;
- Tensão nominal, que é a classe de tensão para a qual o CONTATOR foi projetado para operar;
- Tensão de alimentação da bobina.
As principais características técnicas dos dispositivos de proteção contra sobrecarga, acopláveis aos CONTATORES, são:
- Corrente nominal que é o maior valor de corrente que o dispositivo de proteção não opera;
- Curva tempo x corrente;
- Quantidade, tipo (NA ou NF) e capacidade de corrente dos contatos auxiliares.
11.10 EXERCÍCIOS
1 - Um portão deve ser acionado, para abertura e fechamento, por um motor de indução trifásico. O sistema deve apresentar as seguintes características:
a) O motor é comandado por um botão para abrir, um para fechar e outro de parada.
b) Quando o portão estiver totalmente aberto ou fechado,o motor deve ser desligado, através de chaves de fim de curso, que são um tipo de interruptor que muda de estado (aberto ou fechado) através do acionamento de uma alavanca vinculada à posição de um elemento móvel, como neste exemplo, o portão.
c) Lâmpadas sinalizadoras de cores distintas devem ser ligadas quando o portão estiver abrindo (verde) ou fechando (amarela).
d) Na ocorrência de sobrecarga, a proteção deve ser acionada para desligar o motor, e uma lâmpada sinalizadora vermelha deverá acender.
ELETROTÉCNICA GERAL 269
Solução:
K
TÉRMICO F
K
L
N
DESLIGA
ABRE PORTÃO K1 (^) SELO K SELO
FECHA
PORTÃO
FIM DE CURSO
INTERTRAVA- MENTO
K
K2 K
K2 F
verde amarela (^) vermelha
Circuito de Comando e Sinalização
Observe que a chave K2, NF, representada imediatamente acima da bobina K1 é um intertravamento que impede a operação da bobina K1 quando a K2 está energizada. Analogamente ocorre com a chave K1 representada imediatamente acima da bobina K2.
2 - Fazer o circuito de comando para um motor de bomba que deve ser ligado e desligado através de duas chaves-bóia que operam comandadas pelo nível de água no reservatório.
270 11. DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES
Simbologia:
Q>
Q<
Chave de bóia abre quando o nível e ultrapassado
Chave de bóia abre quando o nível é menor que o mínimo
3 - Um sistema de bombeamento de água com dois conjuntos motor-bomba de recalque, um principal e outro de reserva. O recalque é feito de um poço para um reservatório elevado. O nível de água no reservatório de ser mantido entre o valor máximo e um valor mínimo, porém havendo falta de água no poço, o conjunto motor bomba deve ser desligado. Fazer o circuito de comando para este sistema.
4 - Fazer os circuitos de força e de comando para um sistema constituído de três motores de indução trifásicos que acionem esteiras transportadoras de areia, com as seguintes características:
a) a partir de um único comando (botoeira), os motores devem ser ligados, automaticamente, na sequência M 1 , M 2 , M 3.
