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Prof. Msc. Samuel Polato Ribas
Atividade Prática de Instalações Elétricas
Industriais
OBJETIVO
Especificar os dispositivos de acionamento, comando e proteção para o acionamento de motores elétricos trifásicos, levando em consideração o diagrama de acionamento e as características de cada tipo de partida.
MATERIAL UTILIZADO
A Atividade Prática de Instalações Elétricas Industriais em Eletrotécnica deverá ser desenvolvida com base no material disponibilizado na rota de aprendizagem e nos exemplos disponibilizados neste arquivo. O aluno deverá desenvolver todos os cálculos e entregar o relatório em um ARQUIVO ÚNICO NO FORMATO PDF no AVA, no ícone Trabalhos, dentro da disciplina de Instalações Elétricas Industriais em Eletrotécnica. Todas as tabelas deverão ser preenchidas com as informações solicitadas. Caso seja necessário, verifique as orientações importantes para a realização desta atividade, disponível no final deste arquivo.
INTRODUÇÃO
Considere um painel elétrico onde são encontrados os dispositivos de comando e proteção para o acionamento dos motores elétricos de uma linha de produção de painéis de madeira em MDF. Neste painel, encontram-se os dispositivos para o acionamento de 5 motores de indução trifásicos, com os seguintes tipos de partida.
- Motor 1 : motor com partida direta
- Motor 2: motor em partida direta com reversão no sentido de rotação
- Motor 3: motor com chave partida estrela-triângulo
- Motor 4: motor com chave de partida estrela-triângulo com reversão no sentido de rotação
- Motor 5: motor com chave de partida compensadora
Prof. Msc. Samuel Polato Ribas A seguir são apresentados os circuitos de força e comando de cada um dos motores.
1. Motores com partida direta 1.1 Circuitos de força e comando Motor 1 Figura 1 – Circuitos de força e comando do motor com chave de partida direta.
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2. Motores com partida estrela-triângulo 2.1 Circuitos de força e comando do Motor 3 Figura 3 – Circuito de força do motor com chave de partida estrela-triângulo
Prof. Msc. Samuel Polato Ribas Figura 4 – Circuito de comando do motor com chave de partida estrela-triângulo
Prof. Msc. Samuel Polato Ribas Figura 6 – Circuito de comando do motor com chave de partida estrela-triângulo com reversão no sentido de rotação.
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3. Motor com partida compensadora 3.1 Circuitos de força e comando do Motor 5 Figura 7 – Circuito de força do motor com chave de partida compensadora
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4. Fusíveis O dimensionamento de fusíveis deve levar em consideração duas situações. A primeira situação é durante a partida do motor. Sabe-se que a partida do motor atinge valores muito maiores do que a corrente nominal. Sendo assim, o fusível não pode se romper durante a partida. Além disso, durante o funcionamento do motor com corrente nominal, o fusível também não pode ser romper. No caso da partida deve-se saber quanto tempo a corrente de partida vai permanecer, e então verificar na curva do fusível imediatamente superior ao valor encontrado, cruzando a informação de corrente de partida e tempo de partida, qual é a corrente nominal do fusível. O segundo critério diz respeito às correntes, já que o fusível deve proteger, além do motor, o contator e o relé de sobrecarga. Esses critérios são:
- If ≥ 1,2 x IN: Significa que a corrente nominal do fusível deve ser no mínimo 20% acima da corrente nominal do motor.
- If ≤ IK : Significa que a corrente nominal do fusível não pode ser maior que a corrente máxima do fusível dimensionado para os contatores.
- If ≤ IRT: Significa que a corrente nominal do fusível não pode ser superior à corrente máxima do fusível para relé de sobrecarga. Esta metodologia de dimensionamento pode ser utilizada para os diodos diazed ou diametral (tipo D) e para os fusíveis do tipo NH. É válido ressaltar que nas chaves de partida compensadora e estrela-triângulo, a corrente de partida é reduzida, portanto, deve-se especificar o fusível levando em consideração a corrente de partida reduzida. Para o dimensionamento de fusíveis do tipo D, devem ser utilizadas as curvas características da Figura 9. Para o dimensionamento de fusíveis do tipo NH, devem ser utilizadas as curvas características da Figura 10. As curvas características das Figuras 9 e 10 são utilizadas para verificar se qual fusível deve ser utilizado para que suporte a corrente de partida do motor, em função do tempo que ela permanecerá presente. Após a determinação da corrente nominal do fusível, é necessário que sejam consultadas as tabelas fornecidas pelos fabricantes, para especificar qual o modelo de fusível que será adotado. A Figura 11 apresenta os modelos de fusíveis do tipo D, e a Figura 12 apresenta os modelos de fusíveis do tipo NH.
Prof. Msc. Samuel Polato Ribas Figura 9 – Curvas características do fusível tipo D Figura 10 – Curvas características do fusível tipo NH
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5. Contatores O dimensionamento de contatores deve ser feito levando em consideração a corrente que circulará por ele. No caso de motores de indução trifásicos, a corrente que vai passar pelo contator vai depender do tipo de de partida que será utilizado. No caso de um chave de partida direta, como as que estão sendo mostradas nas Figuras 1 e 2, a corrente dos contatores será dada por 𝐼𝐾 1 = 𝐼𝐾 2 ≥ 𝐼𝑁 em que IN é a corrente nominal do motor dada por 𝐼𝑁 =
√^3 ∙^ 𝑉𝑁 ∙^ 𝑐𝑜𝑠𝜑^ ∙^ 𝜂
onde, P é a potência nominal do motor em W, VN é a tensão nominal em V, cosφ é o fator de potência do moto a plana carga, e η é o rendimento do motor a plena carga entre 0 e 1. Para a chave de partida estrela triângulo, a corrente do contator que faz a ligação do motor em estrela, deve suportar 33% da corrente nominal, ou seja, 𝐼𝐾𝑌 ≥ 0 , 33 ∙ 𝐼𝑁 O contator que faz o fechamento do motor em triângulo, assim como os demais contatores, devem suportar 58% da corrente nominal do motor, ou seja, 𝐼𝐾𝑛 = 𝐼𝐾Δ ≥ 0 , 58 ∙ 𝐼𝑁 Na chave de partida compensadora, os contatores K2 e K3 operam durante a partida do motor, e na sequência apenas o contator K 1 fica sujeito a passagem de corrente. Como a tensão de partida depende do tap do transformador em que o motor está ligado, a corrente dependerá dessa ligação, com exceção do contator K1. No caso do contator K1, ele ficará sujeito à corrente nominal do motor, já que ele não participa diretamente da partida do motor. Sendo assim, a ele deve ser dimensionador para corrente nominal do motor, ou seja, 𝐼𝐾 1 ≥ 𝐼𝑁 Já para os contatores K2 e K3, deve ser levado em consideração o tap de partida. A corrente no contator K2 será 𝐼𝐾 2 ≥ 𝑡𝑎𝑝^2 ∙ 𝐼𝑁 E para o contator K3 será 𝐼𝐾 3 ≥ (𝑡𝑎𝑝 − 𝑡𝑎𝑝^2 ) ∙ 𝐼𝑁
Prof. Msc. Samuel Polato Ribas Após ser definida a corrente que passa por cada contator, deve ser verificada no catálogo de algum fabricante, qual o modelo que deverá ser utilizado. A Figura 13 apresenta os modelos e características de contatores de um determinado fabricante. É sempre válido relembrar as categorias de contatores. Há quatro categorias que são destinadas ao acionamento de máquinas elétricas.
- AC1: Acionamento de cargas levemente indutivas ou resistivas.
- AC2: Manobras leves, comando de motores com anéis coletores, desligamento em regime.
- AC3: Serviço normal de manobras em motores com rotor do tipo gaiola de esquilo, desligamento em regime.
- AC4: Manobras pesadas, acionar motores a plena carga, comando intermitente, reversão em operação e frenagem por contracorrente.
Prof. Msc. Samuel Polato Ribas Figura 13 – Modelos de contatores. Após a determinação do contator em função da corrente que ele deve suportar, é necessário verificar o número de contatos auxiliares necessários, e a tensão de comando. Estas informações são obtidas verificando o circuito de comando utilizado, pois é nele que se encontram todos os contados auxiliares necessários para a realização da lógica de acionamento.
6. Relés de sobrecarga Os relés de sobrecarga têm a função de monitorar se a corrente que está sendo absorvida pelo motor não é uma corrente que pode ser considerada como sendo de sobrecarga. Sendo assim, a corrente que deve passar por eles e, portanto, que eles devem suportar, é a corrente que alimenta o motor em regime permanente. No dimensionamento dos relés de sobrecarga, será especificada qual a corrente que ele passará a enxergar como sendo corrente de sobrecarga. Esse valor é o que deverá ser ajustado na regulagem de corrente. Na chave de partida direta e na partida direta com reversão de rotação, o relé de sobrecarga está ligado em série com o motor, e em série com os contatores, sendo assim, a corrente será a mesma dos contatores, portanto 𝐼𝑅𝑇 ≥ 𝐼𝑁 Já na chave de partida estrela-triângulo, a corrente ajustada no relé de sobrecarga será para 𝐼𝑅𝑇 ≥ 0 , 58 ∙ 𝐼𝑁
Prof. Msc. Samuel Polato Ribas considerando que em regime ele fica em série com o contator K1, e, portanto, ficarão sujeitos à mesma corrente. Na partida compensadora, como o relé de sobrecarga fica ligado diretamente em série com o motor e com o contator K1, a corrente a ser ajustada será 𝐼𝑅𝑇 ≥ 𝐼𝑁 Vale ressaltar que as correntes determinadas para o relé de sobrecarga é a corrente em que ele deve ser ajustado. Para um melhor ajuste, a corrente de sobrecarga calculada deve estar o mais possível no centro da escala de ajuste. Depois de determinada a corrente IRT que a corrente de ajuste do relé de sobrecarga, deve ser escolhido no catálogo de um fabricante qual o modelo mais adequado. Para isso, alguns cuidados devem ser levados em consideração.
- Verificar se o fusível dimensionado é adequado para o relé de sobrecarga escolhido. Existe um valor máximo de corrente nominal do fusível que é recomendável que seja instalado junto com o modelo de relé térmico escolhido. Se esta condição não for satisfeita, deve-se rever o dimensionamento do fusível ou do relé de sobrecarga.
- Escolher um modelo que seja compatível com o contator a que ele vai ser acoplado. Se isso não for possível é necessário especificar também os acessórios para que seja possível a conexão entre eles.
- Verificar se os contatos auxiliares do relé de sobrecarga atendem a necessidade do circuito de comando.
- No caso de haver dois ou mais relés cuja faixa de ajuste atender a corrente IRT deve ser escolhido aquele em que o valor de corrente vai ficar próxima do centro da faixa de ajuste. Por exemplo, vamos supor que a corrente de ajuste IRT seja de 10 A. Vamos considerar também que há dois relés de sobrecarga que atendem este valor. O primeiro com a faixa de ajustem entre 8 e 14 A, e o segundo com faixa de ajuste entre 9 e 15 A. O centro da faixa de ajuste do primeiro é 11 A, e do segundo é em 12 A. Como a corrente calculada de 10 A está mais próxima de 11 A, que é o centro da escala do primeiro relé, é ele que deve ser escolhido. A Figura 14 apresenta os modelos e características dos relés de sobrecarga de um determinado fabricante.
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7. Relés eletrônicos (temporizadores) Os relés eletrônicos são utilizados no circuito de comando quando é necessário ser dado um comando diferenciado que não pode ser dado utilizando lógica de contatos. Para isso, os fabricantes de relés eletrônicos dispõem de várias opções de relés. No específico de acionamento de motores elétricos, o mais comum é a utilização de relés temporizadores com retardo na energização, e relé temporizador para chave de partida estrela-triângulo. A Figura 15 apresenta os relés temporizadores de retardo na energização e estrela-triângulo, de um determinado fabricante. Figura 15 – Modelos de relés temporizadores com retardo na energização e estrela-triângulo Na especificação de relés temporizadores deve ser verificado se a faixa de ajuste de tempo, e a tensão de comando.
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EXEMPLOS DE DIMENSIONAMENTO
1. Chave de partida direta Especificar os componentes de uma chave de partida direta sem reversão no sentido de rotação, para um motor trifásico de 10 CV, 4 polos, ligado a uma rede de 220 V, 60 Hz, com rendimento de 92% e fator de potência a plana carga de 0,84, sabendo que a tensão de comando é de 24 Vcc, e que a corrente de partida permanece durante 2 s, com uma relação IP/IN igual a 8,2. Utilize fusíveis do tipo diametral. Solução: O primeiro passo é a especificação do fusível a ser utilizado. Para isso, deve- se conhecer a corrente de partida e o tempo que ela permanecerá. A corrente nominal do motor será 𝐼𝑁 =
A corrente de partida será 𝐼𝑃 𝐼𝑁
Como é solicitado a que se utilize um fusível do tipo diametral, verifica-se no gráfico das curvas dos fusíveis o ponto de cruzamento entre a corrente de partida e o tempo durante o qual ele permanece, que é de 2 s. Se percebe que o ponto encontrado está entre as curvas dos fusíveis de 35A
