Instalações Elétrivas industriais

Instalações Elétrivas industriais

(Parte 1 de 3)

Instalações Elétricas Industriais Comando de Motores

Mario A. Cantareira

INTRODUÇÃO4
Seção 1: TEORIA4
1.1 CHAVES SECCIONADORAS5
1.2 DISJUNTORES5
1.3 CONTATORES5
1.4 RELÉ AUXILIAR OU CONTATOR AUXILIAR6
1.5 RELÉ TEMPORIZADO E RELÉ CÍCLICO7
1.6 BOTOEIRAS7
1.7 CHAVES DE COMANDO7
1.8 CHAVES SELETORAS8
1.9 SENSORES8
1.10 FUSÍVEIS9
1.1 RELÉ TÉRMICO9
1.12 RELÉ DE FALTA DE FASE9
1.13 RELÉS DE SUB E SOBRETENSÃO10

SUMÁRIO 1.14 INSTRUMENTOS......................................................................10

2.1 FILOSOFIAS DE COMANDO1
2.1.1 LIGAÇÃO BÁSICA DE UM MOTOR1
2.1.2 LIGAÇÃO DE UMA BOMBA DE ÄGUA12
2.1.3 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE ÁGUA12
2.1.4 INVERÇÃO DE ROTAÇÃO12
2.1.5 PORTÃO ELÉTRICO13
2.1.6 PARTIDA ESCALONADA DE DOIS MOTORES13
2.1.7 PARTIDA ESCALONADA DE TRÊS MOTORES13
2.1.8 PARTIDA ESTRELA / TRIÂNGULO13
2.2 DIAGRAMAS TRIFILARES E FUNCIONAIS14
2.2.1 LIGAÇÃO BÁSICA DE UM MOTOR15
2.2.2 LIGAÇÃO DE UMA BOMBA DE ÄGUA16
2.2.3 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE ÁGUA17
2.2.4 INVERÇÃO DE ROTAÇÃO18
2.2.5 PORTÃO ELÉTRICO19
2.2.6 PARTIDA ESCALONADA DE DOIS MOTORES20
2.2.7 PARTIDA ESCALONADA DE TRÊS MOTORES21
2.2.8 PARTIDA ESTRELA / TRIÂNGULO26
2.3 DESCRIÇÃO DE FUNCIONAMENTO27
2.3.1 LIGAÇÃO BÁSICA DE UM MOTOR27
2.3.2 LIGAÇÃO DE UMA BOMBA DE ÄGUA28
2.3.3 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE ÁGUA30
2.3.4 INVERÇÃO DE ROTAÇÃO31
2.3.5 PORTÃO ELÉTRICO32
2.3.6 PARTIDA ESCALONADA DE DOIS MOTORES34
2.3.7 PARTIDA ESCALONADA DE TRÊS MOTORES35

Seção 2: PRÁTICA.............................................................................1 2.3.8 PARTIDA ESTRELA / TRIÂNGULO......................................36

O presente trabalho tem por objetivo mostrar os fundamentos utilizados para partida e parada de motores, em situações semelhantes às encontradas nas indústrias.

Pretende-se mostrar circuitos simples de força, de comando, de controle e de proteção, tendo em vista que outros mais sofisticados se derivam destes. Como estratégia de desenvolvimento o conteúdo está dividido em duas seções: Teoria e Prática.

executadas no laboratório, para checar a sua veracidade e tornar mais fácil a sua compreensão

Na parte de Teoria estão as descrições dos principais dispositivos utilizados, com suas característica técnicas, vantagens e limitações. Na parte Prática são apresentadas algumas ligações simples, através de diagramas e descrições de funcionamento, que devem ser

Seção 1: TEORIA

Antes de se ver as características de cada dispositivo, é necessário que alguns conceitos fiquem bem esclarecidos e definidos.

Contatos → São elementos que tem por objetivo dar continuidade ou não à passagem de corrente elétrica. São definidos no seu estado de repouso, sem atuação de agentes externos, como sendo normalmente abertos (NA) ou normalmente fechados (NF). Sendo que quando estão no estado aberto, não permitem a passagem da corrente elétrica e quando estão no estado fechado permitem.

Acionamento em Carga → Um dos grandes problemas existentes em instalações elétricas é a abertura e o fechamento de circuitos em carga, ou seja, quando existe corrente elétrica. Se o acionamento for feito de forma incorreta, lenta, o faiscamento nos contatos que, é inevitável, terá proporções maiores, provocando danos ao equipamento. Para minimizar os efeitos da faísca, os dispositivos projetados para operarem em carga têm acionamento rápido e podem também ter seus contatos imersos em ambientes que fazem a extinção do arco mais rapidamente.

Corrente Nominal → Todo equipamento elétrico tem por objetivo a condução de corrente, fazendo com que os seus componentes internos, nos quais circula a corrente, tenham seções adequadas. Isto faz com que, para um mesmo tipo de equipamento, haja variações nas dimensões das partes condutoras, em função da magnitude da corrente que o mesmo deve conduzir, ou seja, da sua corrente nominal.

1.1 CHAVES SECCIONADORAS

Também chamadas de chaves faca, são aquelas que através de um movimento de rotação de uma lâmina condutora, abrem ou fecham os seus contatos. Apesar de existirem alguns tipos para acionamento em carga, a grande maioria das chaves seccionadoras são para abrirem ou fecharem circuitos sem corrente, apenas com tensão, portanto não devem ser usadas para ligar ou desligar equipamentos. Servem apenas para dar continuidade aos circuitos ou isolá-los para manutenção.

1.2 DISJUNTORES

São dispositivos de manobra que permitem o acionamento em carga por possuírem um disparo por molas fazendo com que o movimento dos contatos seja rápido. Além do acionamento rápido, a abertura e o fechamento dos contatos também se dá dentro de uma câmara de extinção de arco especialmente projetada para isto.

Os disjuntores não são apenas dispositivos de comando, pois possuem também elementos de proteção, térmico para sobrecorrente e magnético para curto-circuito. Para conhecimento do relé térmico, ver item 1.1.

O relé magnético, utilizado como proteção de curto circuito, consiste de uma bobina em série com a alimentação, que ao ser percorrida por uma corrente da ordem de 10 vezes a nominal, (valor este que varia com o fabricante e o tipo do disjuntor), cria uma força magnética que vence a ação de uma mola fazendo com que se abra o contato. Instantaneamente interrompendo o circuito. Hoje em dia deve se tomar cuidado na especificação de disjuntores em circuito de motores, pois existe alguns tipos de disjuntores com relé magnético que opera com 3 vezes a corrente nominal, fazendo com que o mesmo atue indevidamente na partida dos motores, os quais consomem uma corrente da ordem de 8 vezes a nominal neste instante.

monofásico

Os disjuntores são dispositivos de comando que devem ser usados para operações com baixa freqüência. Para acionamentos mais freqüentes devem ser usados contatores, que serão vistos a seguir. Os disjuntores podem também possuir dispositivos de motorização possibilitando o comando remoto.

Trifásico

1.3 CONTATORES

Contatores são dispositivos que se utilizam de princípios eletromagnéticos para acionar contatos, da seguinte forma:

• Uma bobina ao ser percorrida por uma corrente elétrica produz um fluxo magnético, que atrai um núcleo móvel.

• Ao ser aberto o circuito elétrico desta bobina o fluxo magnético é interrompido, fazendo com que cesse a força de atração, e o núcleo móvel volta a sua posição de repouso, pela ação de uma mola.

• Junto com este movimento são “arrastados” os contatos, fazendo com que se abram ou se fechem.

(5 A), chamados de contatos auxiliares, que são destinados para fazer o automatismo. A quantidade destes contatos varia de acordo com o modelo e o fabricante do contator, sendo que em muitos casos se pode colocar blocos adicionais destes contatos.

Contatos principais

Contatos auxiliares

Os contatores possuem três contatos NA, chamados de contatos principais ou de força, destinados a fechar e a abrir as três fases de alimentação de um motor trifásico. Sabendo-se que para cada potência de motor é solicitada uma corrente diferente da rede, os contatores devem ser especificados de acordo com esta corrente nominal. Além destes três contatos, que têm que ter a corrente nominal coerente com a corrente do motor, os contatores possuem outros contatos auxiliares (NA) ou (NF), acionados pelo mesmo núcleo, com capacidade de corrente fixa normalmente

A maioria dos fabricantes utiliza a seguinte numeração dos contatos: • Contatos Principais: L1/T1; L2 /T2; L3/T3, ou 1/2, 3 /4, 5/6

• Contatos Auxiliares: NA com finais 3 e 4 e NF com finais 1 e 2. Ex.: contatos NA 13/14 e 43/4 e NF 21/2 e 31/32.

1.4 RELÉS AUXILIARES OU CONTATORES AUXILIARES

São dispositivos com acionamento idêntico aos contatores só que não possuem os três contatos principais de força, NA, com capacidade de corrente variando em função do motor. Possuem apenas os contatos auxiliares. Não são utilizados para ligar motores, mas sim para fazer o automatismo.

7 1.5 RELÉS TEMPORIZADOS E RELÉS CÍCLICOS

Relés temporizados são aqueles que quando têm que comutar seus contatos eles contam um tempo antes de o fazê-lo. Eles podem ser temporizados na energização ou na desenergização. Temporizados na energização são aqueles que quando as bobinas recebem tensão, contam um tempo para comutar os seus contatos, sendo que, ao se retirar a tensão, o retorno às condições iniciais se faz de forma instantânea. Temporizados na desenergização é o caso inverso ou seja : quando a sua bobina é energizada comuta seus contatos instantaneamente e quando é desenergizada, conta um tempo para retornar à sua posição de repouso.

Relés Cíclicos são aqueles que comutam os seus contatos em uma seqüência pré-determinada no tempo, e ao terminá-la, recomeçam novamente. São usadas por exemplo para repetir operações todos os dias ou à cada intervalo de horas pré ajustadas.

1.6 BOTOEIRAS

São elementos de comando que servem para energizar ou desenergizar contatores, sendo que comutam seus contatos NA ou NF através de acionamento manual. Podem variar quanto às cores, formato e proteção do acionador, quantidade e tipos de contatos, e reação ao acionamento.

Quanto ao formato e proteção do acionador temos desde as botoeiras tipo soco, que têm o acionador grande na forma de “cogumelo”, sendo de fácil acionamento, destinadas à situações de emergência; até as botoeiras com acionador protegido por tampa, que evitam o acionamento por toque acidental e somente devem ser operadas conscientemente.

iniciais assim que cesse a mesma

A variação quanto à reação ao acionamento consiste de dois tipos: as de posição mantida que trocam a condição do contado NA ou NF toda vez que são operadas e permanecem na nova posição até o próximo acionamento; e as pulsantes, que trocam a condição do contato somente enquanto existir a pressão externa, voltando às condições

São aquelas destinadas a comandar uma ação, e podem ser desde as menores, monopolares, que ligam cargas através da energização das bobinas dos Contatores, até aquelas que ligam ou desligam diretamente a alimentação trifásica dos motores. As chaves que comandam diretamente os motores têm variações quanto a forma de partida dos mesmos, podendo ser para partida direta, ou estrela/triângulo, ou com inversão de rotação.

São chaves de baixa corrente, inseridas nos circuitos do automatismo, que servem para selecionar os tipos de comando, elas podem variar quanto ao número de posições e o número de contatos, bem como a programação dos mesmos, para atender as necessidades exigidas pelo projeto. Como exemplo podemos citar as chaves que selecionam os tipos de comandos (manual/automático), que selecionam as prioridades de entrada de bombas (B1/B2/B3), chaves de transferência voltimétrica que seleciona qual das tensões será indicada no voltímetro (RS/ST/TR), chaves de transferência amperimétrica, que selecionam qual das correntes de fase vai ser indicada no amperímetro (R/S/T), etc.

1.9 SENSORES

São dispositivos que indicam, através de contatos, o estado ou a posição de alguma variável. Exemplos:

haste, que é acionada por uma parte móvel do objeto sob estudo,
indicando assim a sua posição.

- chaves fim de curso → possuem contatos que são comutados por uma

(capacitivo, indutivo) e que servem para detectar altura
de sólidos (grãos).

- chaves bóia → comutam os contatos através do acionamento de uma bóia sobre um líquido. Existem também outros tipos de acionamento,

- células foto elétricas → detectam a presença de luz, claridade. -

aproximação de seres vivos.
- detetores de pressão, vazão, umidade, calor

- sensores de aproximação → detectam através de raio infravermelho a

1.10 FUSÍVEIS

São elementos de proteção contra curto-circuito que operam pela fusão de seu elo, que é o elemento especialmente projetado para se fundir com o aquecimento provocado pela passagem de corrente elétrica acima de determinado valor. Existem vários tipos, sendo os mais simples e baratos os dos tipos rolha e cartucho. O rolha é como um soquete de lâmpada, feito em porcelana, com o

seu elo visível, sem proteção, feito de chumbo. O cartucho é rolha aquele em que o elo é uma fita também de chumbo, envolta em um cartucho canudo de papelão.

de um parafuso metálico que faz o contato elétrico e uma arruela de porcelana que tem o seu

Os mais sofisticados, caros, melhores e mais precisos são os Diazed e os NH, cujas características em comum são do elo ser feito de cobre e a fusão se dar em um ambiente cheio de areia, o que propicia fácil extinção do arco, fazendo com que cortem correntes de até 100 kA com segurança. Possuem também a sinalização de queima e são feitos nas versões rápido e retardado, sendo este último utilizado em circuitos de motores, não atuando indevidamente durante a partida, dos mesmos, instante no qual é solicitada uma corrente de 8 vezes a corrente nominal do motor. O NH se assemelha ao cartucho sendo que a sua ligação com o resto da instalação é feita por lâminas, o que permite, se for ser instalado em caixa, fazer também a função de uma chave seccionadora. O diazed se assemelha ao rolha porém, para ser utilizado necessita de base, tampa, anel e parafuso de ajuste. O parafuso de ajuste é composto

diâmetro variável de acordo com a corrente nominal do fusível, não permitindo que se coloque um de maior amperagem no lugar de um de menor amperagem (o fusível possui o seu terminal de contato com o parafuso de ajuste, com diâmetro variável de acordo com a sua corrente nominal).

1.1 RELÉ TÉRMICO

O relé térmico é um relé de sobrecorrente de atuação temporizada efetuada por um bimetal. O bimetal consiste de duas lâminas, de dois matérias com coeficientes de dilatação diferentes, coladas longitudinalmente, e sendo enrolado sobre elas um condutor, no qual passa a corrente da carga . Com a passagem desta corrente, o calor dissipado faz com que estas duas lâminas se dilatem de forma desigual, fazendo uma deflexão, responsável pela abertura/fechamento de contatos auxiliares, localizados na sua extremidade livre. A atuação da proteção, com consequente parada do motor, se dá através da bobina do contator. Esta proteção é usada como sobrecarga e é normalmente regulada para um aumento de corrente da ordem de 20 a 60%. É temporizada por ser realizada através de efeito térmico, o qual leva um tempo para se propagar/estabilizar.

Construtivamente o relé térmico já vem com seus terminais próprios para serem ligados diretamente no contator.

1.12 RELÉ DE FALTA DE FASE

Para um motor a falta de uma fase leva-o à queima, pois o mesmo pode não girar, ficando travado, puxando muita corrente da rede. Para proteger o sistema da falta de fase, que pode ocorrer pela queima de um fusível, existe um relé que sente esta falta e manda desligar o contator, impedindo a energização do motor.

1.13 RELÉS DE SUB E DE SOBRETENSÃO

gerador-diesel

Como o próprio nome diz, eles operam com baixa tensão e com alta tensão respectivamente, fazendo com que se desenergize a rede nestas condições. O relé de subtensão pode entrar no automatismo fazendo com que, na inexistência de tensão na alimentação principal, providencie a entrada de outra como segurança, por exemplo um grupo

1.14 INSTRUMENTOS

Instrumentos são dispositivos que indicam o valor de uma variável, por exemplo: corrente, tensão, potência, temperatura, etc; sendo chamado em cada caso de amperímetro, voltímetro, watímetro, termômetro, etc, respectivamente.

Existem dois tipos de instrumentos, os analógicos que fazem as suas indicações através de ponteiros e os digitais que as fazem através de números.

Seção 2: PRÁTICA

Antes de começarmos a montagem dos experimentos, vamos ver quais são os tipos de desenhos elétricos mais significativos:

Unifilar → É um desenho que mostra a parte de força, ou seja, a parte de potência de um sistema elétrico, com todas as ligações e equipamentos através de um único fio, sabendose que os outros são análogos. Desta forma, o diagrama se apresenta mais simples, sendo ideal para se entender a filosofia do conjunto, do sistema como um todo, não se prestando para manutenção, pois não mostra todas as ligações com detalhes de bornes.

Trifilar ( Bifilar, Multifilar ) → Também é um desenho que mostra a parte de força porém com todos os fios existentes, (no caso um sistema trifásico), com todos os seus equipamentos e bornes de ligação. É um desenho muito carregado, não sendo fácil a visualização do todo, porém excelente para manutenção por mostrar todas as ligações detalhadas.

Funcional → É um desenho que mostra a parte de comando, controle e proteção.

Indica as formas de se operar o sistema, bem como as grandezas que estão sendo controladas, e as proteções existentes. É o desenho que mostra todas as possibilidades e limitações de comando, controle e proteção do sistema.

Cablagem → São os desenhos que mostram as interfaces, as fiações existentes entre os vários equipamentos de um sistema.

Físicos → São aqueles que mostram os arranjos em salas de equipamentos, mostram as vistas frontais dos quadros, as furações necessárias para se montar os painéis, etc.

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