Partida direta com reversão

Partida direta com reversão

(Parte 1 de 7)

Análise de dispositivos de manobra e de proteção de baixa tensão 5

ANÁLISE DE DISPOSITIVOS DE MANOBRA E DE PROTEÇÃO DE BAIXA TENSÃO Conceitos, equipamentos e aplicações industriais. OBJETIVOS.

Dentro das aplicações de potência da eletricidade, a parte industrial é sem dúvida uma das mais importantes, sobretudo porque representa a transformação da energia elétrica como parte de um produto, que por sua vez pode tanto ser de consumo quanto representar um novo meio de produção.

Como tal, é freqüentemente integrante das atividades exercidas pelos profissionais da área, seja na forma de projetos elétricos, instalação dos equipamentos e acessórios, quanto de manutenção dos mesmos, esse último fator fundamental para que se obtenha elevada rentabilidade e racionalização dos procedimentos industriais, e com isso custos e preços otimizados.

Dentro desses enfoques, o presente texto se destina a integrar os seus leitores tanto no conceito técnico e construtivo dos principais componentes dessas áreas de atividade, quanto fornecer os dados que permitam estabelecer e desenvolver os critérios de raciocínio, que vão levar a escolha da melhor solução que o caso em análise requer.

Destina-se esse conteúdo também a ser parte de um programa de ensino de 2º Grau e de 3º Grau, na área de potência, e como tal, sem prejuízo da parte de aplicações profissionais, citar e justificar fatores fundamentais que devem estar presentes no conjunto de conhecimentos que seus leitores devem possuir. Baseado nesses fatos, durante o próprio desenrolar das análises, mais conceitos serão comentados e integrados ao objetivo maior que é o de criar uma elevada capacidade de raciocínio, entendendo e aplicando o “porque“ de certos projetos apresentarem problemas, por não terem sido adequadamente detalhados na hora do projeto, da instalação e da manutenção.

Entendendo-se o conteúdo que segue como parte de um PROGRAMA DE ENSINO REGULAR ou de um curso de complementação a profissionais já formados, é útil lembrar que o funcionamento de dispositivos mencionados a seguir vem baseados em princípios eletromagnéticos e físicos, que são:

• Conceito e formulação de tensão, corrente e potência elétricas, tanto em corrente contínua quando alternada ;

• Significado de potência ativa, reativa e aparente;

• Defasamento angular tensão-corrente e conseqüente significado do fator de potência;

• Fenômeno da indução eletromagnética e da força eletromotriz induzida.

• Criação de campos magnéticos, linhas de campo magnético e forças de atração / repulsão magnética;

• Causas do aparecimento de correntes parasitas em núcleos magnéticos e meios de limitá-las e as perdas magnéticas;

• Resistividade elétrica, fatores que a definem ( mobilidade do elétron, número de elétrons livres e carga unitária do elétron, alem da temperatura ) e, resistência elétrica;

• Perdas Joule e conseqüente elevação de temperatura. Conseqüências;

• Conceito de reatâncias capacitiva e indutiva, e de impedância elétricas.

EQUAÇÕES BÁSICAS
P = UI . k onde P = potência ativa ( atenção: não use o termo WATTAGEM )

Análise de dispositivos de manobra e de proteção de baixa tensão 6 Potência ativa .

U = tensão elétrica ( atenção: não use o termo VOLTAGEM ) I = corrente elétrica ( atenção: não use o termo AMPERAGEM ) k = fator que depende do tipo de rede, a saber: k = 1, no caso de corrente continua k = fator de potência x rendimento, no caso de corrente alternada monofásica k = raiz quadrada de três x fator de potência x rendi – mento, no caso de corrente alternada trifásica.

Unidade de medida: o watt ( W ), e, em fase de alteração, o cavalo-vapor ( cv ). O cavalo-vapor ( cv ) está sendo eliminado na caracterização da potência de motores, pois não é unidade de medida elétrica e sim mecânica.

Nota: os termos WATTAGEM, VOLTAGEM e AMPERAGEM não devem ser usados, por não constarem da terminologia da ABNT.

Potência reativa Definição : Em regime permanente senoidal, é a parte imaginária da potência complexa

Pr = UI , onde U e I tem o mesmo significado indicado acima
Unidade de medida: o volt-ampére ( VA )

Potência aparente.

Definição: Produto dos valores eficazes, da tensão e da corrente. Nota : em regime permanente senoidal, é o módulo da potência complexa

Unidade de medida: também o volt-ampére ( VA ).

Potência complexa.

Definição: Para tensão e corrente senoidais, é o produto do fasor tensão pelo conjugado do fasor corrente.

Unidade de medida: produto vetorial de volt-ampére ( VA )

Perdas. Definição: Diferença entre a potência de entrada e a de saída.

Observe-se que existem diversos tipos de perdas, tais como no cobre ( as do condutor, ou perdas joule ), no ferro ( as do núcleo magnético ), dielétricas ( as do material isolante ) ou ainda, as perdas em carga, em vazio e as totais.

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Característica comum dessas perdas é a de se apresentarem na forma de uma elevação de temperatura ( aquecimento ), a qual deve ser acrescida á temperatura ambiente, e a soma das duas deve ser perfeitamente suportada pelos materiais utilizados na construção do componente ou equipamento por um tempo especificado na norma respectiva.

A correlação entre o nível de temperatura suportável, as perdas , a corrente admissível e a potência disponível, levam a algumas conclusões importantes, a saber: 1. Quanto maior a temperatura admissível nos materiais utilizados ( sobretudo nos isolantes, que são mais críticos nesse aspecto ), maior a potência disponível no componente ou equipamento. 2. Quanto maior a temperatura ambiente, atuando sobre um dado equipamento, menor é a potência disponível, e 3. Quanto mais intensa a refrigeração ( troca de calor ) que atua sobre o equipamento, maior é a potência disponível.

Essas conclusões podem ser muito importantes quando do dimensionamento e instalação de um equipamento, e nos levam a necessidade de um levantamento completo das condições ambientais, no local da instalação.

Perdas joule. São dadas por:

Pj = I 2 . R, onde Pj = perdas joule, medidas em watts ( W ), I = corrente passante ( A )

R =resistência do circuito ( Ω )

Unidade de medida: o watt ( W ) Resistência elétrica.

R = resistividade elétrica ( ρ ) x comprimento do condutor ( l ) / seção condutora ( s ).

O valor dessa resistência, e também da resistividade, é dependente da temperatura: quanto maior a temperatura, maior o valor de R.

Unidades de medida: • Da resistência elétrica, o ohm ( Ω )

• Da resistividade elétrica, o ohm x milímetro quadrado / metro ( Ω . mm2 / m )

• Da seção, em milímetros quadrados ( mm2 ) .

Aquecimento dos componentes.

O aquecimento é dado por : Q = I 2 . t, onde Q é o aquecimento, medido em joules ( J ) ou em calorias ( cal ). A caloria é uma unidade de medida ainda admitida temporariamente. A unidade oficial é o joule. Lembrar que 1 cal = 4,1868 j.

Essas são algumas das formulas que devem ser lembradas, durante a análise do que segue.

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Ao tratarmos de assuntos técnicos, como no presente caso, é de fundamental importância que o futuro profissional seja orientado no sentido de saber que o atendimento às Normas Técnicas é condição primeira e básica para o correto desempenho de suas atividades. Em outras palavras, não atender a norma nos seus projetos, construção de componentes , instalação de sistemas e sua manutenção, leva a soluções inadmissíveis no meio técnico e vão prejudicar a confiabilidade da atuação desse profissional.

Consequentemente, todo aquele que exerce ou vai exercer uma atividade técnica, deve estar atualizado no que diz respeito às normas publicadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, analisar e aplicar seus conteúdos, ficando o profissional com a liberdade de utilizar soluções comprovadamente melhores do que as definidas nessas normas. Portanto, as condições citadas nas normas são CONDIÇÕES MÍNIMAS a serem atendidas.

As normas técnicas brasileiras , de acordo com a regra básica estabelecida dentro da ABNT, devem estar coerentes com as normas internacionais da Comissão Eletrotécnica Internacional – IEC, que engloba todas as normas da área elétrica com exceção das ligadas a transmissão de pulsos, como é o caso das de telecomunicações no seu todo. Isso, para que não hajam conflitos em termos internacionais, seja dos produtos aqui produzidos, seja de tecnologias importadas. Entretanto, em algumas áreas de produtos, como é o caso de transformadores de distribuição, e como conseqüência da tradição que foi implantada há muito tempo por fabricantes, outras normas poderão excepcionalmente ser a referência.

As normas da ABNT vem caracterizadas por um conjunto de letras ( NBR ) e números que as identificam. As letras NBR significam Normas Brasileiras de Referência, sendo que em termos de conteúdo, assim se apresentam:

Por exemplo, a norma de INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO –

• As NORMAS GERAIS , aplicadas às metodologias de instalação e de projeto. NBR 5410.

• As ESPECIFICAÇÕES, que indicam as condições técnicas a serem atendidas.

Por exemplo, as condições técnicas que devem estar presentes num CABO DE COBRE ISOLADO COM PVC estão definidas na norma NBR 7288, para um nível de tensão entre 1kV e 6kV.

• Os METODOS DE ENSAIO, que, como o próprio nome diz, definem os procedimentos normalizados a serem seguidos quando do ensaio de um componente ou equipamento, nos seus mais diversos aspectos: montagem do circuito ou do dispositivo de ensaio, instrumentação quanto a sua exatidão, temperatura de referência, altitude de referência, etc. Nota-se portanto, que: 1. Ao fazer o ensaio de um componente para a determinação de suas características nominais e eventuais, existe uma regulamentação que vem baseada em fatores necessariamente presentes para que essas características existam. Serão essas as características a serem gravadas na PLACA DE CARACTERÍSTICAS, que identificam o componente ou equipamento. Se entretanto, fatores como temperatura, altitude, etc. forem diferentes dos normalizados, os valores de placa precisam ser corrigidos.

2. Esta estrutura das normas brasileiras, acompanhando a sistemática da IEC, estão sendo modificada para uma única norma por produto, que já engloba todos os aspectos ( especificação, ensaios, representação gráfica e literal, eventual padronização aplicável ao produto ), tornando desnecessária a consulta a diversos textos de norma.

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3. As normas técnicas acompanham a evolução das técnicas e de matérias primas.

Consequentemente, são feitas periodicamente, revisões e novas publicações, com conteúdos parcialmente diferentes, o que invalida a edição anterior dessa norma, na qual se mantém o número e se altera o ano de publicação. Portanto, é necessário cuidado no uso de uma norma, para que se tenha certeza de que o texto que estamos usando realmente está em vigor !

• As normas de SIMBOLOS GRÁFICOS e de SIMBOLOS LITERAIS informam como um componente deve ser identificado no seu esquema de ligação, tanto no desenho do símbolo quanto na letra que o deve caracterizar. Nos anexos 1 e 2 ( páginas 95 a 98 ) vamos encontrar um extrato dos principais símbolos gráficos e a reprodução da tabela de símbolos literais da NBR 5280.

• As normas de PADRONIZAÇÃO são necessárias em alguns casos de partes e componentes elétricos, para permitir a intercambialidade. Por exemplo: altura do eixo de motores, por grupo de potências.

• Em todas essas normas, existe o item DEFINIÇÕES, que contem a TERMINOLOGIA

TÉCNICA a ser utilizada. Essa terminologia está intimamente ligada ao SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES DE MEDIDA – SI, que contem as grandezas físicas, sua representação e as unidades de medida e suas abreviaturas e modo de redação. Portanto, sem entrarmos nesses enfoques, devemos ter presente a necessidade de conhecer detalhadamente, o SISTEMA SI. Para esclarecer dúvidas relativas a Unidades de Medida, consultar o Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial – INMETRO.

Normas técnicas dos principais componentes elétricos.

As normas aplicáveis aos componentes citados no texto que segue, tem a referência IEC. Vamos entender esse detalhe. No antes exposto, ficou citado que as normas da ABNT seguem basicamente as normas da IEC, salvo algumas exceções. Vimos também que os conteúdos são periodicamente atualizados, de modo que cada vez que a norma IEC é atualizada, segue-se, após algum tempo, a atualização da norma brasileira. Como , por outro lado, os fabricantes devem apresentar aos seus consumidores, sempre produtos de acordo com as últimas condições normativas existentes, a indústria opta, por exemplo, em indicar as normas IEC atualizadas como referência de seus produtos, que sempre antecedem às normas regionais, como as da ABNT. Por essa razão, as normas citadas no presente caso são:

• IEC 60947-1 Equipamentos de manobra e de proteção em baixa tensão – Especificações

• IEC 60947-2 Disjuntores

• IEC 60947-3 Seccionadores e seccionadores-fusível

• IEC 60947-4 Contatores de potência, relés de sobrecarga e conjuntos de partida.

• IEC 60947-5 Contatores auxiliares, botões de comando e auxiliares de comando.

• IEC 60947-7 Conectores e equipamentos auxiliares

• IEC 60269-1 Fusíveis para baixa tensão

• IEC 60439-1 Conjuntos de manobra e comando em baixa tensão

• NBR 5410Instalações Elétricas de Baixa Tensão.
• NBR 5280Símbolos Literais de Eletricidade

• Símbolos Gráficos ( normas IEC / DIN / NBR )

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Para o devido entendimento dos termos técnicos utilizados nesse texto, destacamos os que seguem, extraídos das respectivas normas técnicas.

• Seccionadores.

Dispositivo de manobra ( mecânico ) que assegura, na posição aberta, uma distância de isolamento que satisfaz requisitos de segurança especificados. Nota: um seccionador deve ser capaz de fechar ou abrir um circuito, ou quando a corrente estabelecida ou interrompida é desprezível, ou quando não se verifica uma variação significativa na tensão entre terminais de cada um dos seus pólos. Um seccionador deve ser capaz também de conduzir correntes em condições normais de circuito, e também de conduzir por tempo especificado, as correntes em condições anormais do circuito, tais como as de curto-circuito.

Chave seca de baixa tensão, de construção e características elétricas adequadas à

• Interruptor. manobra de circuitos de iluminação em instalações prediais, de aparelhos eletrodomésticos e luminárias, e aplicações equivalentes. Nota do autor: essa manobra é entendida como sendo em condições nominais de serviço. Portanto, o interruptor interrompe cargas nominais.

• Contator.

Dispositivo de manobra ( mecânico ) de operação não manual, que tem uma única posição de repouso e é capaz de estabelecer ( ligar ), conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, inclusive sobrecargas de funcionamento previstas.

• Disjuntor.

Dispositivo de manobra ( mecânico ) e de proteção, capaz de estabelecer ( ligar ), conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito.

• Fusível encapsulado.

Fusível cujo elemento fusível é completamente encerrado num invólucro fechado, o qual é capaz de impedir a formação de arco externo e a emissão de gases, chama ou partículas metálicas para o exterior quando da fusão do elemento fusível, dentro dos limites de sua característica nominal.

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