Comandos Elétricos Industriais

Comandos Elétricos Industriais

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COMANDOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 2

Hoje, com a atual tecnologia disponível para automação a nível industrial, o comando e o controle dos motores elétricos passaram a ser conhecimentos básicos indispensáveis nas indústrias, e como no mercado existe uma lacuna em termos de publicações que pudessem complementar os estudos iniciais daqueles que se interessassem pelo assunto, foi desenvolvida essa apostila com materiais práticos e teóricos a fim de auxiliar os alunos do curso técnico de manutenção industrial com ênfase em elétrica e manutenção, tanto nos estudos quanto na prática do dia a dia. Essa apostila engloba as teorias e práticas em importantes itens que se fazem presentes dentro de uma indústria, tais como: Dispositivos de proteção, dispositivos de comando, contatores, motores elétricos, circuitos de comando e força; além de todos os tópicos que os acercam.

SUMÁRIO4
1 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO5
1.1 RELÉS BIMETÁLICOS5
1.2 RELÉS DE SOBRECORRENTE CONTRA CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO8
1.3 FUSÍVEIS9
1.3.1 QUANTO AO TIPO DE FUSÍVEIS:1
1.3.2 QUANTO A VELOCIDADE DE ATUAÇÃO:13
1.4 DISJUNTORES14
1.5 CARACTERÍSTICAS COMPARATIVAS FUSÍVEL-DISJUNTOR19
2 DISPOSITIVOS DE COMANDOS21
2.1 CHAVE DE PARTIDA DIRETA MANUAL (CHAVE FACA)21
2.1.1 CHAVE SECCIONADORA23
2.2 CHAVES ROTATIVAS BLINDADAS24
2.3 CHAVES SIMPLES/CHAVES DE IMPULSO27
2.4 CHAVES DE IMPULSO28
2.5 BOTÃO DE COMANDO DE FIM DE CURSO:31
2.6 ASSOCIAÇÕES DE CHAVES31
2.7 SINALIZAÇÃO32
3 CHAVE MAGNÉTICA OU CONTATOR MAGNÉTICO3
3.1 COMO FUNCIONA A CHAVE MAGNÉTICA:34
3.1 CONSTRUÇÃO:37
3.2 CONTATOR DE POTÊNCIA E CONTATOR AUXILIAR40
3.3 FUNCIONAMENTO DO CONTATOR42
3.4 CONTATORES, CATEGORIAS DE EMPREGO - IEC 94743
3.5 DURABILIDADE OU VIDA ÚTIL4
4 RELÉS DE TEMPO (TEMPORIZADOR)45
4.1 SÍMBOLOS DOS RELÉS47
4.2 RELÉ DE TEMPO ESTRELA-TRIÂNGULO47
5 CIRCUITOS DE COMANDOS E FORÇA49
Comando de motor trifásico com botão de retenção mecânica49
CIRCUITO DE FORÇA OU DIAGRAMA DE FORÇA OU DIAGRAMA PRINCIPAL49
Comando de motor trifásico com auto-retenção, sinalização e proteção por relé térmico50
5.1 INTERTRAVAMENTO51
6 LIGAÇÃO ESTRELA-TRIÂNGULO PARA CARGAS TRIFÁSICAS:54
6.1 ACIONAMENTO E PROTEÇÃO DE MOTORES56
6.2 PARTIDAS56
6.3 PARTIDA EM ESTRELA-TRIÂNGULO56
DIAGRAMA ELÉTRICO DE COMANDO DE UMA PARTIDA ESTRELA/TRIÂNGULO57
7 MOTORES ELÉTRICOS:58
7.1 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA58
7.2 MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA58
7.3 MOTORES UNIVERSAIS60
7.4 LIGAÇÃO DE MOTORES TRIFÁSICOS60
61
Ligações em estrela ( Υ ) e em triângulo ( Δ )61
LIGAÇÃO DE MOTORES DE 6 TERMINAIS62
LIGAÇÃO DO MOTOR DE 12 TERMINAIS63
8 INVERSORES DE FREQÜÊNCIA64
9 LABORATÓRIO65
9.1 MOTOR MONOFÁSICO65
9.2 LIGAÇÃO SUBSEQUENTE AUTOMÁTICA DE MOTORES68
9.3 INVERSÃO DO SENTIDO DE ROTACÃO69
9.4 LIGAÇÃO DE UM MOTOR TRIFÁSICO EM ESTRELA/ TRIÂNGULO70
9.5 COMANDO AUTOMÁTICO PARA DUAS VELOCIDADES(DAHLANDER) ........................................ 71
9.6 ESCOLHA DO MOTOR72
9.7 COMANDO AUTOMÁTICO PARA COMPENSADOR COM REVERSÃO74
9.8 COMANDO AUTOMÁTICO ESTRELA – TRIÂNGULO COM REVERSÃO75
9.9 COMANDO AUTOMÁTICO PARA DUAS VELOCIDADES COM REVERSÃO (DAHLANDER )7
10 SIMBOLOGIA ELÉTRICA:78
10.1 SIGLA SIGNIFICADO E NATUREZA78

Sumário 4

1 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO

A proteção é uma ação automática provocada por dispositivos sensíveis a determinadas condições anormais, no sentido de evitar ou limitar danos a um sistema ou equipamento, a proteção também pode ser entendida como uma manobra automática. A escolha, aplicação e a coordenação seletiva adequadas ao conjunto de componentes que constituem a proteção de um sistema é um dos aspectos mais importantes da instalação elétrica industrial. A função da proteção é justamente minimizar os danos ao sistema e seus componentes, sempre que ocorrer uma falha no equipamento, no sistema elétrico ou falha humana. Nessa apostila estudaremos os dois tipos de proteção mais usados nas indústrias. Os dispositivos de proteção contra correntes de curto-circuito, como: disjuntores e fusíveis. E os dispositivos de proteção contra correntes de sobrecarga, como os relés bimetálicos.

1.1 RELÉS BIMETÁLICOS

São construídos para proteção de motores contra sobrecarga, falta de fase e tensão. Seu funcionamento é baseado em dois elementos metálicos, que se dilatam diferentemente provocando modificações no comprimento e forma das lâminas quando aquecidas. O material que constitui as lâminas é em sua maioria é o níquel-ferro.

Figura 1 – exemplo de um relé bimetálico 5

Esquema de ligação do Relé bimetálico da figura 1:

1.Ajustar a escala à corrente nominal da carga. 2.Botão de destravação (azul):

Antes de por o relé em funcionamento, apertar o botão de destravação. O contato auxiliar é ajustado pela fábrica para religamento manual (com bloqueio contra religamento automático). Comutação para religamento automático: apertar o botão de destravação e girá-lo no sentido anti-horário, até o encosto, da posição H (manual) para A (automático).

3.Botão "Desliga" (vermelho). O contato auxiliar abridor será aberto manualmente, se for apertado este botão.

4.Indicador Lig./Desl - (verde). Se o relé estiver ajustado para religamento manual, um indicador verde sobressairá da capa frontal se ocorrer o disparo (desligamento) do relé. Para religar o relé, apertar o botão de destravação. Na posição "automático", não há indicação.

5.Terminal para bobina do contator, A2.

Relés de sobrecarga são usados para proteger INDIRETAMENTE equipamentos elétricos, como motores e transformadores, de um possível superaquecimento. O superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por:

• Sobrecarga mecânica na ponta do eixo;

• Tempo de partida muito alto;

• Rotor bloqueado;

• Falta de uma fase;

• Desvios excessivos de tensão e freqüência da rede.

Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobrecorrente) no motor é monitorado em todas as fases pelo relé de sobrecarga. Os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga são marcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores. Os terminais dos circuitos auxiliares do relé são marcados da mesma forma que os de contatores, com funções específicas, sendo o número de seqüência deve ser ‘9’ (nove) e, se uma segunda seqüência existir, será identificada com o zero. Na figura 1 temos: 95, 96, 97 e 98.

Na figura seguinte temos um exemplo de Relé Bimetálico.

Figura 2 – Relé Bimetálico SIRIUS da SIEMENS

Existem também os relés para cargas trifásicas, onde existe 3 tiras bimetálicas percorridas direta ou indiretamente pela corrente principal. Depois do relé ser acionado, permanecerá na posição “desligado” até que seja apertado o botão “reset”. O relé só irá disparar quando a corrente que o percorrer for maior que 120 % da corrente nominal, isso é para evitar que pequenas sobrecargas desliguem o equipamento sem necessidade. Quanto maior a corrente, mais rápida será a atuação do relé. O tempo de disparo também é influenciado pela temperatura: Trabalhando a frio (temperatura ambiente), o tempo de disparo é 25% maior do que com o equipamento aquecido (estar sendo circulado por corrente), esse aspecto é importante em relação as descargas periódicas, que acorrem com o equipamento fora de uso, diferentemente do que ocorre com o equipamento em pleno funcionamento. Na figura 3 temos um exemplo do interior de um relé bimetálico.

Figura 3 – Esquema interno de um relé bimetálico. 7

1.2 RELÉS DE SOBRECORRENTE CONTRA CORRENTES DE CURTOCIRCUITO.

Esses relés são do tipo eletromagnético, com uma atuação instantânea, e se compõe com os relés de sobrecarga para criar a proteção total dos componentes do circuito contra a ação prejudicial das correntes de curtocircuito e de sobrecarga, respectivamente. A sua construção é relativamente simples em comparação com a dos relés de sobrecarga (bimetálicos ou eletrônicos), podendo ser esquematizado, como segue:

Figura 4 – Esquema interno de um relé de sobrecorrente. 8

A bobina eletromagnética do relé é ligada em série com os demais componentes do circuito. Sua atuação apenas se dá quando por esse circuito passa a corrente de curto circuito (Ik*), permanecendo inativo perante as correntes nominais (In**) e de sobrecarga (Ir***). Pelo que se nota, a sua função é idêntica à do fusível, com a diferença de que o fusível queima ao atuar, e o relé permite um determinado número de manobras. Por outro lado, como o relé atua sobre o mecanismo do disjuntor, abrindo-o perante uma corrente Ik, a capacidade de interrupção depende do disjuntor, enquanto que, usando fusível em série com o disjuntor, essa capacidade de interrupção depende do fusível. *Ik = Corrente de curto circuito.

**In = Corrente nominal.

***Ir = Corrente de sobracarga.

São os elementos mais tradicionais para proteção contra curto-circuito de sistemas elétricos. Sua operação é baseada na fusão do “elemento fusível”, contido no seu interior. O “elemento fusível” é um condutor de pequena seção transversal, que sofre, devido a sua alta resistência, um aquecimento maior que o dos outros condutores, à passagem da corrente. O “elemento fusível” é um fio ou uma lâmina, geralmente, prata, estanho, chumbo ou liga, colocado no interior de um corpo, em geral de porcelana, hermeticamente fechado. Possuem um indicador, que permite verificar se operou ou não; ele é um fio ligado em paralelo com o elemento fusível e que libera uma mola que atua sobre uma plaqueta ou botão, ou mesmo um parafuso, preso na tampa do corpo. Os fusíveis contém em seu interior, envolvendo por completo o elemento, material granulado extintor; para isso utiliza-se, em geral, areia de quartzo de granulometria conveniente. A figura abaixo mostra a composição de um fusível (no caso mais geral).

Figura 5 – interior de um fusível “NH” e montagem de um fusível tipo “D”. 9

O elemento fusível pode ter diversas formas. Em função da corrente nominal do fusível, ele compõe-se de um ou mais fios ou lâminas em paralelo, com trecho(s) de seção reduzida. Nele existe ainda um ponto de solda, cuja temperatura de fusão é bem menor que a do elemento e que atua por sobrecargas de longa duração.

Figura 6 – Fusível tipo “D” e “NH”.

Figura 7 – Interior de um fusível Diazed.

O fusível com o exterior de vidro é muito usado, pois, facilita a inspeção. Durante o desligamento (queima do fusível), ocorre um arco voltaico entre os pontos do circuito que se separam, ocasionado pela ionização do meio. Este arco representa um perigo por poder ocasionar fogo. Para evitar esse risco o elo fusível deve ser envolto por um elemento isolante (vidro, cerâmica etc.), e deve haver também um material extintor (normalmente areia ou cristais de sílica) internamente ao fusível. Quanto maior a corrente que o percorre, menor deve ser o tempo de desligamento do fusível.

1.3.1 QUANTO AO TIPO DE FUSÍVEIS:

NH - Usados em circuito de alta potência e conectados por encaixe, com ferramenta própria (punho) para proteção do operador;

Figura 8 – Exemplo de fusível NH.

DIAZED - Usados em circuitos baixa potência e conectados através do portafusível que se monta por rosca. O próprio suporte do fusível protege o operador contra choque elétrico.

Figura 9 – Exemplo de fusível Diazed e sua montagem.

1.3.2 QUANTO A VELOCIDADE DE ATUAÇÃO:

RÁPIDOS: Estes tipos são os que têm atuação mais rápida. Ex. Micro fusíveis para ligação em Circuitos Impressos.

Figura 10 – Exemplo de fusíveis usados em circuitos eletrônicos. 12

Ex2. Fusível SITOR.

Figura 1 – Exemplo de fusíveis de potência e alta velocidade.

RETARDOS: Fusíveis para circuitos de motores elétricos e de capacitores. Não se rompem durante os picos de corrente de partida. Se a corrente for muito maior que oito vezes a normal o fusível passa a agir tão rápido quanto um de ação rápida.

1.4 DISJUNTORES

O disjuntor é um dispositivo que, entre outros, é capaz de manobrar o circuito nas condições mais críticas de funcionamento, que são as condições de curtocircuito. Ressalte-se que apenas o disjuntor é capaz de manobrar o circuito nessas condições, sendo que, interromper é ainda atributo dos fusíveis, que porém não permitem uma religação. A manobra através de um disjuntor é feita manualmente (geralmente por meio de uma alavanca) ou pela ação de seus relés de sobrecarga (como bimetálico) e de curto-circuito (como eletromagnético). Observe nesse ponto que os relés não desligam o circuito: eles apenas induzem ao desligamento, atuando sobre o mecanismo de molas, que aciona os contatos principais. É válido mencionar que para disjuntor de elevadas correntes nominais, os relés de sobrecorrentes são constituídos por transformadores de corrente e módulo eletrônico que irá realizar a atuação do disjuntor por correntes de sobrecargas, correntes de curto-circuito com disparo temporizado e instantâneo e até disparo por corrente de falha à terra. Assim, podemos concluir que os disjuntores não protegem o sistema, pois são dispositivos de comando, destinados a abrir o circuito somente. Quem atua como proteção são os relés em seu interior, com ligação direta com o mecanismo disjuntor. Esses relés podem ser do tipo térmicos ou magnéticos. Os térmicos apresentam bimetais destinados as sobrecorrente (sobrecargas), enquanto os eletromagnéticos são mais eficazes à proteção de curto-circuito e as tensões anormais. Diversos são os tipos de disjuntores de baixa tensão utilizados. Citaremos alguns tipos, com suas respectivas curvas características.

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