aula - comandos elétricos

8/3/2019 aula - comandos elétricos

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INSTITUTO FEDERAL DEEDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA

CEARÁCampus Avançado de Jaguaribe



Conteúdo

- Fusíveis e disjuntores

- Contatores e reles

- Botões, chaves e sinaleiros de comando

- reles eletrônicos de comando e proteção

- chaves de fim de curso e chaves bóias



Botoeiras



Botoeiras

As botoeiras possuem cores definidas pornormas de acordo com a sua função

• Vermelho: parar, desligar ou botão de

emergência;

• Amarelo: iniciar um retorno, eliminar umacondição perigosa;

• Verde ou preto: ligar, partida;

• Branco ou azul: qualquer função



Botoeiras



Chaves

• TENSÃO: QUANDO ABERTAS AS CHAVES FICAM SUBMETIDASA UM ALTO VALOR DE TENSÃO E DEVEM SUPORTÁ-LO SEMPERMITIR FLUXO DE CARGAS.

• CORRENTE: QUANDO FECHADAS AS CHAVES DEVEMCONDUZIR A CORRENTE DO CIRCUITO COMANDADO SEM SUPERAQUECER NEM PROVOCAR QUEDA DE TENSÃO.

• VELOCIDADE DE OPERAÇÃO: QUANTO MAIS RÁPIDO ACHAVE SE ABRIR OU FECHAR, MENOR SERÁ A POSSIBILIDADE DE

PRODUÇÃO DE RESISTÊNCIA NOS PONTOS DE CONTATO E

CONSEQUENTEMENTE MENOR SERÁ A QUEDA DE TENSÃOPRODUZIDA E O CALOR.

• NÚMERO DE OPERAÇÕES: INDICA A QUANTIDADE DEOPERAÇÕES QUE A CHAVE PODE EXECUTAR ATÉ QUE SEDESTRUA.



Botoeiras

Parte metálicafixa

Botão (material isolante)

ContatoParte metálicafixa

Base (materialisolante)

Parafuso deconexão

ESTRUTURA BÁSICA DAS CHAVES



Botoeiras



Chaves de impulso

São chaves de duas posições: uma dessasposições é mantida pelo acionamento e apenasenquanto durar o acionamento. A outra, chamadaposição de repouso, é mantida por algum método

próprio da chave, como uma mola por exemplo.Conforme a posição de repouso, a chave

recebe uma denominação específica:

Quando a mola mantém a chave aberta, estaúltima se chama normalmente aberta ou NA;

Quando a mola mantém a chave fechada, estaúltima se chama normalmente fechada ou NF .



Chaves de impulso



Chaves de impulso

Chave de Impulso Desligado Acionada

NA

NF



Chaves retenção ou trava

É um dispositivo que uma vez acionado, seu retorno àsituação anterior acontece somente através de um novoacionamento. Construtivamente pode ter contatosnormalmente aberto (NA) ou normalmente fechado (NF)



Chaves de contatos múltiplosou sem retenção

Chave de contatos múltiplos com ou sem retençãoExistem chaves com ou sem retenção de contatosmúltiplos NA e NF. A figura 3 mostra estes dois modelos.



Chaves seletora

É um dispositivo que possui duas ou mais posiçõespodendo selecionar uma ou várias funções em umdeterminado processo. Este tipo de chave apresentaum ponto de contato comum (C) em relação aos

demais contatos. A figura 4 apresenta dois tipos dechaves seletoras.



Chaves seletora



Chaves

Botão de comando e sinalização: Botão transparente,com elemento(s) de contato(s) e soquete para lâmpada,de tal forma que se obtenha, assim como numsinalizador luminoso, uma indicação óptica dada por

uma lâmpada embutida no mesmo.Botão de comando com chave de segurança: Botãocom elementos de contato e chave de segurança, combloqueio e retirada da chave nas duas posições.



Comutador de comando porchave de posição

Empregadas para o controle e comando de portõesautomáticos, pontes rolantes, guindastes, tornos,elevadores de carga, elevadores prediais, elevacar dentreoutras aplicações. Possuem elementos de contato NA/NFem câmaras fechadas.



Indicador visual

Os indicadores visuais fornecem sinais luminososindicativos de estado, emergência, falha etc. São os maisutilizados devido à simplicidade, eficiência (na indicação) ebaixo custo. São fornecidos por lâmpadas ou LEDs.



Dispositivos de comando eproteção

Dentro de um dispositivo de partida de um motorficam todos os componentes necessários aocomando e proteção de um motor elétrico.

Dispositivos de baixa tensão (BT): empregado emcircuitos cuja tensão da linha é 50 - 1000 V.

Dispositivos de alta tensão (AT): empregado emcircuitos cuja tensão da linha é > 1000 V.



Circuito principal: conjunto de todos os circuitosassociados;

Circuito de comando: comanda as operações de

fechamento e abertura;

Circuito auxiliar: usado para sinalização,intertravamento, etc;

Polo: parte do circuito associado apenas a uma fase.



Chaves seletora



Seccionadores

•

Intervir com segurança;• Constituído por bloco de contato e dispositivo

de comando manual por meio de manopla;

• Nunca deve ser manobrado com carga;

• Pode vir com proteção adicional.



Interruptores

• Capaz de estabelecer, suportar e interrompercircuitos em condições normais;

• Concebido para manobrar em carga com

segurança;• Abertura e fechamento asseguradas por

mecanismos especiais;• Pode ser equipado com dispositivo de

cadeado para travar e com fusíveis.



Proteção

Todos os equipamentos que estão conectados auma rede elétrica estão sujeitos a alguma falhaelétrica.

Possíveis falhas

• Sobretensão, queda de tensão, desequilíbrioou falta de fases

• Curto-circuito

• Rotos bloqueados



Proteção

Proteção contra curtos-circuitosDetectar e interromper o mais rápido possível

correntes anormais inferiores a dez vezes acorrente nominal (In)

Proteção contra sobrecargasDetectar aumentos de corrente até 10In e

interromper a partida antes que o aquecimento domotor e condutores provoque a deterioração dosisolantes.



Comutação

Consiste em estabelecer, interromper e, no casoda variação de velocidade, regular o valor dacorrente absorvida por um motor.

• Eletromecânicos: contatores; disjuntores-motor;• Eletrônicos: reles e contatores estáticos,conversores de frequência.



Fusíveis

elemento fusível.

corpo terminais.

Os FUSÍVEIS são dispositivos de proteção contra curto-circuito (e

contra sobrecarga caso não seja usado outro dispositivo para estefim) de utilização única: após sua atuação devem ser descartados.

São compostos por: elemento fusível, corpo, terminais e

dispositivo de indicação da atuação do fusível..



Fusíveis



Fusíveis

O princípio de funcionamento do fusível baseia-se nafusão do filamento e consequente abertura do filamentoquando por este passa uma corrente elétrica superior aovalor de sua especificação.



Aspectos construtivos




BASE: Região de contato com o resto da instalação elétrica, ondepassa a corrente elétrica. Deve se ter cuidado com oxidação poismascara a curva tempo x corrente;

ELEMENTO FUSÍVEL: Metal que permite a sua calibração e alta

pressão, homogêneo, de elevada pureza e de dureza apropriada.Parte encapsulada para evitar alteração do seu valor nominal.(cobre, prata, chumbo ou liga);

CORPO CERÂMICO: Deve ser isolante e permanecer isolante após

a fusão do elemento fusível. Deve suportar elevadastemperaturas sem alterar suas propriedades. E suportar elevadaspressões. Geralmente são ceramicas isolantes tipo porcelana ouesteatita.



Características dos fusíveis

Classificação

Por classe de função

• G: fusiveis que atuam na menor intensidade de sobrecarga,sendo considerados fusiveis de faixa completa.

• a: fusiveis que atuam a partir de um valor elevado desobrecarga, sendo considerados fusiveis de faixa parcial.

As classes de objetos protegidos

• L-G: cabos e linhas/proteção geral;• M: equipamentos eletromecânicos;• R: semicondutores;• B: instalações em condições pesadas (minas).



Características dos fusíveis

Classe de serviço

Composto por classe de função e classe de objetoprotegido.

• gL: proteção toral de cabos e linhas;

• aM: proteção parcial de equipamentos eletromecânicos;

• aR: proteção parcial de equipamentos eletrônicos;

• gR: proteção total de equipamentos eletrônicos;

• gB: proteção total de equipamentos em minas



Tipos de fusíveis

Utilizado em residências ou na industria (2 < In >63),capacidade de ruptura de 50 kA e tensão máxima de 500 V.



Fusível tipo “D” Os elementos que compõem o sistema de Fusível "D" são:

• Base (com fixação rápida ou por parafusos);• Anel de Proteção (ou alternativamente Capa de Proteção);• Parafuso de Ajuste;

• Fusível;• Tampa.



Fusível tipo “NH” Fusivel de alta capacidade para uso industrial (4 < In

>630), capacidade de ruptura de 120 kA e tensão máxima de500 V. Limita a corrente de curto circuito devido ao seupequeno tempo de fusão (< 4ms).

N: Niederspannung – baixa tensão

H: hochleistung – alta capacidade



Fusível tipo “NH” Os elementos que compõem o sistema de Fusível “NH" são:

• Corpo (esteatita);• Fusível;• Base;

• Punha saca fusível;



Características dos Fusíveis

Corrente estipulada (In) é a intensidade de corrente que o fusível

pode suportar permanentemente sem fundir.

Corrente convencional de não funcionamento (Inf ) valor da correntepara o qual o fusível não deve funcionar durante o tempoconvencional.

Corrente convencional de funcionamento (I2) valor da corrente parao qual o fusível deve funcionar antes de terminar o tempoconvencional

Poder de corte (Pdc) é a máxima intensidade de corrente que o

fusível é capaz de interromper, sem destruição do invólucro doelemento fusível.

Tensão nominal (Un) é a tensão que serve de base aodimensionamento do fusível, do ponto de vista do isolamento

eléctrico.



Curva característica Fusíveis

Curva intensidade - tempode fusão – é a curva querelaciona os valores daintensidade à qual o fusívelfunde com o respectivo

tempo que o fusível demoraa fundir.

O fusível não funde para asua intensidade nominal (IN)ou calibre.

O fusível funde em B maisdepressa do que em A,visto que I é mais elevadoem B.2



Dimensionamento

• Tempo de fusão virtual suportar o pico de corrente(Ip) durante o tempo da partida motor (Tp);

• IFusível = 1,2xINominal: minimo de 20% superior a In domotor;

• Quanto ao critério dos contatores e relés: IFusível <=

Ifmáx;



Fusíveis



Fusíveis

Exemplo

Dimensionar os fusiveis para proteger o motor de 5 cv,220 V/60 Hz de quatro polos, supondo que o seu tempode partida seja de cinco segundos (partida direta);

Ip/In = 8,2; In = 13,8 A

F í i l á id



Fusíveis ultra-rápidos

São indicados para a proteção de diodos e tiristores, ouseja, para retificadores e conversores de freqüência.

A atuação dos fusíveis pode-se dar por três fatores:• Curto-circuito interno: provocado por um componente

defeituoso (dentro do conversor).• Curto-circuito externo: uma falha no consumidor.• Defeito durante a frenagem (frenagem regenerativa):

falha no sistema de controle (comutação) a ponteretificadora funciona como um curto.



R l é i



Rele térmico

Dispositivo de proteção cujo ação se fundamenta nadetecção e proteção de linhas e motores contrasobrecargas.

Devido ao aumento da temperatura dos equipamentoselétricos por longos períodos ocorre a redução da vidaútil dos mesmo.

T = 10ºC maior - redução 50% da vida útil

R l té i



Rele térmico

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;

• Elevada frequência de manobra;

• Desvios excessivos de tensão e frequência da rede.

R l té i



Rele térmico

Diferentemente dos fusíveis, que se autodestroem, os

reles abrem os circuitos em presença de sobrecarga, porexemplo, e continuam a ser usados após sanada a

irregularidade.

Em relação aos fusíveis, os reles apresentam as seguintesvantagens:

• Ação mais segura;

• Possibilidade de comutação (ligado/desligado);• Proteção do usuário contra sobrecargas minimas;

• Retardamento natural que permite picos de correntepróprios às partidas de motores.

R l té i



Rele térmico

Possui dispositivos bimetálicos constituídos por 2metais (normalmente ferro e níquel) unidos porlaminação ou solda com diferentes coeficientes dedilatação

Por estarem fortemente unidos, o metal de menorcoeficiente de dilatação provoca o encurvamento doconjunto para o seu lado, afastando o conjunto de umponto determinado.

R lé bi táli



Relé bimetálico

R lé bi táli



Relé bimetálico

A curvatura do conjunto bimetálico provoca:• Liberação do dispositivo de trava: que ocasiona aabertura dos contatos principais do relé.

• Abertura de um contato fechado (95-96): que causa a

abertura do circuito de comando de um acionamento domotor.

Relé bimetálico



Relé bimetálico

Compensação da temperatura ambiente: Um relé térmicocompensado é insensível a variações de temperaturasambientes entre - 40°C e +60°C

Classes de desligamento térmico

• Relés classe 10: tempo de partida inferior a 10s.• Relés classe 20: tempo de partida de até 20s• Relés classe 30: tempo de partida de até 30s

IMPORTANTE:1) O relé térmico não protege a linha em caso de curto-circuito e deve serassociado a fusíveis.2) Uma vez disparado não volta a sua posição de repouso automaticamente,devendo ser rearmado manualmente.

Constituição do Relé bimetálico



Constituição do Relé bimetálicoOs relés de sobrecorrente possuemos seguintes elementos:

1. Botão de rearme;2. Contatos auxiliares;3. Botão de teste;4. Lâmina bimetálica auxiliar para

compensação de temperatura;

5. Cursor de arraste;6. Lâmina bimetálica principal;7. Ajuste de corrente.

Rele térmico



Rele térmico





Além destes elementos é possível parametrizar a suaatuação de acordo com as seguintes funções:





dimensionamento



dimensionamento

Os relés devem ser dimensionados de formaque contenham em sua faixa de ajuste a correntenominal (In) que circula pelo trecho onde está ligado.

• Para motores com fator de serviço (FS) >= 1,15

Ir = 1,25xIn• Para motores com fator de serviço (FS) < 1,15:

Ir = 1,15xIn

In = corrente nominal do motor;Ir = corrente de ajuste do relé térmico.

dimensionamento



dimensionamento

Exemplo:Dimensionar o relé de sobrecarga para proteger o motorde 5cv,220V/60Hz, IV pólos, supondo que o seu tempo departida seja de 5s (partida direta).

In = 14A; FS = 1,15.



Contator



Contator

contator



contator

DEFINIÇÃO:

Chave de operação não manual, eletromagnética,que tem uma única posição de repouso e é capazde estabelecer, conduzir e interromper correntes

em condições normais do circuito, inclusivesobrecargas no funcionamento.

Operação



Operação

O contator é composto de uma bobina, contatosprincipais e auxiliares, mola e núcleo magnético.

Sua atuação acontece quando os contatos dabobina são energizados, ocorrendo o atracamento

dos contatos, ou seja, os contatos NF abrem seuscontatos e os contatos NA fecham os seuscontatos.

Operação



Operação

Constituição



Constituição

Bobina:

Devem ser escolhidas de acordo com a tensão e otipo de energia de alimentação (CC ou CA)podendo variar de 24V – 660V. Os terminais da

bobina são denominados A1/A2

Constituição



Constituição

Núcleo de ferro:Atraído para dentro da bobina pelo campomagnético, está acoplado ao contator e,consequentemente, o movimento do núcleo

aciona o contato.

Contato:

É acionado pelo núcleo de ferroe esta acoplado a

uma mola que tende a levá-lo a posição derepouso

Constituição



Constituição

O contator é geralmente equipado com 3, 4 ou 5contatos, sejam eles de força, auxiliares ou mistos

Categoria de emprego



Categoria de emprego

Devem ser de acordo com a potencia da carga. Devendoentão ser escolhidos pelo tipo de carga. A classificação doscontatores é de acordo com sua categoria de emprego que

dependem dos seguintes fatores

• Natureza do receptor controlado:motor de gaiola ou anéis, resistências

• Condições nas quais se efetuam os fechamentos eaberturas:

Motor em regime ou com rotor bloqueado, inversãodo sentido de rotação

Categorias de emprego em CA




Podemos classificar as cargas em três grandesgrupos dos quais um sempre predomina com

relação ao outro.

• Cargas essencialmente indutivas;Motores,

• Cargas essencialmente resistivas;Fornos elétricos e lâmpadas incandescentes

• Cargas essencialmente capacitivas.Capacitores





Segundo a norma IEC 947 – para cada uma das

categorias define-se a capacidade de manobra queum determinado contator apresenta.





Principais defeitos



Principais defeitos

Dimensionamento



Dimensionamento

Categoria de

emprego

Tensão e

frequência

Corrente da

carga

Frequência de

manobra

N° de contatos

auxiliares

A corrente do contato principal deve ser maior que que acorrente nominal do motor, considerando o fator de serviço(FS) do motor. Para partida direta: IK >= FS x In

Dimensionamento



e s o a e to

Para partida direta:IK1 >= FS x In

Para partida estrela-triangulo:IK1 = IK2 = 0,58 x In

IK3 = 0,33 x InRele termico → 0,58 In

Para partida compensadora:IK3 = In (contator pós autotrafo)

IK2 = K2 x InIK1 = (K – K2) x In (contator que fecha o curto no autotrafo)

K é o valor do TAP do autotrafo, por exemplo: 80%, K = 0,8; 65%, K = 0,65

Dimensionamento



Ex: Dimensionar o relé de sobrecarga para proteger o motorde 5cv,220V/60Hz, IV pólos, supondo que o seu tempo departida seja de 5s (partida direta).

In = 14A; FS = 1,15.

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