Acionamento e Proteção de Sistemas Elétricos

Acionamento e Proteo de Sistemas Eltricos

Professor: Alexandre Marcossi Leroy

NDICE :Acionamento e Proteo de Sistemas Eltricos INTRODUO Anlise de dispositivos de manobra e de proteo de baixa tenso ..............................................3 Equaes bsicas............................................................................................................................4 Normalizao tcnica...................................................................................................................... 5 Terminologia.....................................................................................................................................7 Representao grfica e literal dos componentes de um circuito....................................................9 Grandezas que caracterizam um componente / equipamento.......................................................11 Tipos de carga................................................................................................................................12 DISPOSITIVOS DE MANOBRA E PROTEO Fusveis encapsulados...................................................................................................................14 Dispositivos de Manobra................................................................................................................19 Seccionador-fusvel sob carga.......................................................................................................20 Disjuntores......................................................................................................................................21 Caractersticas comparativas fusvel-disjuntor...............................................................................25 Rels de proteo contra sobrecarga.............................................................................................27 Rels de sobrecorrente contra correntes de curto-circuito.............................................................33 Contatores......................................................................................................................................34 Seletividade e coordenao de proteo ( back-up ) entre dispositivos de proteo....................42 Consideraes finais sobre a manobra e proteo de motores eltricos em partida direta...........46 MOTORES ELTRICOS Motores eltricos............................................................................................................................48 Critrios de escolha de motores eltricos......................................................................................49 Regimes de servio........................................................................................................................49 Formas construtivas.......................................................................................................................51 Classificao trmica dos materiais isolantes................................................................................52 Altitude............................................................................................................................................53 Grau de proteo............................................................................................................................53 Categorias de conjugado................................................................................................................54 PARTIDA DE MOTORES TRIFASICOS Partida de motores trifsicos..........................................................................................................56 Partida direta..................................................................................................................................57 Partida estrela-tringulo.................................................................................................................58 Partida por auto-transformador (compensadora)...........................................................................62 Partida suave ( soft-starter )...........................................................................................................64 ANEXOS. 1 - Dados de encomenda..............................................................................................................71 2 - Normas tcnicas......................................................................................................................72 3 Simbologia...............................................................................................................................73 4 - Smbolos literais.......................................................................................................................83 Bibliografia.....................................................................................................................................83

Acionamento e Proteo de Sistemas Eltricos.doc

2

ANLISE DE DISPOSITIVOS DE MANOBRA E DE PROTEO DE BAIXA TENSO Conceitos, equipamentos e aplicaes industriais. OBJETIVOS. Dentro das aplicaes de potncia da eletricidade, a parte industrial sem dvida uma das mais importantes, sobretudo porque representa a transformao da energia eltrica como parte de um produto, que por sua vez pode tanto ser de consumo quanto representar um novo meio de produo. Como tal, freqentemente integrante das atividades exercidas pelos profissionais da rea, seja na forma de projetos eltricos, instalao dos equipamentos e acessrios, quanto de manuteno dos mesmos, esse ltimo fator fundamental para que se obtenha elevada rentabilidade e racionalizao dos procedimentos industriais, e com isso custos e preos otimizados. Dentro desses enfoques, o presente texto se destina a integrar os seus leitores tanto no conceito tcnico e construtivo dos principais componentes dessas reas de atividade, quanto fornecer os dados que permitam estabelecer e desenvolver os critrios de raciocnio, que vo levar a escolha da melhor soluo que o caso em anlise requer. Destina-se esse contedo tambm a ser parte de um programa de ensino de 2 Grau e de 3 Grau, na rea de potncia, e como tal, sem prejuzo da parte de aplicaes profissionais, citar e justificar fatores fundamentais que devem estar presentes no conjunto de conhecimentos que seus leitores devem possuir. Baseado nesses fatos, durante o prprio desenrolar das anlises, mais conceitos sero comentados e integrados ao objetivo maior que o de criar uma elevada capacidade de raciocnio, entendendo e aplicando o porque de certos projetos apresentarem problemas, por no terem sido adequadamente detalhados na hora do projeto, da instalao e da manuteno. PR-REQUISITOS. Entendendo-se o contedo que segue como parte de um PROGRAMA DE ENSINO REGULAR ou de um curso de complementao a profissionais j formados, til lembrar que o funcionamento de dispositivos mencionados a seguir vem baseados em princpios eletromagnticos e fsicos, que so: Conceito e formulao de tenso, corrente e potncia eltricas, tanto em corrente contnua quando alternada ; Significado de potncia ativa, reativa e aparente; Defasamento angular tenso-corrente e conseqente significado do fator de potncia; Fenmeno da induo eletromagntica e da fora eletromotriz induzida. Criao de campos magnticos, linhas de campo magntico e foras de atrao / repulso magntica; Causas do aparecimento de correntes parasitas em ncleos magnticos e meios de limit-las e as perdas magnticas; Resistividade eltrica, fatores que a definem ( mobilidade do eltron, nmero de eltrons livres e carga unitria do eltron, alem da temperatura ) e, resistncia eltrica; Perdas Joule e conseqente elevao de temperatura. Conseqncias; Conceito de reatncias capacitiva e indutiva, e de impedncia eltricas.


3

EQUAES BSICAS. Potncia ativa . P = U . I . k onde P = potncia ativa ( ateno: no use o termo WATTAGEM ) U = tenso eltrica ( ateno: no use o termo VOLTAGEM ) I = corrente eltrica ( ateno: no use o termo AMPERAGEM ) k = fator que depende do tipo de rede, a saber: k = 1, no caso de corrente continua k = fator de potncia x rendimento, no caso de corrente alternada monofsica k = raiz quadrada de trs x fator de potncia x rendimento, no caso de corrente alternada trifsica.

Unidade de medida: o watt ( W ), e, em fase de alterao, o cavalo-vapor (cv). O cavalo-vapor (cv) est sendo eliminado na caracterizao da potncia de motores, pois no unidade de medida eltrica e sim mecnica. Nota: os termos WATTAGEM, VOLTAGEM e AMPERAGEM no devem ser usados, por no constarem da terminologia da ABNT. Potncia reativa Definio : Em regime permanente senoidal, a parte imaginria da potncia complexa Pr = U . I , onde U e I tem o mesmo significado indicado acima Unidade de medida: o volt-ampre ( VA )

Potncia aparente. Definio: Produto dos valores eficazes, da tenso e da corrente. Nota : em regime permanente senoidal, o mdulo da potncia complexa Unidade de medida: tambm o volt-ampre ( VA ). Potncia complexa. Definio: Para tenso e corrente senoidais, o produto do fasor tenso pelo conjugado do fasor corrente. Unidade de medida: produto vetorial de volt-ampre ( VA )

Perdas. Definio: Diferena entre a potncia de entrada e a de sada. Observe-se que existem diversos tipos de perdas, tais como no cobre ( as do condutor, ou perdas joule ), no ferro ( as do ncleo magntico ), dieltricas ( as do material isolante ) ou ainda, as perdas em carga, em vazio e as totais. Caracterstica comum dessas perdas a de se apresentarem na forma de uma elevao de temperatura ( aquecimento ), a qual deve ser acrescida temperatura ambiente, e a soma das duas deve ser perfeitamente suportada pelos materiais utilizados na construo do componente ou equipamento por um tempo especificado na norma respectiva.


4

A correlao entre o nvel de temperatura suportvel, as perdas, a corrente admissvel e a potncia disponvel, levam a algumas concluses importantes, a saber: 1. Quanto maior a temperatura admissvel nos materiais utilizados ( sobretudo nos isolantes, que so mais crticos nesse aspecto ), maior a potncia disponvel no componente ou equipamento. 2. Quanto maior a temperatura ambiente, atuando sobre um dado equipamento, menor a potncia disponvel, e 3. Quanto mais intensa a refrigerao ( troca de calor ) que atua sobre o equipamento, maior a potncia disponvel. Essas concluses podem ser muito importantes quando do dimensionamento e instalao de um equipamento, e nos levam a necessidade de um levantamento completo das condies ambientais, no local da instalao. Perdas joule. So dadas por: Pj = I 2 . R, onde Pj = perdas joule, medidas em watts ( W ), I = corrente passante ( A ) R =resistncia do circuito ( )

Unidade de medida: o watt ( W ) Resistncia eltrica. R = resistividade eltrica ( ) x comprimento do condutor ( l ) / seo condutora ( s ). O valor dessa resistncia, e tambm da resistividade, dependente da temperatura: quanto maior a temperatura, maior o valor de R. Unidades de medida: Da resistncia eltrica, o ohm ( ) Da resistividade eltrica, o ohm x milmetro quadrado / metro ( mm2 / m ) Da seo, em milmetros quadrados ( mm2 ) . Aquecimento dos componentes. O aquecimento dado por : Q = I 2 . t, onde Q o aquecimento, medido em joules ( J ) ou em calorias ( cal ). A caloria uma unidade de medida ainda admitida temporariamente. A unidade oficial o joule. Lembrar que 1 cal = 4,1868 j. Essas so algumas das formulas que devem ser lembradas, durante a anlise do que segue. NORMALIZAO TCNICA. Ao tratarmos de assuntos tcnicos, como no presente caso, de fundamental importncia que o futuro profissional seja orientado no sentido de saber que o atendimento s Normas Tcnicas condio primeira e bsica para o correto desempenho de suas atividades. Em outras palavras, no atender a norma nos seus projetos, construo de componentes , instalao de sistemas e sua manuteno, leva a solues inadmissveis no meio tcnico e vo prejudicar a confiabilidade da atuao desse profissional. Conseqentemente, todo aquele que exerce ou vai exercer uma atividade tcnica, deve estar atualizado no que diz respeito s normas publicadas pela Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT, analisar e aplicar seus contedos, ficando o profissional com a liberdade de utilizar solues comprovadamente melhores do que as definidas nessas normas. Portanto, as condies citadas nas normas so CONDIES MNIMAS a serem atendidas.


5

As normas tcnicas brasileiras , de acordo com a regra bsica estabelecida dentro da ABNT, devem estar coerentes com as normas internacionais da Comisso Eletrotcnica Internacional IEC, que engloba todas as normas da rea eltrica com exceo das ligadas a transmisso de pulsos, como o caso das de telecomunicaes no seu todo. Isso, para que no hajam conflitos em termos internacionais, seja dos produtos aqui produzidos, seja de tecnologias importadas. Entretanto, em algumas reas de produtos, como o caso de transformadores de distribuio, e como conseqncia da tradio que foi implantada h muito tempo por fabricantes, outras normas podero excepcionalmente ser a referncia. As normas da ABNT vem caracterizadas por um conjunto de letras ( NBR ) e nmeros que as identificam. As letras NBR significam Normas Brasileiras de Referncia, sendo que em termos de contedo, assim se apresentam: As NORMAS GERAIS , aplicadas s metodologias de instalao e de projeto. Por exemplo, a norma de INSTALAES ELTRICAS DE BAIXA TENSO NBR 5410. As ESPECIFICAES, que indicam as condies tcnicas a serem atendidas. Por exemplo, as condies tcnicas que devem estar presentes num CABO DE COBRE ISOLADO COM PVC esto definidas na norma NBR 7288, para um nvel de tenso entre 1kV e 6kV. Os METODOS DE ENSAIO, que, como o prprio 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, instrumentao quanto a sua exatido, temperatura de referncia, altitude de referncia, etc. Nota-se portanto, que: 1. Ao fazer o ensaio de um componente para a determinao de suas caractersticas nominais e eventuais, existe uma regulamentao que vem baseada em fatores necessariamente presentes para que essas caractersticas existam. Sero essas as caractersticas a serem gravadas na PLACA DE CARACTERSTICAS, 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 sistemtica da IEC, esto sendo modificada para uma nica norma por produto, que j engloba todos os aspectos (especificao, ensaios, representao grfica e literal, eventual padronizao aplicvel ao produto ), tornando desnecessria a consulta a diversos textos de norma. 3. As normas tcnicas acompanham a evoluo das tcnicas e de matrias primas. Conseqentemente, so feitas periodicamente, revises e novas publicaes, com contedos parcialmente diferentes, o que invalida a edio anterior dessa norma, na qual se mantm o nmero e se altera o ano de publicao. Portanto, necessrio cuidado no uso de uma norma, para que se tenha certeza de que o texto que estamos usando realmente est em vigor ! As normas de SIMBOLOS GRFICOS e de SIMBOLOS LITERAIS informam como um componente deve ser identificado no seu esquema de ligao, tanto no desenho do smbolo quanto na letra que o deve caracterizar. Nos anexos 1 e 2 ( pginas 95 a 98 ) vamos encontrar um extrato dos principais smbolos grficos e a reproduo da tabela de smbolos literais da NBR 5280. As normas de PADRONIZAO so necessrias em alguns casos de partes e componentes eltricos, para permitir a intercambialidade. Por exemplo: altura do eixo de motores, por grupo de potncias. Em todas essas normas, existe o item DEFINIES, que contem a TERMINOLOGIA TCNICA a ser utilizada. Essa terminologia est intimamente ligada ao SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES DE MEDIDA SI, que contem as grandezas fsicas, sua representao e as unidades de medida e suas abreviaturas e modo de redao. Portanto, sem entrarmos nesses enfoques, devemos ter presente a necessidade de conhecer detalhadamente, o SISTEMA SI. Para esclarecer dvidas relativas a Unidades de Medida, consultar o Instituto Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial INMETRO.


6

Normas tcnicas dos principais componentes eltricos. As normas aplicveis aos componentes citados no texto que segue, tem a referncia IEC. Vamos entender esse detalhe. No antes exposto, ficou citado que as normas da ABNT seguem basicamente as normas da IEC, salvo algumas excees. Vimos tambm que os contedos so periodicamente atualizados, de modo que cada vez que a norma IEC atualizada, segue-se, aps algum tempo, a atualizao da norma brasileira. Como , por outro lado, os fabricantes devem apresentar aos seus consumidores, sempre produtos de acordo com as ltimas condies normativas existentes, a indstria opta, por exemplo, em indicar as normas IEC atualizadas como referncia de seus produtos, que sempre antecedem s normas regionais, como as da ABNT. Por essa razo, as normas citadas no presente caso so: IEC 60947-1 Equipamentos de manobra e de proteo em baixa tenso Especificaes IEC 60947-2 Disjuntores IEC 60947-3 Seccionadores e seccionadores-fusvel IEC 60947-4 Contatores de potncia, rels de sobrecarga e conjuntos de partida. IEC 60947-5 Contatores auxiliares, botes de comando e auxiliares de comando. IEC 60947-7 Conectores e equipamentos auxiliares IEC 60269-1 Fusveis para baixa tenso IEC 60439-1 Conjuntos de manobra e comando em baixa tenso NBR 5410 Instalaes Eltricas de Baixa Tenso. NBR 5280 Smbolos Literais de Eletricidade Smbolos Grficos ( normas IEC / DIN / NBR ) TERMINOLOGIA. Para o devido entendimento dos termos tcnicos utilizados nesse texto, destacamos os que seguem, extrados das respectivas normas tcnicas. Seccionadores. Dispositivo de manobra ( mecnico ) que assegura, na posio aberta, uma distncia de isolamento que satisfaz requisitos de segurana especificados. Nota: um seccionador deve ser capaz de fechar ou abrir um circuito, ou quando a corrente estabelecida ou interrompida desprezvel, ou quando no se verifica uma variao significativa na tenso entre terminais de cada um dos seus plos. Um seccionador deve ser capaz tambm de conduzir correntes em condies normais de circuito, e tambm de conduzir por tempo especificado, as correntes em condies anormais do circuito, tais como as de curto-circuito. Interruptor. Chave seca de baixa tenso, de construo e caractersticas eltricas adequadas manobra de circuitos de iluminao em instalaes prediais, de aparelhos eletrodomsticos e luminrias, e aplicaes equivalentes. Nota do autor: essa manobra entendida como sendo em condies nominais de servio. Portanto, o interruptor interrompe cargas nominais. Contator. Dispositivo de manobra ( mecnico ) de operao no manual, que tem uma nica posio de repouso e capaz de estabelecer ( ligar ), conduzir e interromper correntes em condies normais do circuito, inclusive sobrecargas de funcionamento previstas. Disjuntor. Dispositivo de manobra ( mecnico ) e de proteo, capaz de estabelecer ( ligar ), conduzir e interromper correntes em condies normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condies anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito.Acionamento e Proteo de Sistemas Eltricos.doc

7

Fusvel encapsulado. Fusvel cujo elemento fusvel completamente encerrado num invlucro fechado, o qual capaz de impedir a formao de arco externo e a emisso de gases, chama ou partculas metlicas para o exterior quando da fuso do elemento fusvel, dentro dos limites de sua caracterstica nominal. Rel ( eltrico ). Dispositivo eltrico destinado a produzir modificaes sbitas e predeterminadas em um ou mais circuitos eltricos de sada , quando certas condies so satisfeitas no circuito de entrada que controlam o dispositivo. Notas do autor: O rel, seja de que tipo for, no interrompe o circuito principal, mas sim faz atuar o dispositivo de manobra desse circuito principal. Assim, por exemplo, existem rels que atuam em sobrecorrente de sobrecarga ou de curto-circuito, ou de rels que atuam perante uma variao inadmissvel de tenso. Por outro lado, os reles de sobrecorrente perante sobrecarga ( ou simplesmente rels de sobrecarga ), por razes construtivas, podem ser trmicos ( quando atuam em funo do efeito Joule da corrente sobre sensores bimetlicos ), ou seno eletrnicos, que atuam em funo de sobrecarga e que podem adicionalmente ter outras funes, como superviso dos termistores ( que so componentes semicondutores ), ou da corrente de fuga. Quanto s grandezas eltricas mais utilizadas nesse estudo, destacamos: Corrente nominal. Corrente cujo valor especificado pelo fabricante do dispositivo. Nota do autor: Essa corrente obtida quando da realizao dos ensaios normalizados, conforme comentrio anterior. Corrente de curto-circuito. Sobrecorrente que resulta de uma falha, de impedncia insignificante entre condutores energizados que apresentam uma diferena de potencial em funcionamento normal. Corrente de partida. Valor eficaz da corrente absorvida pelo motor durante a partida, determinado por meio das caractersticas corrente-velocidade. Sobrecorrente. Corrente cujo valor excede o valor nominal. Sobrecarga. A parte da carga existente que excede a plena carga. Nota: Esse termo no deve ser utilizado como sinnimo de sobrecorrente. Nota do autor: Sobrecorrente um termo que engloba a sobrecarga e o curto-circuito. Capacidade de Interrupo. Um valor de corrente presumida de interrupo que o dispositivo capaz de interromper, sob uma tenso dada e em condies prescritas de emprego e funcionamento, dadas em normas individuais. Notas do autor: A capacidade de interrupo era antigamente chamada de capacidade de ruptura, termo que no deve mais ser usado. O valor da capacidade de interrupo de particular importncia na indicao das caractersticas de disjuntores, que so, por definio, dispositivos capazes de interromper correntes de curto-circuito, o que os demais dispositivos de manobra no fazem. Resistncia de contato. Resistncia eltrica entre duas superfcies de contato, unidas em condies especificadas. Nota do autor: esse valor de particular interesse entre peas de contato, onde se destaca o uso de metais de baixa resistncia de contato, que so normalmente produzidos por metais de baixo ndice de oxidao, ou seno ainda, quando duas peas condutoras so colocadas em contato fsico, passando a corrente eltrica de uma superfcie a outra.Acionamento e Proteo de Sistemas Eltricos.doc

8

por exemplo, o que acontece entre o encaixe de fusveis na base e a pea externa de contato do fusvel, que no pode ser fabricada com materiais que possam apresentar elevada resistncia de contato. REPRESENTAO GRFICA E LITERAL DOS COMPONENTES DE UM CIRCUITO. Um esquema eltrico, ( e no um diagrama ) a representao dos componentes que o compe, de acordo com as normas de Smbolos Grficos e Smbolos Literais. Vejamos abaixo o esquema com circuitos de manobra principais representando uma instalao eltrica industrial.

No caso, trata-se de uma representao UNIFILAR, que bastante esclarecedora quanto aos componentes do circuito, mas perdem-se detalhes do tipo em que fase esto ligados os componentes. Para eliminar esse inconveniente, necessrio fazer a representao MULTIFILAR. No presente caso, que o de uma rede trifsica ( L1,2,3 ) passaria a ser uma representao TRIFILAR. Ou seno, no esquema de comando ( veja pgina seguinte ), o de uma representao BIFILAR, pois nesse caso temos um circuito alimentado por dois condutores em forma monofsica ou bifsica. Existem algumas condies bsicas que devem ser respeitadas, ao reunir os componentes de um circuito, as quais podemos sintetizar do seguinte modo: A entrada do sistema deve possuir a melhor qualidade de operao e proteo para atender com segurana as circunstancias de PIOR CASO, como por exemplo, proteger os componentes contra a ao trmica e dinmica da corrente de curto-circuito. A estrutura do sistema basicamente dada pela necessidade da diviso de cargas , assegurando uma elevada praticidade e confiabilidade ao sistema, bem como atender a certas imposies normalizadas, tal como no caso da partida de motores, com a insero de mtodos de partida para potncias nas quais as normas o exigem. Ao ser feita a montagem de um tal circuito, observar corretos mtodos de instalao, bem como, na hora de aplicar carga, atender a orientao da respectiva norma de aplicao de carga, para no prejudicar o seu desempenho futuro.


9

Semelhantemente ao item anterior, conhecer a metodologia de manuteno citada na norma do produto em questo, para assegurar uma VIDA TIL a mais prolongada possvel. Com isso, so minimizados investimentos futuros para manter o sistema funcionando, o que eleva a rentabilidade da instalao industrial alimentada por esse circuito. Os circuitos de manobra principais tem normalmente associados a eles, os circuitos de comando, no qual esto ligados os componentes para manobra manual e automtica ,e de proteo. Um desses circuitos est representado no que segue, e no caso se trata do circuito de comando de uma partida estrela-tringulo. O funcionamento e uso dos mesmos sero objeto de comentrios posteriores. Circuito de comando Exemplo: Partida estrela-tringulo

F21, F22, F23 Fusveis para proteo do circuito de comando T1 Transformador para alimentao do comando F7 Contator auxiliar ( NF ) do rel de sobrecarga S2 Chave fim de curso de proteo do sistema de partida S0 e S1 Botes de comando de impulso para liga e desliga K6 Rel de tempo e contatos temporizados K1, K2, K3 Bobinas dos contatores e contatos auxiliares H1 Sinalizao do regime de operao

GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM UM COMPONENTE / EQUIPAMENTO. Cada componente/equipamento tem gravado externamente, atravs de uma placa de caractersticas ou de uma gravao em alto ou baixo relevo, as grandezas principais que o caracterizam. Nos


10

manuais/catlogos tcnicos que o acompanham, mais outros dados importantes podero estar sendo mencionados. Assim, no caso de componentes eltricos, so bsicas as indicaes: Tenso (eltrica) nominal ( Un ) e corrente ( eltrica ) nominal ( In ) Freqncia nominal ( fn ) Potncia presente no circuito a que se destina ( Pn ) Eventualmente a corrente mxima de curto-circuito, no caso de disjuntores ( Icu / Ics ) Normas que se aplicam aos componentes, tanto as especificaes quanto os mtodos de ensaio. Observe: o smbolo da grandeza tenso eltrica o U e no o V. Esse ltimo a abreviatura de sua unidade de medida ( volt ), e no da grandeza.

Somado a essas indicaes, vem tambm a indicao de como o fabricante caracteriza o seu produto. Assim, os disjuntores de fabricao da Siemens so identificados por 3WN...; um fusvel Diazed, por 5SB2 ....., e assim por diante. Mas, ao lado dessas grandezas bsicas, outras to importantes quanto essas, que caracterizam os produtos, passaro a ser analisadas agora: Curvas de carga. As cargas, eltricas ( p.ex. lmpadas incandescentes ) ou eletromecnicas ( p.ex. motores ), alimentadas por um circuito eltrico, apresentam caractersticas eltricas diferentes, como pode ser observado nas ilustraes. Basicamente, temos trs tipos de cargas das quais uma sempre predomina em cada componente/equipamento, sem porm deixar de existir uma parcela de outras formas de carga simultaneamente presente. Assim: - Cargas indutivas, como a dos motores eltricos. Porm, a presena de um certo efeito resistivo, manifestado pela existncia das perdas joule, comprova que, ao lado dessa carga indutiva, encontramos, no sem importncia, a carga resistiva. - Cargas predominantemente resistivas, como as encontradas em fornos eltricos e lmpadas incandescentes, e - Cargas predominantemente capacitivas, como as encontradas nos capacitores, sem com isso excluir a presena, em menor intensidade, de cargas indutivas ou resistivas nesse componente. Vamos fazer uma anlise mais detalhada de cada uma das trs formas de curvas de carga. 1. Cargas indutivas. Se caracterizam por uma corrente de partida, algumas vezes maior que a nominal, corrente essa que vai atenuando sua intensidade com o passar do tempo, ou seja, conforme o motor vai elevando sua velocidade, como pode ser visto no grfico que tem no eixo dos tempos a unidade de medida o segundo, e no eixo das correntes, o mltiplo da corrente nominal ( x In ). Essa corrente maior conseqente da necessidade de uma potncia maior no incio do funcionamento do motor, para vencer as inrcias mecnicas ligadas ao seu eixo, que em ltima anlise so as apresentadas pela mquina mecnica que o motor deve movimentar. Uma vez vencida a inrcia, o motor reduz a corrente e alcana o seu valor nominal ( In ). Devido a corrente de partida maior que a nominal, surgem perdas eltricas e flutuaes na rede, que precisam ser controladas. Lembrando que, para uma certa tenso de alimentao, a corrente diretamente proporcional potncia, os problemas citados so aceitveis para cargas indutivas de pequeno valor, exigindo, porm, medidas de reduo da potncia envolvida para cargas de valor mais elevado.


11

Nesse sentido, na rea da baixa tenso, cujos circuitos devem atender a norma NBR 5410, estando em vigor a sua edio de 1997 na poca da redao do presente estudo, encontramos no seu item 6.5.3 a determinao de que somente para potncias motoras at 3,7 kW ( 5 cv ) inclusive, a ligao dessa carga indutiva pode ser feita diretamente, sem a reduo supramencionada. Acima dessa potncia, o primeiro passo a consulta a Concessionria de Energia no local da instalao desse motor, sobre o limite at o qual permitida a partida direta, a plena tenso pois esse valor depende das condies de carga em que a rede de alimentao se encontra. importante no esquecer desse detalhe na hora de definir o circuito de alimentao de uma carga motora, sob pena de fazer um projeto errado. 2. Cargas resistivas. Pela anlise da curva de carga, nota-se claramente que a relao tempo x corrente evolui de um modo totalmente diferente. De um lado, no eixo dos tempos, a escala de mili segundos, demonstrando que a durao de um pico inicial de corrente muitssimo menor, e conseqentemente menores os efeitos da resultantes, como o caso do aquecimento, enquanto que no eixo da corrente, continua ser o mltiplo da corrente nominal ( x In ). Por outro lado, bem maior o pico de corrente, que chega a valores da ordem de 20 vezes o valor nominal. Mas no seu todo, o produto corrente x tempo se apresenta bem menos crtico do que no caso das cargas indutivas, o que vai ter uma influencia no valor da grandeza de manobra dos dispositivos. Assim, como podemos observar nas informaes relativas a capacidade de manobra de contatores, o valor numrico da corrente Ie / AC-1 de um dado contator sensivelmente maior do que perante cargas motoras (Ie / AC-2 e AC-3 ), conforme veremos mais adiante. 3. Cargas capacitivas. Vejamos a curva de carga nesse caso. Vamos encontrar, sobre eixos de coordenadas referncias de tempo e corrente similares ao caso anterior, alguns picos de sobrecorrente mais crticos, porm de curta durao. Portanto, o efeito de aquecimento e o dinmico sobre os componentes do dispositivo de importncia, com um pico de 60 x In, o que pode comprometer uma manobra nessa etapa de carga. Por essa razo, dispositivos de manobra para capacitores precisam ser de tipo especial ou o usurio deve consultar o fabricante sobre qual o dispositivo de manobra a ser usado. TIPOS DE CARGA Desenvolvimento de partida


12

FUSVEIS ENCAPSULADOS.


13

Os fusveis so dispositivos de proteo que, pelas suas caractersticas, apresentam destaque na proteo contra a ao de correntes de curto-circuito, podendo porm tambm atuar em circuitos sob condies de sobrecarga, caso no existam nesse circuito, dispositivos de proteo contra tais correntes, que so os rels de sobrecarga. Sua atuao vem baseada na fuso de um elemento fusvel, segundo o aquecimento resultante devido as perdas joule que ocorrem durante a circulao dessa corrente, e se destacam por sua elevadssima capacidade de interrupo, freqentemente superior a 100 kA. So dispositivos de proteo de larga aplicao, com diversos tipos construtivos, e que por isso mesmo deve merecer uma ateno especial na hora de escolher o fusvel correto. Para fundamentar essas escolha, nada melhor do que a anlise da funo de cada componente de um fusvel, pois assim, em caso de ausncia de algum desses componentes, j possvel avaliar as conseqncias. Vamos tomar como referncia nessa anlise, a construo de um fusvel encapsulado, cujas funes e detalhes so: 1. Base de montagem e encaixe nessa base do contato externo. Sugerindo acompanhar essa anlise com os desenhos em corte indicados na pgina seguinte, e sobretudo na representao do fusvel com designao de norma como sendo NH , nota-se que a corrente circulante entra pela base e passa ao contato externo do fusvel atravs de uma superfcie de contato entre os metais do contato da base e do contato externo do fusvel. As superfcies de contato entre o encaixe e o contato externo do fusvel no podem oxidar pois se assim estiverem, a corrente que passa por elas levar uma elevao de temperatura que vai invalidar a curva de desligamento tempo x corrente , que obrigatoriamente caracteriza um fusvel. Tal oxidao depende sobretudo do tipo de metal ou liga metlica utilizada na construo dos respectivos contatos, de modo que de fundamental importncia o uso de metais que no oxidem, ou que oxidem muito lentamente. Uma , mas no a nica soluo encontrada, o da prateao das peas de contato, pois sabemos que a prata o melhor condutor eltrico e que sua oxidao lenta. Soma-se a isso, o fato de o oxido de prata se decompor automaticamente perante as condies normais de uso, de modo que o problema citado no se apresenta nessa soluo. Mas, como identificar um metal oxidado? A soluo simples: todo metal oxidado perde o seu brilho metlico, ou seja, se torna fosco. E no adiantar remover o xido, pois com tais metais, o xido se forma rapidamente de novo. Uma exceo a essa regra o caso do alumnio, o qual, mesmo oxidado, apresenta uma superfcie aparentemente brilhante, pois o xido de alumnio translcido. Mas, na verdade, com esse metal, a situao at mais crtica, pois o oxido de alumnio no apenas um mau condutor eltrico: ele isolante, o que exclui a possibilidade de seu uso puro para tais componentes.

2. Elemento fusvel. Esse precisa ser inviolvel, para evitar a alterao do seu valor nominal, e com isso, a segurana de sua atuao conforme previsto em projeto. Para tanto, o fusvel como um todo precisa ser inviolvel ( como o caso dos tipos Diazed e NH ), atravs do envolvimento de todo o fusvel com um corpo externo cermico ( veja 3 na figura do fusvel em corte ), com fechamento metlico nas suas duas extremidades. Quando da circulao da corrente Ik, cujo valor, como vimos, de 10 a 15 vezes ou mais superior a In, atravs do elemento fusvel, atinge-se uma temperatura de fuso superior a do metal utilizado na construo desse componente, ato em que se abre um arco eltrico com uma temperatura superior a 5 000C, que, pelo seu valor e risco de promover uma acentuada dilatao dos demais componentes e se espalhar no ambiente, precisa ser rapidamente extinto. Caso contrrio, existe o risco de uma exploso do fusvel. A extino analisada com mais detalhes em outro ponto desse captulo.Acionamento e Proteo de Sistemas Eltricos.doc

14

Ainda quanto ao material com que fabricado o elemento fusvel, segue os detalhes: O elemento fusvel, para desempenhar sua ao de interrupo de acordo com uma caracterstica de fuso tempo x corrente perfeitamente definida, como demonstrada nesse item, deve ser fabricado de um metal que permita a sua calibragem com alta preciso. Para tanto, o metal deve ser homogneo, de elevada pureza e de dureza apropriada ( materiais moles no permitem essa calibragem). A melhor soluo encontrada, na rea de fusveis de potncia, foi a usandose o cobre. Fusveis Diazed.

Fusveis NH.


15

Tem que ser definido o ponto sobre o elemento fusvel, no qual o arco eltrico se estabelece. Isso porque, como aparece uma temperatura no arco da ordem de ou at superior a 5 000C, esse arco no pode se formar nas extremidades do elemento fusvel, pois nesse caso, estaria tambm fundido os fechos metlicos do fusvel, como o que teramos um ARCO EXPOSTO AO AMBIENTE, com grande risco de incndio no local ou a da exploso do fusvel. Portanto, o arco precisa se formar a meia distancia do comprimento do elo, para o que esse elemento fusvel precisa ter, nessa posio, UMA REDUO DE SEO. O elemento fusvel precisa vir envolto por um meio extintor ( geralmente areia de quartzo com uma granulometria perfeitamente definida ), que, sendo isolante eltrico, rapidamente extingue o arco formado. 3. Corpo cermico. O corpo cermico envolve todas as partes internas do fusvel. Como tal fica sujeito ao aquecimento que ocorre no instante da fuso. Vale lembrar, nesse particular, que, tambm devido ao destacado, um corpo envolvente com essa finalidade, precisa ter as seguintes caractersticas: O material usado deve ser isolante, e permanecer isolante aps a fuso do elemento fusvel. No cumprindo essa condio, pode-se formar um novo circuito condutor de corrente, aps a fuso do elemento fusvel, atravs do corpo envolvente. O material deve suportar elevadas temperaturas, sem se alterar. Destaque-se que certos materiais so isolantes temperatura ambiente mas perdem essa propriedade por carbonizao, perante as temperaturas citadas, tornando-se condutoras. O material deve suportar bem as presses de dentro para fora, que aparecem no ato da fuso do elemento fusvel. E da dilatao do meio extintor e de gases internos. Soluo para esse caso, o uso de cermicas isolantes do tipo porcelana ou esteatita, essas ltimas sendo porcelanas modificadas, com melhores caractersticas mecnicas. 4. Meio extintor. Conforme j mencionado, esse material tambm deve ser isolante , interpondo-se automaticamente, por peso prprio, quando da fuso do metal do elemento fusvel. A garantia dessa intercalao acentuadamente funo da granulometria da areia usada, normalmente de quartzo. Na pgina seguinte vem a demonstrao de como fica o elemento fusvel aps a interrupo, notando-se o seu envolvimento e separao entre as partes fundidas por areia de quartzo. 5. Indicador de estado. No fusvel encapsulado existe uma aparente dificuldade em se verificar se o mesmo est perfeito ou queimado , devido ao invlucro ou encapsulamento. Essa dificuldade eliminada pela verificao do posicionamento do indicador de fuso, representado no desenho, mostrado na pgina anterior. Quando o indicador de fuso est retrado na sua posio de montagem, o fusvel est perfeito: quando est saliente ( no caso do NH ), ou ejetado ( no caso do Diazed ), o fusvel est queimado, e precisa ser substitudo. Demonstrao do desempenho adequado da interrupo do curto-circuito.


16

Zonas tempo-corrente.


17

Limitao da corrente.

Exemplo de aplicao ( observando o grfico ): - Corrente presumida de curto-circuito Ik ( valor eficaz ) = 20 kA - Fusveis - corrente nominal In = 100 A - corrente de corte IC ( valor mximo ) = 10 kA ( limitao de corrente )


18

Curvas caractersticas. So essas curvas que informam como o fusvel vai atuar, ou seja, qual o tempo que precisar para interromper uma dada corrente anormal. ESSE TEMPO TEM QUE SER, NECESSRIAMENTE, MENOR DO QUE O TEMPO MXIMO PELO QUAL O COMPONENTE PROTEGIDO SUPORTA A CORRENTE ANORMAL, DE ACORDO COM A NORMA DO PRODUTO EM QUESTO. Os valores nominais dos fusveis seguem as normas que a eles se aplicam, conforme j mencionado, de acordo com uma srie numrica padronizada. As prprias normas estabelecem a tolerncia de valores ( variao em torno do valor nominal ), que deve ser comprovada pelas curvas caractersticas tempo de fuso x corrente de fuso ( valor eficaz ), conforme vem indicado na pgina 24, e nas curvas de limitao de corrente, da pgina 25. No grfico, vem indicada uma corrente simtrica e outra assimtrica de curto circuito. Vamos esclarecer esse aspecto. As normas que se aplicam ao clculo da corrente de curto-circuito se baseiam nas normas da IEC. Por essas normas , o valor de referncia a Corrente Assimtrica Mxima de Curto-circuito, definida como sendo: Corrente Assimtrica Mxima de Curto-circuito. Valor de crista atingido pela corrente do enrolamento primrio ( onde ocorreu o curto-circuito) no decorrer do primeiro ciclo imediatamente aps o enrolamento ter sido subitamente curto-circuitado quando as condies forem tais que o valor inicial do componente aperidico da corrente, se houver, ser mximo. O exemplo de aplicao dado nessa ltima pgina demonstra como usar essas curvas, enquanto que , para as da pgina 24, podemos fazer as seguintes observaes : A corrente nominal nunca deve ser interrompida pelo fusvel; A evoluo tempo x corrente dessas curvas depende do tipo de carga ligada, pois sabemos que cargas indutivas tem correntes iniciais maiores na partida, que no devem ser desligadas pelo fusvel. Nesse sentido, para os mesmos valores nominais, so fornecidos fusveis retardados ( para cargas motoras ), rpidos ( para cargas resistivas ) e ultra-rpidos ( para semicondutores ). Esse fato leva a necessidade de, na escolha do fusvel, no se basear apenas na corrente nominal e na tenso nominal, mas tambm no tipo de carga a ser protegido: a escolha errada ou a no considerao desse ltimo aspecto vai levar a desligamentos/queimas fora das condies previstas para a interrupo do circuito. Finalmente, deve-se ressaltar que fusveis encapsulados se caracterizam por uma elevadssima capacidade de interrupo, que freqentemente ultrapassa os 100 kA, sendo at, nesse aspecto, muitas vezes superior a apresentada pelos disjuntores, que analisaremos mais adiante.

DISPOSITIVOS DE MANOBRA. Preliminarmente vamos destacar que a Terminologia da ABNT aboliu, totalmente o termo chave para caracterizar genericamente todos os dispositivos de manobra. Por definio do Dicionrio Brasileiro de Eletricidade ( ABNT ), temos: Dispositivo de manobra - Dispositivo eltrico destinado a estabelecer ou interromper corrente, em um ou mais circuitos eltricos.


19

SECCIONADOR-FUSVEL SOB CARGA. O seccionador-fusvel uma combinao de um seccionador, caracterizado pela simplicidade de sua construo, com a dos fusveis, que se localizam na posio dos contatos moveis do seccionador. Pela sua construo simples, so capazes de manobrar at carga nominal, a proteo de correntes de curto-circuito, pela presena dos fusveis. Sua representao grfica e construtiva :

SECCIONADOR. No item Terminologia, vimos que o seccionador por definio um dispositivo de manobra que tem uma capacidade de interrupo limitada. Tal fato a conseqncia de uma construo elementar, que faz com que o dispositivo em anlise tenha uma aplicao restrita. Porm, para pequenas cargas, como o caso de oficinas e determinadas condies de operao dentro de um sistema eltrico, h por vezes necessidade de um dispositivo que opere EVENTUALMENTE cargas de pequeno valor. Para esses casos, possvel utilizar o seccionador sob carga, que no mais do que um seccionador convencional, com uma estrutura de contatos e cmaras de extino, de caractersticas tambm limitadas a tais usos. Seccionador sob carga Representao grfica

Representao construtiva


20

DISJUNTORES. Lembrando a definio, o disjuntor um dispositivo que, entre outros, capaz de manobrar o circuito nas condies mais crticas de funcionamento, que so as condies de curto-circuito. Ressalte-se que apenas o disjuntor capaz de manobrar o circuito nessas condies, sendo que, interromper Ik ainda atributo dos fusveis, que porm no permitem uma religao. A manobra atravs de um disjuntor feita manualmente ( geralmente por meio de uma alavanca ) ou pela ao de seus rels de sobrecarga ( como bimetlico ) e de curto-circuito ( como eletromagntico ). Observe-se nesse ponto que os rels no desligam o circuito: eles apenas induzem ao desligamento, atuando sobre o mecanismo de molas, que aciona os contatos principais. Conforme pode ser visto na representao abaixo, cada fase do disjuntor tem em srie, as peas de contato e os dois rels. vlido mencionar que para disjuntor de elevadas correntes nominais, os rels de sobrecorrentes so constitudos por transformadores de corrente e mdulo eletrnico que ir realizar a atuao do disjuntor por correntes de sobrecargas, correntes de curto-circuito com disparo temporizado e instantneo e at disparo por corrente de falha terra. Representao dos componentes de um disjuntor tripolar.

Para operar nessas condies, o disjuntor precisa ser caracterizado, alm dos valores nominais de tenso, corrente e freqncia, ainda pela sua capacidade de interrupo, j definida e pelas demais indicaes de temperatura e altitude segundo a respectiva norma, e agrupamento de disjuntores, segundo informaes do fabricante, e outros, que podem influir no seu dimensionamento. Nos dados tcnicos citados quando da definio da capacidade de interrupo, citam-se como referncias: Icn ............ Corrente de curto-circuito nominal. Icu ........... Corrente limite que pode causar danos e impedir que o disjuntor possa continuar operando. Seu ciclo de operao O-t-CO. Ics ........... Corrente que permitir religamento do disjuntor e este continuar operando. Seu ciclo Ot-CO-t-CO. Entre esses valores estabelece-se a relao : Icu / Ics > Ik .


21

Os valores nominais do disjuntor so gravados externamente na sua carcaa, seja em alto-relevo, seja na forma de uma placa. Esses valores so obtidos segundo as normas de ensaio que se aplicam ao dispositivo, na forma individual, ou seja, ensaiado uma unidade de disjuntor, seja unipolar ou multipolar, perante condies de temperatura e altitude estabelecidas nessa norma. Observe-se com isso que, se, na instalao, no tivermos as mesmas condies de temperatura e de altitude, e se na instalao tivermos um agrupamento de disjuntores, um encostado no outro (como costuma acontecer com os minidisjuntores ), com o que as condies interna de temperatura se tornaro mais criticas, necessrio restabelecer, por meio de um sistema de troca de calor adequado, as condies de referncia citadas em norma. Por outro lado, os disjuntores so normalmente dotados dos rels de sobrecarga e de curto-circuito, cada um tendo a sua curva caracterstica, que devem ser adequadamente coordenadas entre si. Seguem-se alguns exemplos de disjuntores e suas curvas caractersticas, observando-se que: As curvas caractersticas relacionam o tempo de disparo ( s ) x corrente de desligamento ( A ). Nessas curvas ( veja pgina seguinte ), observa-se que: 1. A vertical levantada pelo valor da corrente nominal no pode interceptar nenhuma curva caracterstica 2. Partindo do valor nominal ( In ) at em torno de 10 x In, temos a faixa de sobrecarga cuja curva a do rel de sobrecarga utilizado. A partir da, temos a situao de curto-circuito, e que tambm est relacionado com a capacidade de interrupo que o disjuntor precisa possuir, e que resulta da curva caracterstica do rel de curto-circuito. 3. Eventualmente, podemos ter o caso em que se associam as caractersticas de capacidade de interrupo do disjuntor com a do fusvel. Vimos, no item respectivo, que os fusveis apresentam uma elevadssima capacidade de interrupo. Assim, para no onerar a instalao com um disjuntor de elevada capacidade de interrupo, tem se a alternativa de associar em srie com o disjuntor bsico e um fusvel adequado, e ento teramos: Os valores normais de corrente de curto-circuito so controlados pelo rel de curto-circuito, que atua sobre o mecanismo de molas do disjuntor, o qual interrompe correntes de mdia intensidade; para valores mais elevados, quem atuar ser o fusvel. Para que esse fato ocorra, necessrio que as trs curvas de desligamento, ou seja, as duas dos rels do disjuntor e a do fusvel, sejam coordenados adequadamente entre si, como representa a figura que segue. Curvas caractersticas de fusvel e disjuntor em srie

Diversos so os tipos de disjuntores de baixa tenso utilizados. Citaremos alguns tipos, com suas respectivas curvas caractersticas.


22

Disjuntor para manobra e proteo do sistema 3WN (Siemens) Construo.

Disjuntor para manobra e proteo de sistema 3WN (Siemens) Curvas caractersticas


23

Disjuntor para manobra e proteo de motores 3VL. Construo

Curvas caractersticas.


24

CARACTERSTICAS COMPARATIVAS FUSVEL-DISJUNTOR. Disjuntor e fusvel exercem basicamente a mesma funo: ambos tem como maior e mais difcil tarefa, interromper a circulao da corrente de curto-circuito, mediante a extino do arco que se forma. Esse arco se estabelece entre as peas de contato do disjuntor ou entre as extremidades internas do elemento fusvel. Em ambos os casos, a elevada temperatura que se faz presente leva a uma situao de risco que podemos assim caracterizar: A corrente de curto-circuito ( Ik ) a mais elevada das correntes que pode vir a circular no circuito, e como bem superior corrente nominal, s pode ser mantida por um tempo muito curto, sob pena de danificar ou mesmo destruir componentes de um circuito. Portanto, o seu tempo de desligamento deve ser extremamente curto. Essa corrente tem influncia tanto trmica ( perda joule ) quanto eletrodinmica, pelas foras de repulso que se originam quando essa corrente circula entre condutores dispostos em paralelo, sendo por isso mesmo, fator de dimensionamento da seo condutora de cabos. O seu valor calculado em funo das condies de impedncia do sistema, e por isso varivel nos diversos pontos de um circuito. De qualquer modo, representa em diversos casos at algumas dezenas de quilo-ampres que precisam ser manobrados, seja pela atuao de um fusvel, seja pelo disparo por um rel de curto-circuito que ativa o mecanismo de abertura dos contatos do disjuntor. Entretanto, existem algumas vantagens no uso do fusvel, e outras usando disjuntor. Vejamos a tabela comparativa, perante a corrente de curto-circuito Ik. Caractersticas para desempenho no curto-circuito.

A confiabilidade de operao do fusvel ou disjuntor assegurada pela conformidade das normas vigentes e referncias do fabricante Tambm quanto as condies de operao e controle, podemos traar um paralelo entre disjuntor e fusvel, como segue:


25

Caractersticas de operao e controle


26

RELS DE PROTEO CONTRA SOBRECARGA. As sobrecargas so originadas por uma das seguintes causas: Rotor bloqueado; Elevada freqncia de manobra; Partida difcil ( prolongada ); Sobrecarga em regime de operao; Falta de fase; Desvio de tenso e de freqncia. Conceito de sobrecarga. A sobrecarga uma situao que leva a um sobreaquecimento por perda joule, que os materiais utilizados somente suportam at um determinado valor e por tempo limitado. A determinao de ambas as grandezas feita em Norma Tcnica do referido produto. Assim, por exemplo, para condutores prprios at 6 kV e isolados em PVC, a Especificao Tcnica a norma NBR 7288,que, entre outros define: Temperatura permanentemente admissvel no isolante: 70C Temperatura admissvel perante sobrecarga: 100C Tempo admissvel de sobrecarga: 100 horas /ano Ultrapassados esses valores, a capa isolante de PVC vai se deteriorar, o que significa, perder suas caractersticas iniciais, e entre outros, sua rigidez dieltrica, que define a capacidade de isolao. Portanto, a funo do rel de sobrecarga a de atuar antes que esses limites de deteriorao sejam atingidos, garantindo uma VIDA TIL apropriada aos componentes do circuito. Basicamente so dois os tipos de rels de sobrecarga encontrados: o rel bimetlico e o rel eletrnico, esse ltimo em mais de uma verso. Vejamos detalhes de cada um. O rel de sobrecarga bimetlico. Esse rel tem um sensor bimetlico por fase, sobre o qual age o aquecimento resultante da perda joule, presente numa espiral pela qual passa a corrente de carga e que envolve a lmina bimetlica, que o sensor. Essa, ao se aquecer, se dilata, resultando da a atuao de desligamento do acionamento eletromagntico do contator ou o disparo do disjuntor, em ambos os casos abrindo o circuito principal e desligando a carga que, por hiptese, est operando em sobrecarga. Portanto, esse rel controla o aquecimento que o componente/equipamento do circuito est sofrendo devido a circulao da corrente eltrica. Sobreaquecimentos de outras origens NO SO NECESSARIAMENTE registradas por esse rel, e que podem igualmente danificar ou at destruir o componente. Funcionamento.

Passando corrente pela espiral envolvente ( ACOMPANHE NA ILUSTRAO DE PRINCPIO CONSTRUTIVO DA PGINA SEGUINTE ), o sensor, que formado por dois metais ( por isso bimetlico ), comea a se dilatar ( veja 6 ).Na escolha dos dois metais que compe o sensor, opta-se por metais que tenham diferentes coeficientes de dilatao linear ( por exemplo nquel e ferro ), sendo feita uma solda molecular entre as duas lminas. Como, perante o aquecimento da corrente, a dilatao de cada lmina no pode se dar livremente por estarem soldadas, a de maior coeficiente de dilatao se curvar sobre a de menor valor, com o que se desloca o cursor de arraste do rel (veja 5 ) e se desligar o contato (veja 2 ) ou se


27

destravaro as molas de abertura do disjuntor. Com essa atuao interrompe-se o circuito principal do componente em sobrecarga. Observe que, quanto maior a corrente, maior o sobreaquecimento que acontece, e mais rpido tem que ser o desligamento, para no haver dano dos equipamentos em sobrecarga. Portanto, a relao dos valores de tempo e corrente sempre precisa ter uma variao inversamente proporcional. Observe tambm que as sobrecorrentes analisadas na fase de partida /arranque do motor, no devem ser entendidas pelo rel como sendo sobrecargas que devam levar a um desligamento: essas, fazem parte do processo normal de partida. Ainda, como existem cargas que apresentam a citada sobrecorrente na fase inicial, e outras cargas no, h necessidade de rels com maior ou menor rapidez de atuao, semelhantemente ao que acontece com os fusveis. Portanto, na escolha do rel adequado, tambm o tipo de carga um dado essencial a uma correta escolha. Se a curva representada no atende s necessidades do circuito, preciso escolher um outro rel, com curva caracterstica mais adequada carga que desejamos proteger. As curvas caractersticas tempo de disparo x mltiplo da corrente de desligamento, da pgina 34, demonstram claramente algumas das afirmaes anteriores. Acrescente-se que como as instalaes so geralmente trifsicas, os rels tambm o so. A curva 1 se aplica no caso mais comum, que o de carga trifsica. Porm, esses rels tambm atuam no caso da falta de uma fase ( operao bifsica ), seguindo nesse caso a curva 2. Mais um detalhe deve ser lembrado, comparando-se os tempos de disparo obtidos pelas curvas. Quando o ensaio de determinao das curvas caractersticas feito, segundo as normas, a sua evoluo medida partindo-se do rel em estado frio , ou seja, anteriormente desligado. Essa na verdade no a situao normal de uso. O rel est inserido em um circuito pelo qual est circulando a corrente nominal, e, num dado instante, ocorre a sobrecarga. Como o rel j sofreu um pr-aquecimento devido a corrente nominal, a qual no entanto no deve lev-lo a atuar ( a corrente nominal no deve levar ao desligamento pelo rel, pois no uma corrente anormal que deva ser desligada), mas que j deformou de um certo valor o sensor bimetlico, o tempo real de atuao ser necessariamente menor do que o obtido de uma curva cujo ensaio partiu do estado frio. Essa reduo do tempo de atuao, ( que, lembramos, deve ser menor do que o tempo permitido por norma para essa situao ), no pode ser expresso precisamente em porcentagem da corrente lida no grfico, pois os regimes que antecedem a uma sobrecarga podem ser extremamente variveis e diferentes.

Rel de sobrecarga bimetlico. Princpio construtivo.


28

Desenho em corte

Rel de sobrecarga bimetlico com sensibilidade falta de fase. Curvas caractersticas tpicas de disparo.


29

1 - Carga trifsica equilibrada 2 - Carga bifsica ( falta de fase de uma fase ) Entretanto, o certo que o tempo real menor do que o lido no grfico. Os fabricantes, de modo geral , consideram muito prximo da realidade, um tempo real de desligamento igual a 25% do tempo lido no grfico representado nos catlogos. Atuao do rel bimetlico perante falta de fase. A falta de fase uma situao em que uma das trs fases na carga trifsica ( um motor trifsico por exemplo ), interrompida. Nesse caso, como isso eleva a corrente nas fases que permanecem, caracteriza-se uma situao de sobrecarga, que o rel capaz de desligar. As respectivas curvas caractersticas esto representadas no grfico da pgina anterior. A curva de falta de fase tem atuao mais rpida que a da carga trifsica equilibrada, porque a falta de fase gera uma sobrecarga de grandeza inferior ao aumento da carga nas fases que ficam. A seqncia de atuao dos contatos do rel dada na ilustrao da pgina seguinte. O rel de sobrecarga eletrnico. Conforme visto anteriormente, o rel de sobrecarga bimetlico opera perante os efeitos trmicos da corrente. Existem, porm, situaes em que ocorrem sobreaquecimentos que no so conseqncia de um excesso de corrente, e que do mesmo modo, podem destruir uma carga. o que acontece, por exemplo, quando as aberturas dos radiadores de calor de um motor entopem, com o que a troca de calor diminui sensivelmente, e o sobreaquecimento da resultante no registrado pelo rel de sobrecarga bimetlico. Na verdade, o que se precisa no controlar corrente, e sim temperatura, seja ela de que origem for. Para atender a essa condio, usa-se um rel de sobrecarga eletrnico que permite adicionalmente sensoriar a temperatura, no ponto mais quente da mquina, atravs de um semicondutor, chamado de termistor, que por sua vez ativa um rel de sobrecarga, dito eletrnico. Esse rel se caracteriza por: Uma superviso da temperatura, mesmo nas condies mais crticas Uma caracterstica de operao que permite ajustar as curvas caractersticas tempo de disparo x corrente de desligamento, de acordo com as condies de tempo de partida da carga. Perante rotor bloqueado, como a corrente circulante rapidamente se aproxima dos valores crticos para um sobreaquecimento, o controle pela corrente mais rpido do que pelo termistor.

Na verdade, esse um dos tipos de rel de sobrecarga eletrnico. As funes de proteo dessa famlia de rels so ampliadas, incluindo superviso de termistores com interface incorporada e detetor de corrente de fuga. De um modo geral, porm, devido ao aspecto econmico, os do tipo bimetlico so mais utilizados em baixas potncias de carga, enquanto o eletrnico usado nos demais casos, bem menos freqentes, conforme podemos observar. Refletindo a comparao entre os dois tipos, a ilustrao da pgina 37 demonstra bem o que foi justificado tecnicamente acima.


30

Atuao de um rel de sobrecarga com sensibilidade falta de fase.


31

Rel de sobrecarga eletrnico 3RB12.

Curvas caractersticas de disparo


32

RELS DE SOBRECORRENTE CONTRA CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO. Esses rels so do tipo eletromagntico, com uma atuao instantnea, e se compe com os rels de sobrecarga para criar a proteo total dos componentes do circuito contra a ao prejudicial das correntes de curto-circuito e de sobrecarga, respectivamente. A sua construo relativamente simples em comparao com a dos rels de sobrecarga (bimetlicos ou eletrnicos), podendo ser esquematizado, como segue:

A bobina eletromagntica do rel ligada em srie com os demais componentes do circuito. Sua atuao apenas se d quando por esse circuito passa a corrente Ik, permanecendo inativo perante as correntes nominais ( In ) e de sobrecarga ( Ir ). Pelo que se nota, a sua funo idntica do fusvel, com a diferena de que o fusvel queima ao atuar, e o rel permite um determinado nmero de manobras. Por outro lado, como o rel atua sobre o mecanismo do disjuntor, abrindo-o perante uma corrente Ik, a capacidade de interrupo depende do disjuntor, enquanto que, usando fusvel em srie com o disjuntor, essa capacidade de interrupo depende do fusvel.


33

CONTATORES. O contator, que de acionamento no manual por definio, pode ser do tipo de potncia e auxiliar, e normalmente tripolar, por ser usado em redes industriais que so sobretudo trifsicas. O seu funcionamento se d perante condies nominais e de sobrecarga previstas, sem porm ter capacidade de interrupo para desligar a corrente de curto-circuito. O acionamento feito por uma bobina eletromagntica pertencente ao circuito de comando, bobina essa energizada e desenergizada normalmente atravs de uma botoeira liga-desliga, estando ainda em srie com a bobina do contator um contato pertencente ao rel de proteo contra sobrecargas, do tipo NF ( Normalmente Fechado ). Esse contato auxiliar, ao abrir, interrompe da alimentao da bobina eletromagntica, que faz o contator desligar. Fusveis colocados no circuito de comando fazem a proteo perante sobrecorrentes. Construo. Cada tamanho de contator tem suas particularidades construtivas. Porm, em termos de componentes e quanto ao princpio de funcionamento, so todos similares ao desenho explodido que segue, e cujos componentes esto novamente representados na ilustrao com corte na pgina seguinte. Contator de potncia. Desenho explodido


34

Contator de potncia. Pea em corte.

Anlise e substituio dos contatos de contatores.


35

Funcionamento do contator. Conforme definido e comentado anteriormente, o contator um dispositivo de manobra no manual e com desligamento remoto e automtico, seja perante sobrecarga ( atravs do rel de sobrecarga ) seja perante curto-circuito ( atravs de fusveis ). Quem liga e desliga o contator a condio de operao de uma bobina eletromagntica, indicada por ( 2 ) no desenho em corte, abaixo. Essa bobina, no estado de desligado do contator, ou seja, contato fixo ( 4 ) e contato mvel ( 5 ) abertos, tambm est desligada ou desenergizada. Quando, por exemplo atravs de uma botoeira, a bobina eletromagntica energizada, o campo magntico criado e que envolve o ncleo magntico fixo ( 1 ), atrai o ncleo mvel ( 3 ), com o que se desloca o suporte de contatos com os contatos principais mveis ( 5 ), que assim encontram os contatos principais fixos ( 4 ), fechando o circuito. Estando o contator ligado ( a bobina alimentada ), e havendo uma condio de sobrecarga prejudicial aos componentes do sistema, o rel de proteo contra sobrecarga ( bimetlico ou eletrnico ) interromper um contato NF desse rel, que est em srie com a bobina do contator, no circuito de comando. Com a abertura do contato desenergizada a bobina eletromagntica, o contator abre e a carga desligada. Para efeito de religao, essa pode ser automtica ou de comando remoto, dependendo das condies a serem atendidas pelo processo produtivo ao qual esses componentes pertencem. Alm dos contatos principais, um contator possui contatos auxiliares dos tipos NA e NF, em nmero varivel e informado no respectivo catlogo do fabricante. ( Lembrando: NA significa Normalmente Aberto e NF, Normalmente Fechado ). As peas de contato tem seus contatos feitos de metal de baixo ndice de oxidao e elevada condutividade eltrica, para evitar a criao de focos de elevada temperatura, o que poderia vir a prejudicar o seu funcionamento. Nesse sentido, o mais freqente o uso de liga de prata. Desenho em corte.


36

Caractersticas dos contatores. Os contatores se caracterizam sobretudo pelo seu elevado nmero de manobras perante corrente nominal, nmero esse varivel com o tipo de carga pois, entre outros, funo dos efeitos do arco eltrico sobre as peas de contato no instante da manobra. Com isso, a sua capacidade de manobrar tambm passa a ser varivel com o tipo de carga, conforme vamos detalhar a seguir. Se analisarmos, conseqentemente, uma lista tcnica de um contator, vamos constatar que: So dados bsicos de escolha, o conhecimento de sua tenso nominal ( Un ), e a freqncia nominal ( fn ) , para as quais tambm a bobina eletromagntica do contator precisa ser adequada. fundamental tambm saber em que condies de carga o contator ligado, para determinar o nmero de contatos auxiliares necessrios para intertravamento, bloqueio, comandos auxiliares etc, definindo-se assim o nmero de contatos normalmente abertos ( NA ) e os normalmente fechados ( NF ). Como terceiro detalhe, o tipo de carga em que vai ser ligado: a constatao se a carga predominantemente resistiva ou indutiva ( motores sobretudo ). Isso porque, as respectivas curvas de carga so acentuadamente diferentes. No caso de carga capacitiva, as condies bastante crticas na ligao recomendam o uso de contatores especficos para tal carga, ou uma consulta ao fabricante a respeito. O quarto aspecto diz respeito ao regime em que a carga considerada vai ser manobrada: de ligao contnua ou intermitente. Isso porque, sendo intermitente, a presena freqente do arco eltrico e seus efeitos trmicos, bem como as freqentes correntes de partida, algumas vezes superiores In, fazem com que tenhamos que reduzir a carga pela reduo de corrente, com o que o contator ter menor capacidade de manobra. As potncias indicadas seguem a padronizao constante da norma NBR 5432, em sua ultima edio. Mais um aspecto a definio da sua categoria de emprego, segundo norma IEC.As diversas categorias de emprego esto definidas na prxima pgina, sendo designadas, em corrente alternada, por AC_. Classificao semelhante normalizada para corrente contnua por DC_. Para cada uma dessas categorias, define-se qual a capacidade de manobra que um dado contator apresenta. Nas listas tcnicas ainda encontramos informaes relativas : - Corrente e tamanho do fusvel ou disjuntor-motor que far a proteo de cada um dos contatores, lembrando que, sendo carga motora, a caracterstica do fusvel retardada; - Atendimento s normas tcnicas, relacionando-as e informando eventualmente se o material j possui a MARCA DE CONFORMIDADE. Essa marca obtida na obedincia da norma do produto e de norma de procedimentos. Sua concesso feita por autorizao do INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalizao e Garantia de Qualidade. - Para cada contator ainda vem indicada a famlia de rels de sobrecarga que se aplica, baseado no valor da corrente nominal.


37

ContatoresCategorias de emprego - IEC 947


38

Durabilidade ou vida til. A durabilidade expressa segundo dois aspectos: a mecnica e a eltrica. A durabilidade mecnica um valor fixo, definido pelo projeto e pelas caractersticas de desgaste dos materiais utilizados. Na prtica, o seu valor de 10 a 15 milhes de manobras, para contatores de pequeno porte. De qualquer modo, o valor correspondente est indicado no catlogo do fabricante. A durabilidade eltrica, ao contrrio, um valor varivel, funo da freqncia de manobras da carga qual o contator est sujeito, ao nmero total de manobras que o contator capaz de fazer, a sua categoria de emprego e aos efeitos do arco eltrico, que dependem da tenso e da corrente eltricas. Normalmente, perante condies de desligamento com corrente nominal na categoria de emprego AC-3, esse valor varia de 1 a 1,5 milho de manobras. Essas trs ltimas variveis esto indicadas no grfico na pgina seguinte, observando-se que: No eixo horizontal, vem indicada a corrente de desligamento, que no necessariamente a corrente nominal. Portanto, o seu valor deve ser determinado ou medido em cada carga ligada ao contator. No eixo vertical, a indicao de dois dos possveis eixos de tenso nominal, sendo que, sobre as escalas indicadas ( de acordo com a tenso ligada),obtemos O VALOR TOTAL DAS MANOBRAS QUE O CONTATOR CAPAZ DE FAZER, em regime AC-3, que o mais encontrado nas instalaes industriais. Ou, em outras palavras, obtemos a DURABILIDADE ELTRICA DO CONTATOR. O conhecimento dessas durabilidades ( eltrica e mecnica ) so particularmente importantes na constituio do PLANO DE MANUTENO DE UMA INDSTRIA, podendo-se assim planejar adequadamente a aquisio de peas de reposio e o perodo melhor de sua troca sem interromper o ciclo produtivo. A curva de cada contator estabelecida pelo fabricante. Do exposto, podemos tirar algumas concluses : Na escolha do contator adequado a uma instalao, e para evitar freqentes trocas,temos que conhecer, alem da tenso, freqncia eltrica e tipo de carga ( como vimos at aqui ), tambm a freqncia de manobras, ou seja, o nmero de manobras por unidade de tempo ( p.ex. manobras por hora ) que a carga realiza. Na avaliao qual o contator que melhor atende ao usurio, e alm do seu custo, temos que saber, entre os contatores para nossa escolha, qual o que apresenta uma durabilidade adequada e relacionar essa durabilidade com o custo-benefcio. Avaliar o que significa para o ciclo de trabalho da indstria, freqentes substituies de componentes, ou seja, at que ponto essas prejudicam o ciclo produtivo. Todos os elementos citados seguem na pgina seguinte, tendo-se ainda anexado um nomograma que por vezes tem sido um auxiliar til na determinao da durabilidade eltrica.


39

Durabilidade eltrica dos contatos.

Nomograma para estimativa da durabilidade eltrica


40

Exemplo: 1 valor de referncia : 1 milho de manobras eltricas. 2 valor de referncia: 200 manobras por hora Valores obtidos. Unem-se os dois pontos e assim interceptamos um eixo vertical central ( que no tem escala ). A partir do ponto de corte com o eixo vertical central, traar uma horizontal, que vai ( direita e esquerda ) cortar as diversas escalas com horas de servio dirio especificado. Considerando o corte com a escala 8 horas de servio dirio nos dar a durabilidade do contator, que nesse caso de aproximadamente 3 anos. Ainda na atividade de manuteno, importante se localizar qualquer defeito que esteja acontecendo durante o ciclo de trabalho. Assim, por exemplo, seja pelas condies da rede de alimentao, seja por defeito dos componentes, podem ocorrer certos problemas, cujas causas mais freqentes esto exemplificadas no que segue. Utilizao dos contatores. Desvio dos valores nominais de operao


41

Garantia de bom desempenho do contator. Sucintamente, o correto uso e da o bom desempenho de um contator pode vir baseado em: Acompanhar o estado dos contatos atravs do clculo da durabilidade, como visto anteriormente e registrar, em especial, desligamentos por anormalidades, que certamente vo reduzir a vida til. Instalar os rels de proteo contra sobrecarga e os fusveis mximos de acordo com o especificado no catlogo do fabricante. Avaliar as conseqncias de um curto-circuito ( o contator no desliga, mas vai conduzir a corrente de curto- circuito por tempo limitado ) presente no circuito; Controlar as condies de aquecimento das peas de contato, aquecimento esse sempre proveniente de condies anormais de utilizao, e que podem ter danificado as peas de contato; O uso de peas de reposio originais do prprio fabricante do contator. SELETIVIDADE E COORDENAO DE PROTEO ( BACK-UP ) ENTRE DISPOSITIVOS DE PROTEO. Definio: Coordenao a sobrecorrentes. Coordenao das caractersticas de operao de dois ou mais dispositivos de proteo contra sobrecorrentes, de modo que, no caso de ocorrerem sobrecorrentes entre limites especificados, somente opere o dispositivo previsto dentro desses limites. E essa previso a de que opere apenas o dispositivo a montante do defeito que esteja mais prximo desse defeito ( ou, em outras palavras: o imediatamente anterior ao local do defeito ). Vimos que: A proteo contra condies anormais de sobrecorrente feita por rels de proteo de disjuntores e fusveis; Cada um desses dispositivos, entre outras grandezas, caracterizado por curvas caractersticas; Essas curvas tem sua posio perfeitamente definida nos grficos tempo de disparo x corrente de desligamento, de sorte que cada um atue na situao correta. Essa atuao na situao correta deve ser tambm transferida ao circuito, onde temos freqentemente, diversos dispositivos de mesma ou diferente funo de proteo, LIGADOS EM SERIE, e onde a evoluo das curvas tempo x corrente adquire um significado especial. Essa uma anlise de SELETIVIDADE de atuao conjunta, e que o tema que segue. Reportando-nos s duas pginas seguintes, temos a observar: Seletividade entre fusveis em srie. Tem-se nesse caso, a anlise feita para dois jogos de fusveis em srie ( veja na pgina 58 ), tendo o F2 ( fusvel a jusante ) a ligao da carga, e antes dele, o fusvel F1 ( a montante ), sempre lembrando que, pelas regras de representao grfica, a alimentao representada do lado de cima e as cargas, em baixo. Nesse caso, entre as curvas mdias dos dois fusveis, tem que haver uma diferena de tempos de atuao, que dada, em termos de correntes nominais, por fatores ( 1,25 ou 1,6 ) indicados em funo da tenso de alimentao. Esses fatores vo garantir, no final, que as curvas dos fusveis no se sobreponham, total ou parcialmente. Sob altas correntes de curto-circuito, porm, o atendimento a essas condies no suficiente.


42

A seletividade s estar assegurada quando o valor da energia ( dado por I2 . t ) durante os tempos de fuso e de arco, do fusvel menor, for menor do que o respectivo valor, do fusvel maior ( a montante ). Deve ficar bem claro nesse ponto o seguinte: no basta que as correntes nominais de fusveis imediatamente em srie no sejam iguais, nem que sempre um tamanho maior ao anterior j garante a seletividade Seletividade entre disjuntores em srie. Nesse caso, a seletividade analisada, pela disposio das curvas caractersticas dos rels de proteo de sobrecarga e de curto-circuito ( veja na pgina seguinte ), dos disjuntores ( Q1 e Q2 ). A diferena de tempos que do uma seletividade confivel deve ser de 70 ms a 150 ms. Observe as demais recomendaes indicadas. Seletividade entre rels do disjuntor e fusvel. Tendo um fusvel a jusante e um disjuntor com seus rels a montante ( veja na pgina 61 ), o tempo de separao tem que ser da ordem de 100 ms. Seletividade entre fusvel e rels do disjuntor. Situao inversa a anterior, com os rels do disjuntor a jusante e o fusvel a montante. O tempo de separao entre as curvas deve ser da ordem de 70 ms. A utilizao de valores menores do que os indicados, pode levar a desligamentos contrrios a seletividade exigida, devido as tolerncias com que tais componentes so fabricados. Normalmente, quando so usados dispositivos de manobra e de proteo de mesma origem, a evoluo para que tais curvas sejam coerentes entre si j levada em considerao pelo fabricante; diferente o caso quando os dispositivos de proteo so de diversas origens, quando ento o cuidado deve ser redobrado. O estudo da seletividade adquire uma importncia particular, quando observamos que a atuao dos dispositivos de proteo que no atenda ao que foi exposto, leva certamente ao desligamento de setores do circuito eltrico, que no deveriam ser desligados. Com isso, pensando-se em termos de produo industrial, a desconsiderao dos fundamentos da seletividade iria desligar mquinas sem nenhuma necessidade, com que a produo daquela indstria seria certamente prejudicada. Portanto, muito cuidado com o atendimento das condies expostas. Seletividade. Fusveis em srie.


43

Na prtica, a seletividade com fusveis em srie dada por:

Disjuntores em srie.

A seletividade com disjuntores em srie dada por: - Degraus de corrente - Disparo temporizado Escalonamento de tempo na ordem de 70 a 150 ms

A especificao do disjuntor em srie, pode ser otimizada atravs da anlise de proteo de retaguarda ( back-up ) Seletividade. Disjuntor a montante de fusveis.

A seletividade de disjuntor a montante de fusvel possvel quando a corrente nominal do fusvel seja bem abaixo da do disjuntor Escalonamento de tempo na ordem de 100 ms


44

Fusvel a montante de disjuntores.

Na prtica, a seletividade com fusvel a montante de disjuntor dado com um escalonamento de tempo na ordem de 70 ms A especificao do disjuntor em srie com o fusvel, pode ser otimizada atravs da anlise da proteo de retaguarda ( back-up )


45

CONSIDERAES FINAIS SOBRE A MANOBRA E PROTEO DE MOTORES ELETRICOS EM PARTIDA DIRETA. Pelo exposto at aqui, a partida direta, com plenos valores de potncia e tenso, pode ser feita de diversas maneiras, associando adequadamente entre si, disjuntores e fusveis com contatores e rels de sobrecarga. Essas hipteses esto reunidas na tabela que segue, informando at que ponto cada uma delas traz uma proteo plena perante um dado problema , ou no. Ressalte-se que o uso de uma ou outra combinao de dispositivos tanto um aspecto tcnico quanto econmico. Em outras palavras, solues melhores so tambm de maior custo: cabe ao projetista avaliar at que ponto a carga necessita de uma soluo mais completa ou no. Proteo plena dos motores.

Com relao a tabela, temos a comentar: 90% ou pouco mais de todos os motores eltricos ainda hoje so protegidos de acordo com as solues indicadas na primeira coluna, usando disjuntores com rels de sobrecarga e curtocircuito, ou fusvel, contator e rel de sobrecarga. Recai a soluo sobre o contator, quando o nmero de manobras previstas elevado, pois o disjuntor tem uma durabilidade menor em nmero de manobras. Para mquinas de grande porte ( tanto motores quanto geradores ), e de elevado custo, importante fazer um estudo que leve em considerao um eventual uso dos rels eletrnicos de sobrecarga, pois freqentemente, o custo do equipamento justifica o uso de um sistema mais sofisticado de proteo, onde inclui sensoriamento do aquecimento de motor atravs de termistores e superviso da corrente de fuga.


46

Em ambientes altamente poludos, sobretudo com fibras isolantes, a proteo por rel bimetlico ( que controla correntes ) no eficiente, pois o sobreaquecimento que se apresenta ocasionado pelo entupimento de canais de circulao do ar refrigerante (e no por excesso de perda Joule que seria proporcional corrente). Se esse risco existir e no puder ser evitado, recomenda-se o uso de rels de sobrecarga eletrnicos com supervisor de termistores. Note-se porm que o uso deste rel faz parte de um projeto global da mquina, pois os sensores semicondutores de temperatura os termistores, tem que ser instalados dentro do motor, no seu ponto mais quente. A soluo convencional ( com rel bimetlico) tambm no eficiente perante partidas difceis, prolongadas, pois pode acontecer que essa se d com tempos muito longos de correntes no muito elevadas, de modo que a superviso do rel bimetlico no eficiente. No caso de rotor bloqueado ( que significa o motor ligado e no girando, o que se assemelha a um transformador em curto-circuito ), a proteo apenas por sensoriamento do aquecimento no plenamente confivel porque nesse caso o impacto de corrente acelera abruptamente o aquecimento no tempo, de modo que pode haver danificao antes da resposta dos termistores. Esse um dos casos em que uma dupla proteo por rel bimetlico e superviso por termistores levam melhor soluo.


47

MOTORES ELTRICOS Sem ser a nica, os motores eltricos so a principal carga industrial que encontramos ligada aos dispositivos antes mencionados. Em termos globais, de recente levantamento estatstico, o mercado brasileiro de consumo se apresenta como representado abaixo.

Dos diversos tipos de motores, representados no que segue, cerca de 85-90 % se concentram nos motores de corrente alternada ( CA ), polifsicos, induo ,gaiola, que, apesar de no serem necessariamente os eletricamente melhores, so os mais robustos e baratos. Essa a razo de sua preferncia. Tais motores, at h pouco tempo atrs, eram freqentemente fabricados com elevadas perdas, o que evidentemente prejudicava o seu uso racional e dava um mau aproveitamento a energia gerada. Atualmente, porm, apesar de um custo um pouco mais elevado na aquisio, os motores de alto rendimento tem sido preferidos, at porque o custo a mais compensado com uma boa rapidez pelas menores perdas que tem que ser pagas e no produzem trabalho til. Famlia dos motores eltricos


48

Critrios de escolha de motores eltricos. Quando da definio do motor que necessitamos para acionar uma certa carga, a potncia eltrica ( P em kW ou cv, e no em hp ), a tenso eltrica ( U, em volts ou V ), a freqncia e o fator de potncia so fatores fundamentais, porm no nicos. Para orientar sob esse aspecto, acompanhe a figura que segue, que menciona os fatores que precisam ser definidos.

REGIMES DE SERVIO. Um motor eltrico no vai, necessariamente, ficar ligado o tempo todo, de modo que, como esse fato vai influir sobre o dimensionamento da potncia necessria para acionar uma carga, a norma de motores definiu 8 regimes diferentes, representados no que segue. Nessas curvas, a primeira indica a grandeza e o tempo de circulao da carga ligada ( P , em watts ), a segunda, as perdas ( joule e magnticas ) que aparecem durante a fase de funcionamento, e a terceira, a elevao de temperatura que ocorre devido as perdas citadas. Observe-se que, a temperatura mxima que o motor vai poder ter ( soma da temperatura ambiente + o aquecimento devido as perdas ) um valor que depende dos materiais ( sobretudo isolantes ) com que o motor fabricado. Nesse sentido, podemos fazer referncia a norma NBR 7034, cuja classificao geral est integralmente reproduzida mais adiante, e mais um detalhamento de uma dessas classes, para demonstrar o detalhe dado pela norma. Portanto: a temperatura a que o componente / equipamento pode chegar , NO UM VALOR NICO ! Depende da classe de temperatura que os materiais suportam.


49

Regimes de servio


50

FORMAS CONSTRUTIVAS. Na construo do motor, um dos aspectos a serem considerados a sua fixao, que pode ser feita de diversas maneiras, dependendo basicamente do projeto da mquina mecnica acionada. A norma brasileira, baseada na IEC, define as seguintes formas, identificadas pelas letras IM ( de International Mounting System ), seguido de uma letra e um ou dois nmeros caractersticos. Formas construtivas NBR 5031 / DIN IEC 34 Parte 7


51

CLASSIFICAO TRMICA DOS MATERIAIS ISOLANTES. Baseado na norma NBR 7034, os motores podem pertencer a uma das seguintes Classes de Temperatura:

Cada uma dessas classes formada de materiais, particularmente isolantes, que so os termicamente mais sensveis, suportando menores temperaturas do que os metais utilizados. Os materiais que suportam as temperaturas mencionadas esto indicados em cada Classe da norma, do mesmo modo como o exemplificado na tabela que segue:

Isso, representado graficamente, leva a figura que segue, onde se destaca: A temperatura ambiente de referncia de 40C, conforme Norma. Temperaturas diferentes dessa, precisam de um fator de correo da potncia disponvel no motor A temperatura total atuante sobre o material a soma da temperatura ambiente, mais a elevao de temperatura dada pelas perdas, e deduzido um valor de segurana, de 10-15C Quanto maior a temperatura que o material isolante suporta, ou quanto maior a troca de calor das perdas, maior a potncia disponvel no motor.

Classe de isolao VDE 0530


52

ALTITUDE. Quanto maior a altitude da instalao onde vai o motor, menor a densidade do ar e menor a troca de calor, pois so as molculas do ar que absorvem esse calor. Porm, quanto menor a troca de calor, maior o aquecimento interno da mquina, e maior a necessidade de reduzir as perdas, reduzindo a corrente, com conseqente menor potncia disponvel. Portanto: quanto maior a altitude, menor a potncia disponvel. bem verdade que, quanto maior a altitude, menor costuma ser a temperatura ambiente e, sob esse aspecto, maior a troca de calor. conseqentemente, pode at haver uma compensao entre uma reduo de troca de calor devido a altitude e uma maior troca, devido a menor temperatura ambiente. De qualquer maneira, temos que aplicar os respectivos fatores de correo, que podem tanto ser indicados em tabelas quanto em grficos. As curvas do grfico que segue nos do uma idia de um caso particular, onde esses dois fatores j esto combinados, demonstrando como se comporta a variao de potncia em funo dos mesmos. Motores trifsicos.

GRAU DE PROTEO. Na pgina 21 desse texto, vem definido o que Grau de Proteo. Ele tambm, pelos mesmos fatores antes mencionados, se aplica aos motores eltricos. No presente caso, apesar de ser necessrio dotar o motor de um adequado IP, nota-se que motores mais fechados, mais encapsulados, tambm vo ter prejudicada sua troca de calor e conseqentemente, ocorrero maiores elevaes de temperatura, que podem ultrapassar os valores admissveis. Portanto, quando da definio da potncia necessria do motor, fazer um estudo prvio sobre as condies em que ele vai operar e qual o grau de proteo necessrio. Com esse grau de proteo definido, estabelecer a potncia necessria. Na tabela da pgina seguinte, alguns exemplos de graus de proteo e o que eles definem.


53

CATEGORIAS DE CONJUGADO. Variando a construo das ranhuras, o formato dos condutores dentro dessas ranhuras e o metal utilizado nessa construo, variam os conjugados, notadamente os de partida.

Tais conjugados tem as seguintes aplicaes principais: Categoria N: Conjugado e corrente de partida normais, baixo escorregamento. Se destinam a cargas normais tais como bombas, mquinas operatrizes e ventiladores. Categoria H: Alto conjugado de partida, corrente de partida normal, baixo escorregamento. Recomendado para esteiras transportadoras, peneiras, britadores e trituradores; Categoria D: Alto conjugado de partida, corrente de partida normal, alto escorregamento. Usado em prensas excntricas, elevadores e acionamento de cargas com picos peridicos.

Graus de proteo IEC 34 Parte 5 VDE 0530 Parte 5 NBR 9884 Exemplos


54


55

PARTIDA DE MOTORES TRIFASICOS . J vimos no item relativo aos tipos de cargas, que motores absorvem da rede uma potncia maior na fase de partida. Esse fato pode levar a flutuaes inadmissveis na prpria rede e no circuito do motor, que a concessionria de energia limita, para no prejudicar outros consumidores. Ento, reportando-nos a norma NBR 5410 edio de 1997, que est em vigor na poca da redao desse texto, e no seu item 6.5.3 Motores, temos: 6.5.3.1 As cargas constitudas por motores eltricos apresentam peculiaridades que as distinguem das demais: a) A corrente absorvida durante a partida muito maior que a de funcionamento normal em carga: b) A potncia absorvida em funcionamento determinada pela potncia mecnica no eixo solicitada pela carga acionada, o que pode resultar em sobrecarga na rede de alimentao, se o motor no for protegido adequadamente. Em razo dessas peculiaridades , a instalao de motores, alm das demais prescries dessa Norma, devem atender tambm as prescries seguintes: 6.5.3.2.Limitao das perturbaes devidas a partida de motores. Para evitar perturbaes inaceitveis na rede de distribuio, na prpria instalao e nas demais cargas ligadas, na instalao de motores deve-se: a) Observar as limitaes impostas pela Concessionria local referente a partida de motores: Nota: Para a partida direta de motores com potncia acima de 3,7 kW (5cv), [supostamente em U = 220V] em instalaes alimentadas por rede de distribuio pblica em baixa tenso, deve ser consultada a Concessionria local. b) Limitar a queda de tenso nos demais pontos de utiliza

Documents

Acionamento e Proteção de Sistemas Elétricos