EEL 305 MÁQUINAS ELÉTRICAS (Parte 3: Desenhos Elétricos)

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1 ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO EEL 305 MÁQUINAS ELÉTRICAS (Parte 3: Desenhos Elétricos) Antonio Tadeu Lyrio de Almeida

2 ÍNDICE CAPÍTULO 1: SIMBOLOGIA PARA DESENHOS DE SISTEMAS ELÉTRICOS 1 CAPÍTULO 2: DIAGRAMAS ELÉTRICOS 10 CAPÍTULO 3: ORIENTAÇÕES PARA A INTERPRETAÇÃO E TRAÇADO DE DIAGRAMAS ELÉTRICOS 17 CAPÍTULO 4: DIAGRAMAS ELÉTRICOS - PARTE I: COMANDO E PROTEÇÃO DE MOTORES 21 CAPÍTULO 5: DIAGRAMAS ELÉTRICOS - PARTE II: PROTEÇÃO DE SISTEMAS 34

3 CAPÍTULO 1: SIMBOLOGIA PARA DESENHOS DE SISTEMAS ELÉTRICOS RESUMO O objetivo desse capítulo é o de apresentar e classificar os símbolos empregados para representar os sistemas elétricos em desenhos INTRODUÇÃO A simbologia tem por objetivo estabelecer símbolos gráficos que devem ser usados nos desenhos de sistemas elétricos para representar componentes e a relação entre estes. Portanto, eles são simples figuras geométricas, sem intenção de mostrar a forma de construção interna do componente, mas somente sua função no circuito. Observa-se que, para facilitar o processo de entendimento dos desenhos, é conveniente empregar-se uma simbologia normalizada. Quanto a esse aspecto, no Brasil as normas são elaboradas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT, as quais, na área da eletricidade, seguem, basicamente, as da IEC - International Electrotechinical Comission. As elaboradas pela americana ANSI - American National Standards Institute e as pela alemã DIN - Deutsche Industrie Normen também são muito empregadas no país. Portanto, há uma certa variedade de símbolos utilizados no setor para representar os mesmos componentes de sistema, conforme se apresenta nas a seguir GRANDEZAS ELÉTRICAS FUNDAMENTAIS Capítulo 1: Simbologia Para Desenhos de Sistemas Elétricos - 1

4 3.0 - SÍMBOLOS DE USO GERAL INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO Capítulo 1: Simbologia Para Desenhos de Sistemas Elétricos - 2

5 5.0 - COMPONENTES DE CIRCUITO DISPOSITIVOS DE SINALIZAÇÃO ÓTICA E ACÚSTICA Capítulo 1: Simbologia Para Desenhos de Sistemas Elétricos - 3

6 7.0 - BOBINAS DE COMANDO E RELÉS ELEMENTOS DE COMANDO Capítulo 1: Simbologia Para Desenhos de Sistemas Elétricos - 4

7 9.0 - CONTATOS E PEÇAS DE CONTATO COM COMANDOS DIVERSOS Capítulo 1: Simbologia Para Desenhos de Sistemas Elétricos - 5

8 DISPOSITIVOS DE COMANDO E PROTEÇÃO MOTORES E GERADORES Capítulo 1: Simbologia Para Desenhos de Sistemas Elétricos - 6

9 DISPOSITIVOS DE PARTIDA Capítulo 1: Simbologia Para Desenhos de Sistemas Elétricos - 7

10 TRANSFORMADORES Capítulo 1: Simbologia Para Desenhos de Sistemas Elétricos - 8

11 SÍMBOLOS LITERAIS Além dos símbolos gráficos mostrados, conforme as normas IEC e NBR 5280, pode-se empregar os literais para identificação de componentes em esquemas elétricos, como mostrado a seguir: Capítulo 1: Simbologia Para Desenhos de Sistemas Elétricos - 9

12 CAPÍTULO 2: DIAGRAMAS ELÉTRICOS RESUMO Esse capítulo apresenta os vários diagramas empregados para representar os sistemas elétricos em desenhos, bem como suas aplicações INTRODUÇÃO Um diagrama elétrico é a representação de uma instalação, ou parte dela, indicando claramente: a) o funcionamento seqüencial do circuito; b) a representação dos elementos, suas funções e interligações conforme normas estabelecidas. Além disto, deve permitir: a) uma visão analítica das partes ou do conjunto; b) a rápida localização física dos componentes. De modo a possibilitar a construção de um diagrama na prática, é necessário efetuar indicações de componentes e conexões por letras e números ou símbolos gráficos. Naturalmente, como visto, tais indicações poderão ser diferentes conforme a norma adotada. Em função do exposto, existem, basicamente, três grandes grupos de diagramas, ou seja, o de ligações (ou esquemático), o de blocos e as plantas como mostrado a seguir Diagrama Unifilar Como se sabe, em um sistema trifásico equilibrado, os módulos das tensões e correntes das três fases são idênticos e defasados de um do outro. Assim, a representação das três fases em um diagrama será repetitiva, dificultando a compreensão e tornando o seu desenho mais trabalhoso. Considerando-se esses aspectos, normalmente, o circuito trifásico é analisado e representado por um monofásico equivalente, ou seja, como se possuísse apenas uma fase e um neutro. Além disto, é possível simplificar o diagrama representativo do circuito ainda mais, ao se omitir o neutro circuito e indicar as partes que o compõem por meio dos símbolos padronizados ao invés vez de seus circuitos equivalentes. A representação realizada dessa forma recebe o nome de diagrama unifilar e, como se nota, o seu objetivo é o de fornecer de forma simplificada as informações importantes do sistema. A necessidade de se representar as diferentes partes de um sistema varia com o que se deseja analisar, enquanto a quantidade de informações que se incluí em um diagrama depende da intenção para o qual ele é elaborado. Em outras palavras, a informação sobre a posição de relés de proteção no sistema, por exemplo, não é importante para determinadas análises e, nessa situação, eles não necessitam ser representados no diagrama. Em outros casos, entretanto, isto é fundamental. Observa-se que, em princípio, todo projeto de instalações elétricas, sejam industriais ou prediais, devem começar por um diagrama unifilar DIAGRAMA DE LIGAÇÃO Diagrama Multifilar O diagrama de ligação ou esquemático é a representação de um sistema elétrico, seja por símbolos gráficos completos ou simplificados. O diagrama representa o funcionamento do circuito, o circuito de corrente e as interligações de rede. Os diagramas de ligação podem ser classificados em três tipos, ou seja, unifilar, multifilar e funcional. O diagrama multifilar (bifilar ou trifilar, geralmente) indica o sistema elétrico com todos os detalhes e condutores, As partes componentes são representadas de acordo com a sua disposição geométrica no equipamento. O posicionamento entre equipamentos, porém, não é respeitado. Tal diagrama dificulta, sobretudo, a localização de uma eventual falta (falha) em uma instalação de grande porte. Capítulo 2: Diagramas Elétricos - 10

13 Figura 1 Exemplo de diagrama unifilar de um sistema elétrico industrial. Figura 2 Exemplo de um diagrama unifilar simplificado. Capítulo 2: Diagramas Elétricos - 11

14 Figura 3 Exemplo de diagrama multifilar Diagrama Funcional O diagrama funcional ou elementar representa o circuito de acordo com o sentido de circulação da corrente através dos condutores e componentes. Nesta representação, não se leva em conta a posição das peças nem sua correlação mecânica. O circuito de corrente deve ser, sempre que possível, retilíneo e sem segmentos. Podem ser reapresentados os pontos de conexão e de soldagem. Este tipo de diagrama representa com clareza o processo e o modo de atuação dos contatos, facilitando a compreensão da instalação e o acompanhamento dos diversos circuitos na localização de eventuais defeitos. Basicamente, ele é composto por dois circuitos, ou seja, o de força (ou de potência ou principal) e o de comando. Ressalta-se que é comum se referir a ambos os circuitos como sendo diagramas, pois são as suas representações em desenho. Muitos profissionais da área, entretanto, alegam que tal denominação é incorreta, preferindo utilizar o termo circuito ou esquema. Capítulo 2: Diagramas Elétricos - 12

15 Circuito de força ou de potência O circuito de força ou de potência ou principal é aquele no qual estão localizados todos os elementos que interferem diretamente na alimentação da carga, ou seja, por onde circula a corrente que alimenta a respectiva carga. Pode ser representado em um diagrama multifilar ou por um unifilar Circuito de comando O circuito de comando é aquele onde estão todos os elementos que atuam indiretamente na abertura, fechamento e sinalização dos dispositivos utilizados no acionamento da carga ou em sua proteção, em condições normais e anormais de funcionamento. Figura 4 Exemplo de circuito de potência ou de força de uma chave estrela-triângulo para partida de motor de indução trifásico (diagrama mutifilar). Capítulo 2: Diagramas Elétricos - 13

16 Figura 5 Exemplo de circuito de comando de uma chave estrela-triângulo para partida de motor de indução trifásico. 3.0 PLANTAS 3.1 Layout O layout é um desenho de grande importância para orientar a montagem, localização e reparação de falhas em todos os equipamentos que constituem uma instalação elétrica. Ele deve sempre refletir a distribuição real dos dispositivos, barramentos, condutores, etc., e seus elementos separados, como indicar os caminhos empregados para a interconexão dos contatos destes elementos. Capítulo 2: Diagramas Elétricos - 14

17 Figura 6 Exemplo de layout de um painel Planta de Fiação A planta de fiação ou diagrama de interligações é a representação dos condutores internamente a um aparelho ou painel, entre aparelhos ou entre grupos de aparelhos de uma instalação. Observe-se que, se duas ou mais partes de uma instalação estão interligadas entre si por condutores, estes são ligados em ambos os lados a blocos terminais (régua de bornes). Tanto os terminais quanto os conjuntos de bornes são identificados por letras e números. Figura 7 Régua de bornes. A figura 8 apresenta um exemplo de desenho contendo a régua de bornes. Capítulo 2: Diagramas Elétricos - 15

18 Figura 8 Exemplo de diagrama contendo a régua de bornes Planta de Instalação A planta de instalação define a posição de condutores e demais componentes dos circuitos de luz, força e telefone. Ela integra o conjunto de plantas de construção civil, baseando-se nelas para efeito de coordenação e execução. A figura 9 ilustra o exposto para uma instalação predial. Figura 9 Exemplo de diagrama em planta. 4.0 DIAGRAMA DE BLOCOS Um diagrama de blocos é um desenho simples cujo objetivo é apresentar o princípio de funcionamento de uma instalação elétrica industrial. O emprego dos diagramas de blocos está associado, na maioria das vezes, ao interesse em se conhecer o funcionamento de uma instalação, sem ter que analisar detalhadamente o diagrama funcional completo, o que levaria muito tempo. Pelo exposto, ele transmite uma idéia básica da instalação e, devido a isto, é sempre interessante desenhá-lo quando se inicia o projeto da mesma. A figura 10 apresenta um exemplo desse tipo de diagrama. Figura 10 Exemplo de diagrama de blocos. Capítulo 2: Diagramas Elétricos - 16

19 CAPÍTULO 3: ORIENTAÇÕES PARA A INTERPRETAÇÃO E TRAÇADO DE DIAGRAMAS ELÉTRICOS RESUMO Este capítulo fornece orientações de caráter geral para a elaboração e a leitura de diagramas elétricos INTRODUÇÃO Como visto no capítulo anterior, o diagrama funcional é composto por dois circuitos, ou seja, o de força e o de comando. Em geral, nos sistemas elétricos industriais, tais diagramas são utilizados para a análise do funcionamento, montagem ou manutenção de acionamentos de motores e nos esquemas de proteção de equipamentos importantes, como transformadores e geradores, por exemplo. Nesse sentido, apresentam-se a seguir orientações que devem ser empregadas em qualquer tipo de diagrama para a sua leitura ou elaboração. Figura 1 Representação de um capacitor, conforme a ABNT, e de um contato NA, de acordo com a ANSI. A legenda contendo a simbologia poderá ser desenhada acima da principal (selo) do desenho, conforme estabelecem as normas de desenho técnico, ou constar de uma folha específica para tanto, como no caso de cadernos de diagramas. 2.0 REPRESENTAÇÃO DOS DIAGRAMAS Qualquer diagrama elétrico é sempre representado, por convenção, como estando desernegizado (desligado), isto é, sem a circulação de corrente. Se esta regra não for seguida, é necessário destacar o tipo de representação, mas tal situação não é muito comum. Quanto aos símbolos gráficos, eles podem ser empregados completos ou abreviados e em qualquer posição. Observa-se que, nesse sentido, é importante adotar uma mesma norma para todos os símbolos, indicando em uma legenda o significado de cada um deles, para evitar equívocos posteriores. Um exemplo interessante desse tipo de problema é o mostrado na figura 1, onde, pelas normas ABNT/DIN, tem-se um capacitor, enquanto que, pelas normas ANSI, ele representa um contato fechador ou normalmente aberto (NA). Figura 2 Legenda e simbologia IDENTIFICAÇÕES NOS DIAGRAMAS Identificação Geral Derivações, painéis e armários de uma instalação podem ser numerados, se necessário, com uma referência ao equipamento ligado. Capítulo 3: Orientações Para a Interpretação e Traçado de Diagramas Elétricos - 17

20 3.2 - Identificação Técnica Rede, fases e neutro A rede se caracteriza pelo seu tipo (monofásico, trifásico, etc.), freqüência e tensão nominal, como, por exemplo, 3~60 Hz. 220 V. As fases, por sua vez, são designadas pelas letras R, S, T (ou A, B, C) e o neutro pela letra N. Os condutores principais R, S e T recebem números na seqüência de cima para baixo ou da direita para a esquerda, como na figuras 2. Figura 5 Fases e neutro em um diagrama unifilar. Figura 2 Representação das fases. Nos diagramas unifilares, por outro lado, a representação das fases é feita graficamente, como ilustra a figura 3. Transformadores, máquinas e aparelhos Os transformadores, máquinas e aparelhos são caracterizados através de seus valores de tensão, corrente, freqüência, potência, faixa de ajuste e de medição e tipo de proteção. As unidades devem ser indicadas de acordo com as abreviaturas normalizadas constantes do SI - Sistema Internacional de Unidades (por exemplo, V, A, W, VA, etc). Observa-se que os termos wattagem, voltagem e amperagem não devem ser usados, por não constarem da terminologia da ABNT. a) Uma fase. b) Trifásico. Figura 3 Representação das fases em um diagrama unifilar. O neutro, por sua vez é representado como na figura 4. Figura 4 Representação do neutro em um diagrama unifilar. A figura 5 apresenta um exemplo da aplicação da representação. Figura 6 Exemplos de identificação de dispositivos e equipamentos elétricos em um diagrama unifilar. Capítulo 3: Orientações Para a Interpretação e Traçado de Diagramas Elétricos - 18

21 Fios, cabos e barramentos Os cabos são caracterizados pela sua seção transversal (bitola) que, de acordo com as normas brasileiras, é dada em mm². Observa-se, entretanto, que, em desenhos mais antigos ou, principalmente, de origem estrangeira, é comum que elas sejam apresentadas no sistema AWG/MCM. Também são admissíveis as informações globais, como, por exemplo, indicar que todos os condutores possuem a bitola de 6 mm² ou outra qualquer. Os barramentos ou circuitos de corrente auxiliares recebem o índice "o", acompanhado ou não de um número (Ro, So, To, Ro l, To 1, etc). Figura 7 - Exemplo de identificação dos cabos. Terminais e blocos terminais Os terminais e blocos terminais (réguas de bornes) são identificados por numeração corrida, como na figura 8. As réguas podem ser identificadas por uma letra (X, conforme a ABNT) e com números corridos (X1, X2, X3, etc.). Assim, X1.12 significa bloco terminal 1, terminal 12. Os terminais são identificados por numeração corrida (crescente) e, os que forem permanentemente ligados em paralelo, podem ser caracterizados com o mesmo número. Capítulo 3: Orientações Para a Interpretação e Traçado de Diagramas Elétricos - 19

22 Figura 8 - Exemplo de identificação de terminais e blocos terminais. 4.0 RECOMENDAÇÕES Na execução de desenhos de grande porte recomenda-se numerar seqüencialmente as colunas do diagrama e identificar suas linhas em ordem alfabética. Isto facilita bastante encontrar um componente do circuito em uma determinada folha, quando ele é referenciado em uma outra. Além disto, os circuitos devem ser representados, sempre que possível, por linhas retas, livres de cruzamentos. Caso não haja condições para isto, empregar o disposto na figura 10. a) Sem contato. Figura 9 Linhas e colunas. b) Com contato. Figura 10 Cruzamentos de condutores. Capítulo 3: Orientações Para a Interpretação e Traçado de Diagramas Elétricos - 20

23 CAPÍTULO 4: DIAGRAMAS ELÉTRICOS - PARTE I: COMANDO E PROTEÇÃO DE MOTORES RESUMO Este capítulo fornece subsídios para a elaboração, leitura e compreensão de diagramas elétricos referentes ao comando e proteção de motores de indução trifásicos. Diagrama do circuito de potência (força) Naturalmente, o diagrama correspondente ao circuito de potência (força) deve representar o descrito, sendo um circuito básico representado na figura INTRODUÇÃO Os diagramas elétricos referentes ao comando e proteção de motores de indução trifásicos são representados, como se sabe, por um circuito de potência (força) e por um de comando. No primeiro circula a corrente que alimenta o motor, sendo representado em um diagrama multifilar ou em um unifilar, enquanto, o segundo, contém os elementos que atuam indiretamente na abertura, fechamento e sinalização dos dispositivos utilizados para o seu acionamento e proteção em condições normais e anormais de funcionamento. Nesse sentido, apresentam-se a seguir, orientações que devem ser empregadas para a leitura ou elaboração dos diagramas correspondentes. Observa-se que, para elaborar, ler e compreender a representação gráfica desses circuitos, é imprescindível conhecer o princípio de funcionamento dos vários componentes, tais como contatores, relés térmicos e outros. 2.0 ORIENTAÇÕES GERAIS O contator é, na técnica de acionamentos, um dos principais dispositivos de manobra. Ele reúne as propriedades requeridas, na maioria dos casos, para as operações de comando e que são a possibilidade de comando à distância, alta freqüência de operações com capacidade de retenção em regime permanente, elevada durabilidade mecânica, pequeno volume, contatos confiáveis e total ausência de manutenção. Assim, são amplamente utilizados em circuitos em conjunto com fusíveis (como limitadores de curto-circuito) e relés de sobrecorrente (como limitadores de sobrecarga). Figura 1 Circuito de potência (força) básico. Diagrama do circuito de comando A alimentação do circuito de comando pode ser tirada da rede que alimenta o circuito principal (isto é, de um condutor de fase do circuito principal e do condutor do neutro) ou empregando-se um transformador monofásico específico. Nesse caso, é usual aterrar um de seus terminais. A proteção do circuito de comando é unipolar, no condutor de fase. As bobinas dos contatores devem ser dispostas de forma tal, que um de seus terminais seja conectado diretamente ao neutro ou ao terra, enquanto o outro, ao condutor de fase através dos diversos elementos de contato. Dessa forma evita-se o perigo de uma operação involuntária do circuito de comando, quando de uma falta para a terra. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 21

24 Figura 2 Aspectos básicos dos diagramas de comando. Selo Quando se utiliza uma botoeira para acionar o contator é necessário utilizar um contato de selo. Esse termo é empregado para designar um contato NA (normalmente aberto) do contator que se coloca em paralelo com o contato de fechamento da botoeira, como ilustra a figura 3. Nessa situação, o contator K1 fecha todos os seus contatos NA e abre todos os NF, selando (mantendo energizado) o comando de ligação, como mostra a figura 5. Figura 5 Bobina selada. Figura 3 Contato de selo. Ao se pressionar a botoeira S1, energiza-se a bobina do contator K1 (componentes em operação em vermelho). Para elevar a segurança, dois contatos de selo podem ser ligados em paralelo. Figura 4 Energização da bobina de K1 ao pressionar a botoeira S1 (circulação da corrente em vermelho). Figura 6 Selos em paralelo. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 22

25 Intertravamento O circuito da figura 7 mostra dois contatores principais. Figura 7 Circuito com dois contatores principais. Se ambos forem fechados ao mesmo tempo, ocorrerá um curto circuito entre duas fases, como mostra o trecho marcado em azul e verde na figura 8. Figura 9 Intertravamento dos contatores. Observe-se que, na figura 10, ao se pressionar a botoeira S11, energiza-se a bobina do contator K1. Figura 8 Curto entre fases. Circuitos como esses, naturalmente, não podem ser admitidos e, portanto, se faz necessário evitar que a eles ocorram. Dessa forma, para evitar que dois contatores sejam ligados simultaneamente, os dispositivos de comando são intertravados através de contatos NF (normalmente fechados), para que seja possível comutar diretamente de uma posição de operação para outra, sem acionamento prévio do botão "desliga". Figura 10 Energização da bobina de K1 ao pressionar a botoeira S11 (componentes em operação em vermelho). Desta forma, o contator K1 fecha todos os seus contatos NA e abre todos os NF, selando a bobina correspondente, como ilustra a figura 11. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 23

26 Observa-se que, se o contato de intertravamento é ligado entre a bobina contator e o neutro ou terra, na ocorrência de um curto-circuito entre o contator e o contato de intertravamento, a ação de intertravar fica sem efeito. Dessa forma, os contatos de intertravamento devem sempre se localizar antes das bobinas dos contatores,. Figura 11 K1 energizado com os seus contatos NA fechado e NF aberto (componentes em operação em vermelho). Portanto, devido à situação operacional mostrado na figura 11 (em vermelho), mesmo que se pressione a botoeira S12, é impossível energizar a bobina do contator K2, mantendo-se, assim, os seus contatos principais abertos. Naturalmente, o mesmo é válido quando se pressiona a botoeira S12. Em função do exposto, verifica-se que o intertravamento não permite que os dois contatores sejam fechados ao mesmo tempo. Um erro comum nesses circuitos é inserir o contato de selo formando um circuito paralelo com o de intertravamento, o que o torna sem função. Figura 13 Ligações correta e incorreta de contatos de intertravamento. À exemplo dos selos, dois contatos de intertravamento elevam a segurança, os quais, entretanto, são ligados em série, como mostra a figura 14. Figura 12 Situação a evitar. Figura 14 Aumento de segurança no intertravamento. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 24

27 Relés de sobrecarga Os contatos NF dos relés de sobrecarga devem sempre ser ligado de tal maneira que se desligue todo o circuito de comando, caso haja a sua atuação. Com isso impede-se que, após o disparo de um relé, o motor funcionamento antecipadamente, através de um outro contator. Botoeira de desligamento Exatamente pelos mesmos motivos apresentados para os relés térmicos, os contatos NF das botoeiras com a função de desligamento devem ser colocados em série com o restante do circuito. Figura 15 Contatos do relé térmico em série com o restante do circuito. Se uma instalação possuir motores atuando seqüencialmente, é importante que todos os contatos de seus relés também estejam série, desligando todo o circuito. Assim, evita-se partidas indevidas. Figura 17 Contatos NF de uma botoeira em série com o restante do circuito. Lâmpada de sinalização Na utilização de lâmpadas de sinalização é interessante que elas sejam ligadas e desligadas através de um contato independente, evitando-se colocá-las em paralelo com as bobinas de contatores. Isto evita uma eventual descarga da bobina pela lâmpada ou que, no caso da bobina se queimar e for pressionada a botoeira de ligação do circuito, que a lâmpada acenda apresentando sinalização enganosa. Figura 16 Contatos de relés em série. Figura 18 Lâmpada em paralelo com bobina de contator. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 25

28 Figura 19 Lâmpada com contato NA independente. 3.0 CIRCUITOS BÁSICOS Apresentam-se a seguir alguns circuitos básicos para o comando e proteção de motores de indução trifásicos visando facilitar a elaboração e interpretação de outros mais avançados. Figura 20 Circuitos de potência (força) e de comando para a partida direta de um motor de indução trifásico. 3.1 Partida Direta A figura 20 apresenta o circuito de potência (força) e de comando para um motor de indução trifásico, cuja partida é direta da rede. Descrição da operação Na descrição dos circuitos a seguir, os componentes em operação serão destacados na cor vermelha nos diagramas. Para a partida do motor, fecha-se a seccionadora Q1, pressiona-se a botoeira S2, o que energiza o contator K1, como mostra a figura 21. O contator K1 ao ser energizado, fecha todos os seus contatos abertos e abre todos os seus contatos fechados. Assim, os contatos principais no circuito de potência (força) se fecham, partindo o motor. O contato auxiliar NA de K1 também se fecha, selando o comando, permitindo retirar-se a pressão sobre a botoeira S2, como ilustra a figura 22. Para desligar o motor, deve-se pressionar a botoeira S1, desenergizando o contator K1. Nessas condições, volta-se à condição inicial, como na figura 23. Figura 21 Botoeira S2 pressionada. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 26

29 3.2 Partida Direta Com Reversão de Rotação A figura 24 apresenta os circuitos de potência (força) e comando para a partida direta de um motor de indução trifásico em ambos os sentidos de rotação. Figura 22 Motor em operação. Figura 24 Partida de motor em qualquer sentido de rotação. Descrição da operação Estando a seccionadora Q1 fechada, para a partida do motor em um sentido, pressiona-se a botoeira S11, o que energiza o contator K1, bem como abrindo o contato NF da botoeira no ramo de K2 (intertravamento com a botoeira). Isso impossibilita a ligação de ambos os contatores simultaneamente. Ao se energizar K1, fecha-se todos os seus contatos abertos e abre-se todos os seus contatos fechados. Assim, os contatos principais no circuito de potência se fecham, partindo o motor. O contato auxiliar NA de K1 também se fecha, selando o comando, permitindo retirar-se a pressão sobre a botoeira S11 e o NF no ramo de K2 se abre, impossibilitando a ligação de ambos os contatores simultaneamente (intertravamento dos contatores). O motor é desligado ao se pressionar a botoeira S13. Para a partida no outro sentido de rotação, o princípio é o mesmo, ou seja, pressiona-se a botoeira Figura 23 Desligamento do motor S12, o que energiza o contator K2, bem como abrindo Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 27

30 o contato NF da botoeira no ramo de K1. Ao se energizar K2, fecha-se todos os seus contatos abertos e abre-se todos os seus contatos fechados. Assim, os contatos principais no circuito de potência se fecham, partindo o motor. O contato auxiliar NA de K2 também se fecha, selando o comando, permitindo retirar-se a pressão sobre a botoeira S12 e o contato NF no ramo de K2 se abre, impossibilitando a ligação de ambos os contatores simultaneamente (intertravamento dos contatores). O motor é desligado ao se pressionar a botoeira S Partida Com Chave Estrela-Triângulo Automática A figura 25 apresenta os circuitos de potência e comando para a partida de um motor de indução trifásico com chave estrela-triângulo automática. A sua operação é a que segue: a) Circuito de potência (força) b) Circuito de comando Figura 25 Circuitos de potência e comando de uma chave estrela-triângulo automática. Partida Estando a seccionadora Q1 fechada, pressiona-se a botoeira S12, o que energiza o contator K2 e o relé de tempo D1. Ao se energizar K2, um dos seus contatos auxiliares NA fecha, energizando K1, um segundo sela um dos contatos NF de K1, enquanto o contato NF se abre, impedindo a energização de K3 (intertravamento). Ao se energizar K1, os contatos principais no circuito de potência (força) se fecham, partindo o motor conectado em estrela. Um de seus contatos auxiliares NA sela o comando de sua bobina, enquanto o outro fecha no ramo de K3 (o contato NF de K2 o mantêm desernegizado). Comutação O motor acelera durante o tempo pré-ajustado em D1, após o qual o seu contato NF abre, desernegizando a si próprio e ao contator K2. Como o contato NF de K1 no ramo de K2 está aberto (K1 está energizado), K2 se mantêm desernegizado e, com isto, seu contato NF do ramo de K3 se fecha. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 28

31 Quando isto ocorre o contato NF de K3 no ramo de K2, abre (intertravamento) e o motor passa a operar delta. Desligamento Pressionando-se a botoeira S11, todos os contatores são desenergizados, retornando o circuito à situação inicial. O mesmo é válido, se o relé térmico atuar Partida Com Chave Compensadora Automática A figura 26 apresenta os circuitos de potência (força) e comando para a partida de um motor de indução trifásico com chave compensadora automática. a) Circuito de potência (força) b) Circuito de comando Figura 26 Circuitos de potência e comando de uma chave compensadora automática. Partida Estando a seccionadora Q1 fechada, pressiona-se a botoeira S12, o que energiza o contator K1 e o relé de tempo D1. Ao se energizar K1, um dos seus contatos auxiliares NA fecha, energizando K3, um segundo sela o comando, enquanto o contato NF se abre, impedindo a energização de K2 (intertravamento). Um contato NF de K3 é fechado em paralelo com o selo de K1. Um contato NA é fechado em série com um contato NF de K2, selando o comando. Assim, o motor parte com tensão reduzida, empregando-se o tap do autotransformador inicialmente escolhido. Comutação O motor acelera durante o tempo pré-ajustado em D1, após o qual o seu contato NF abre, desernegizando o contator K1 e energizando K2. Os seus contatos NF abrem, desernegizando tanto K1 quanto K3. Desta forma, a rede é aplicada diretamente ao motor, retirando-se o autotransformador do circuito. Desligamento Pressionando-se a botoeira S11, todos os contatores são desenergizados, retornando o circuito à situação inicial. O mesmo é válido, se o relé térmico atuar. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 29

32 4.0 IDENTIFICAÇÃO DE TERMINAIS Para tornar mais rápida a elaboração de um desenho elétrico, bem como facilitar a montagem e manutenção posterior, é conveniente identificar adequadamente os terminais dos componentes dos circuitos, sejam eles de contatores, relés e motores. Em geral, utiliza-se uma notação alfanumérica, escrita sempre do lado direito do componente (relativamente a quem visualiza o desenho) e tendo os algarismos impares, sempre voltados para a rede e os pares para a carga, neutro, terra ou fechamento. A padronização mais freqüentemente utilizada é a relatada a seguir. 4.1 Terminais em Circuitos de Potência (Força) Os contatos principais de um dispositivo de manobra, tal como um contator principal, é identificado pelos algarismos 1 a 6, como na figura 28. Figura 29 Identificação dos terminais de fusíveis. Os terminais dos transformadores de comando, por outro lado, são identificados como na figura 30. Nesse caso a ordem numérica é seqüencial, sendo os menores números voltados para a rede e os maiores para a carga. a) Contator principal. Figura 30 Identificação dos terminais de transformadores de comando. b) Chave seccionadora. Figura 27 Identificação dos terminais de dispositivos de manobra. Os relés térmicos também seguem o critério, como mostra a figura 28. Em relação aos terminais de motores, há várias notações. As mais utilizadas são a marcação numérica seqüencial, a qual é padronizada para motores brasileiros, e a alfabética. A identificação numérica é realizada em ordem crescente e em seqüência. As ligações à rede são efetuadas nos terminais com os números de menor valor de cada fase, enquanto os de maior são utilizados para o fechamento da ligação. Figura 28 Identificação dos terminais de relés térmicos. Os terminais dos fusíveis são identificados pelos algarismos 1 e 2. Figura 31 Identificação numérica de um motor. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 30

33 A identificação alfabética utiliza as letras de U até Z, como ilustra a figura Bobinas de Comando As bobinas dos contatores, relés de tempo e outros são identificados pela letra A seguida do algarismo 1 para o terminal voltado para a rede (A1), e do algarismo 2 voltado para o neutro ou terra (A2). Os identificadores devem ser inseridos do lado direito do componente, como ilustra a figura 34. Figura 32 Identificação alfabética de um motor. A figura 33 apresenta um exemplo do diagrama de um circuito envolvendo todos os componentes citados. Figura 34 Identificação de terminais de bobinas. 4.3 Contatos Auxiliares Os contatos auxiliares são identificados por um sistema de dois dígitos compostos por um algarismo de: Origem de localização Os algarismos de localização são contados em seqüência, iniciando em 1, a partir do componente (contator, por exemplo). Função Os algarismos de função são identificados por: Tipo de Contato Algarismos NF 1 e 2 NA 3 e 4 NF especial 5 e 6 NA especial 7 e 8 As figuras 35 a 37 esclarecem melhor o exposto. Figura 33 Identificações dos terminais de componentes de um circuito de potência. Figura 35 Identificação de contatos NA e NF. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 31

34 A figura 39 apresenta um exemplo de diagrama de comando empregando a notação apresentada. a) Retardo na energização. b) Retardo na desenergização. Figura 36 - Identificação de contato NA e NF especiais (relé de tempo). Figura 39 Circuito de comando com identificação de componentes (Partida com reversão de rotação) Figura 37 Contato NF em um relé térmico. As botoeiras seguem a mesma notação, porém não possuem o algarismo de localização, como ilustra a figura 38. Figura 40 Circuito de comando com identificação de Figura 38 Identificação de terminais de botoeiras. componentes (Partida com chave estrela-triângulo). Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 32

35 5.0 ORIENTAÇÃO FINAL Para facilitar a identificação dos contatos auxiliares dos contatores, recomenda-se desenhar os seus contatos logo abaixo de sua representação no diagrama. A figura 41 esclarece a sugestão. Figura 41 Identificação dos contatos dos contatores. Capítulo 4: Diagramas Elétricos Parte I: Comando e Proteção de Motores - 33

36 CAPÍTULO 5: DIAGRAMAS ELÉTRICOS - PARTE II: PROTEÇÃO DE SISTEMAS RESUMO Número Denominação Este capítulo fornece subsídios para a elaboração, leitura e compreensão de diagramas referentes à proteção de sistemas elétricos INTRODUÇÃO Os diagramas elétricos referentes à proteção de sistemas são representados, como se sabe, por um circuito de potência (força) e por um de comando. No primeiro circula a corrente do próprio sistema, sendo representado em um diagrama unifilar, enquanto, o segundo, contém os elementos que atuam indiretamente na abertura, fechamento e sinalização dos relés para o acionamento de disjuntores e/ou seccionadores quando ocorrem condições anormais de funcionamento. Nesse sentido, apresentam-se a seguir, orientações que devem ser empregadas para a leitura ou elaboração dos diagramas correspondentes. 2.0 TABELA ANSI A ANSI - American National Standards Institute elaborou um sistema numérico para identificar em desenhos, os principais componentes de sistemas elétricos. Aí se incluem, principalmente, os relés e respectivas funções. Ressalta-se que, na atualidade, essa notação é de uso universal em diagramas de proteção de sistemas elétricos e, portanto, tornou-se padrão nessa área da eletrotécnica. A tabela ANSI é a que segue. Número Denominação 1 Elemento principal Função de partida/ fechamento 2 temporizado 3 função de verificação ou interbloqueio 4 contator principal 5 Dispositivo de interrupção 6 Disjuntor de partida 7 Disjuntor de anodo 8 Dispositivo de desconexão da energia de controle 9 Dispositivo de reversão 10 Chave de sequência das unidades 11 Reservada para futura aplicação 12 Dispositivo de sobrevelocidade 13 Dispositivo de rotação síncrona 14 Dispositivo de subvelocidade 15 Dispositivo de ajuste ou comparação de velocidade ou freqüência 16 Reservado para futura aplicação 17 Chave de derivação ou descarga 18 Dispositivo de aceleração ou desaceleração 19 Contator de transição partida-marcha 20 válvula operada eletricamente 21 Relé de distância 22 Disjuntor equalizador 23 Dispositivo de controle de temperatura Relé de sobreexcitação ou Vots por Hertz (V/Hz) Relé de verificação de sincronismo ou sincronização 26 Dispositivo térmico do equipamento 27 Relé de subtensão 28 Reservado para futura aplicação 29 Contator de isolamento 30 Relé anunciador 31 Dispositivo de excitação 32 Relé direcional de potência 33 Chave de posicionamento 34 Chave de seqüência operada por motor 35 Dispositivo para operação das escovas ou curto-circuitar anéis coletores 36 Dispositivo de polaridade 37 Relé de subcorrente ou subpotência 38 Dispositivo de proteção de mancal 39 reservado para futura aplicação 40 Relé de perda de excitação 41 Disjuntor ou chave de campo 42 Disjuntor/ chave de operação normal 43 Dispositivo de transferência manual 44 Relé de seqüência de partida 45 Reservado para futura aplicação 46 Relé de desbalanceamento de corrente de fase 47 Relé de seqüência de fase de tensão Capítulo 5: Diagramas Elétricos Parte II: Proteção de Sistemas - 34

37 Número Denominação 48 Relé de sequência incompleta/ partida longa 49 Relé térmico 50 Relé de sobrecorrente instantâneo 51 Relé de sobrecorrente temporizado 52 Disjuntor de corrente alternada 53 Relé para excitatriz ou gerador cc 54 Disjuntor para corrente contínua, alta velocidade 55 Relé de fator de potência 56 Relé de aplicação de campo 57 Dispositivo de aterramento ou curtocircuito 58 Relé de falha de retificação 59 Relé de sobretensão 60 Relé de balanço de tensão/ queima de fusíveis 61 Relé de balanço de corrente 62 Relé temporizador 63 Relé de pressão de gás (Buchholz) 64 Relé de proteção de terra 65 Regulador 66 Relé de supervisão do número de partidas 67 Relé direcional de sobrecorrente 68 Relé de bloqueio por oscilação de potência 69 Dispositivo de controle permissivo 70 Reostato elétricamente operado 71 Dispositivo de detecção de nível 72 Disjuntor de corrente contínua 73 Contator de resistência de carga 74 Função de alarme 75 Mecanismo de mudança de posição 76 Relé de sobrecorrente cc 77 Transmissor de impulsos 78 Relé de medição de ângulo de fase/ proteção contra falta de sincronismo 79 Relé de religamento 80 Reservado para futura aplicação 81 Relé de sub/ sobrefrequência 82 Relé de religamento cc 83 Relé de seleção/ transferência automática 84 mecanismo de operação 85 Relé receptor de sinal de telecomunicação 86 Relé auxiliar de bloqueio 87 Relé de proteção diferencial 88 Motor auxiliar ou motor gerador 89 Chave seccionadora 90 Dispositivo de regulação 91 Relé direcional de tensão 92 Relé direcional de tensão e potência 93 contator de variação de campo 94 Relé de desligamento 95 à 99 Usado para aplicações específicas COMPLEMENTAÇÃO DA TABELA ANSI Número Denominação 50 N Sobrecorrente instantâneo de neutro 51N Sobrecorrente temporizado de neutro ( tempo definido ou curvas inversas) 50G Sobrecorrente instantâneo de terra (comumente chamado 50GS) Sobrecorrente temporizado de terra 51G (comumente chamado 51GS e com tempo definido ou curvas inversas) 50BF Relé de proteção contra falha de disjuntor (também chamado de 50/62 BF) Relé de sobrecorrente temporizado de 51Q seqüência negativa com tempo definido ou curvas inversas 51V Relé de sobrecorrente com restrição de tensão 51C Relé de sobrecorrente com controle de torque 59Q Relé de sobretensão de seqüência negativa 59N Relé de sobretensão residual ou sobretensão de neutro (também chamado de 64G) 64 Relé de proteção de terra (pode ser por corrente ou por tensão 67 N Relé de sobrecorrente direcional de neutro (instantâneo ou temporizado) 67 G Relé de sobrecorrente direcional de terra (instantâneo ou temporizado) 67Q Relé de sobrecorrente direcional de seqüência negativa Relé de proteção de terra - 64 pode ser por corrente ou por tensão. Os diagramas unifilares devem indicar se este elemento é alimentado por TC ou por TP, para que se possa definir corretamente. Se for alimentado por TC, também pode ser utilizado como uma unidade 51 ou 61. Se, entretanto, for alimentado por TP, pode-se utilizar uma unidade 59N ou 64G. A função 64 também pode ser encontrada como proteção de carcaça, massa-cuba ou tanque, sendo aplicada em transformadores de força até 5 MVA. Em relação ao relé diferencial - 87 existem diversas alternativas, a saber: a) 87 T - diferencial de transformador (pode ter 2 ou 3 enrolamentos); b) 87G - diferencial de geradores; c) 87GT - proteção diferencial do grupo gerador-transformador; d) 87 B - diferencial de barras com alta, média ou baixa impedância. Capítulo 5: Diagramas Elétricos Parte II: Proteção de Sistemas - 35

38 e) 87M - diferencial de motores - Neste caso pode ser do tipo percentual ou do tipo autobalanceado. O percentual utiliza um circuito diferencial através de 3 TC s de fases e 3 TC s no neutro do motor. O tipo autobalanceado utiliza um jogo de 3 TC s nos terminais do motor, conectados de forma à obter a somatória das correntes de cada fase e neutro. Na realidade, trata-se de um elemento de sobrecorrente, onde o esquema é diferencial e não o relé. Pode-se encontrar em circuitos industriais elementos de sobrecorrente ligados num esquema diferencial, onde os TC s de fases são somados e ligados ao relé de sobrecorrente. Isso também é possível em um esquema de seletividade lógica para realizar a função diferencial de barras. Figura 1 Exemplo de diagrama unifilar. 4.0 ORIENTAÇÕES GERAIS A leitura e interpretação de desenhos voltados para a proteção de sistemas elétricos são bastante simples. Eles são representações de geradores, motores, transformadores e linhas sendo monitorados por relés que fornecem informações à dispositivos de manobra (disjuntores e/ou seccionadoras, por exemplo) para atuarem em determinadas situações. Os relés, por sua vez, podem ser dedicado (isto é, monitora apenas uma certa situação operacional) ou multifunção (permite o monitoramento de várias grandezas). Qualquer que seja o seu tipo, eles são representados nos diagramas unifilares pela notação ANSI. Tais relés, em geral, são ligados à TP s e TC s de modo que as tensões e correntes do sistema sejam reduzidas à níveis compatíveis com a segurança de operadores, dos próprios relés e da instrumentação. Os diagramas de comando são semelhantes ao apresentados no capítulo anterior, utilizando os contatos dos relés em uma lógica para que os dispositivos de manobra atuem na ocorrência de condições indesejáveis. Figura 2 Exemplo de diagrama de comando (parte). Capítulo 5: Diagramas Elétricos Parte II: Proteção de Sistemas - 36