ELETRICIDADE BÁSICA e EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS SENAI - RJ

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1 ELETRICIDADE BÁSICA e EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS SENAI - RJ

2 SENAI PETROBRAS CTGÁS-ER ELETRICIDADE BÁSICA e EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS Rio de Janeiro / RJ 2010

3 Esta apostila é uma revisão/adaptação da obra EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS ELÉTRICOS Termoaçu, do autor Engº Hudson Antunes de Lima, para o Curso de Formação de Operadores da UTE Jesus Soares Pereira, em Açu-RN. Engº Luiz Antônio Pimentel da Costa

4 SUMÁRIO CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS DE ELETRICIDADE GRANDEZAS ELÉTRICAS CIRCUITO ELÉTRICO LEI DE OHM MAGNETISMO ELETROMAGNETISMO CORRENTE CONTÍNUA E ALTERNADA CAPÍTULO 2 MÁQUINAS ELÉTRICAS MOTOR ELÉTRICO TIPOS MAIS COMUNS DE MOTORES ELÉTRICOS: PRINCIPAIS TIPOS DE MOTORES DE INDUÇÃO ASSÍNCRONOS TRANSFORMADORES GERADORES DE CORRENTE ALTERNADA E CORRENTE CONTÍNUA CAPÍTULO 3 - ELEMENTOS DE COMANDO E PROTEÇÃO SECCIONADORES DISJUNTORES FUSÍVEIS BOTÃO DE IMPULSÃO OU PULSADOR SINALIZADORES CONTATOR RELÉ TÉRMICO DE SOBRECARGA TEMPORIZADORES ACESSÓRIOS, ELEMENTOS E DISPOSITIVOS ELÉTRICOS SENSORES CAPÍTULO 4 - LEITURA E INTERPRETAÇÃO DE DIAGRAMAS ELÉTRICOS NORMAS PRINCIPAIS ÓRGÃOS NORMATIZADORES DO SETOR ELÉTRICO

5 4.3 - SIMBOLOGIA ELÉTRICA APLICADA A ESQUEMAS ELÉTRICOS EM GERAL SÍMBOLOS LITERAIS ESQUEMAS ELÉTRICOS APLICADOS A CIRCUITOS INDUSTRIAIS SISTEMA DE PARTIDA DIRETA SIMPLES SISTEMA DE PARTIDA DIRETA COM REVERSÃO CAPÍTULO 5 - PAINÉIS ELÉTRICOS INTRODUÇÃO PAINÉIS DE BAIXA TENSÃO PAINÉIS DE MÉDIA TENSÃO SEGURANÇA NA OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE PAINÉIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

6 CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS DE ELETRICIDADE Objetivo Ao estudar este capítulo você estará apto para: Identificar as principais grandezas elétricas, diferenciar os tipos de circuitos elétricos, aplicar a Lei de Ohm e diferenciar Magnetismo de Eletromagnetismo e Corrente Contínua de Corrente Alternada. Fig. 01 Modelo Atômico Fonte: Fig. 02 Átomo Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 5

7 1.1 - Grandezas Elétricas Chamaremos de grandezas elétricas básicas aquelas grandezas mais utilizadas nos estudos da eletricidade: Corrente elétrica (Intensidade da corrente elétrica), Tensão elétrica, Resistência elétrica e Potência elétrica Intensidade de Corrente Elétrica (I) A Intensidade de Corrente Elétrica ou simplesmente corrente elétrica (simbolizada por I) é o movimento de cargas elétricas em um sentido predominante. Este movimento sempre é devido à existência de uma tensão elétrica e seu sentido depende do tipo de carga elétrica que está em movimento. Fig. 03 Corrente Elétrica A unidade de Intensidade de Corrente Elétrica é o Ampère (símbolo A) Múltiplos: Quiloampère (ka) = 1000 A e Megampère (MA) = A Submúltiplos: miliampère (ma) = 0,001 A e microampère ( A) = 0, A Então a corrente de 100 ampères pode ser escrita 100 A Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 6

8 Sentido convencional da corrente elétrica Os cientistas convencionaram que a corrente elétrica é um movimento ordenado de cargas positivas que se deslocam em sentido contrário ao da corrente real Sentido real Sentido convenciona l Fig Corrente convencional, cargas positivas se deslocam em sentido contrário ao dos elétrons. Medindo a Corrente Elétrica O instrumento básico utilizado para medir a corrente elétrica é o amperímetro analógico. Este instrumento é ligado em série no trecho de circuito, cuja corrente elétrica deseja-se medir. Observe o circuito abaixo e a medição da corrente. A 5 A O amperímetro é ligado em série Fig. 05 Ligação de Amperímetro Fig. 06 Amperímetro Analógico Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 7

9 Tensão Elétrica (diferença de potencial) (E, V ou U) A tensão elétrica (simbolizada pelas letras E, U ou V) é uma espécie de pressão que tende a deslocar as cargas elétricas em um circuito fechado; portanto, a corrente elétrica sempre é um resultado da aplicação de tensão entre dois pontos em um circuito elétrico. Diferença de potencial (d.d.p.), força eletromotriz (f.e.m.) ou voltagem são outros termos usados para designar tensão. A unidade de Tensão Elétrica é o Volt (símbolo V). Fig. 07 Fonte de Tensão Múltiplos: Megavolt (MV) = V quilovolt (kv) = 1000 V Submúltiplos: milivolt (mv) = 0,001 V microvolt (µv) = 0, V Fig. 08 Voltímetro Analógico Medindo a tensão elétrica O instrumento utilizado para medir a tensão elétrica é o voltímetro. Este instrumento é ligado direta e paralelamente aos pontos em que se deseja medir a tensão existente. Observe o circuito e a medição da tensão na fonte e na carga. V V 12 V Medindo a tensão na fonte Medindo a tensão na carga Fig. 09 Ligação de Voltímetros Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 8

10 1.1.3 Resistência Elétrica e Condutância O conceito de resistência elétrica (R) é contrário ao da condutância (G). Quando um determinado material oferece certa dificuldade à passagem da corrente elétrica, diremos que ele oferece resistência à corrente elétrica. Observe que: nos isolantes, a resistência é extremamente alta; nos resistores, é alta; e nos condutores, é baixa. Fig. 10 Resistores R ISOLANTE G R A condutância é o inverso da resistência. A condutância e a resistência elétrica se manifestam com maior ou menor intensidade nos diversos tipos de materiais. G RESISTOR CONDUTOR R G Exemplo: No cobre, a condutância é muito maior que a resistência. Já no plástico, a resistência é muito maior que a condutância. PLÁSTICO MAIOR resistência MENOR condutância COBRE MENOR resistência MAIOR condutância. Unidades Básicas de Medida A unidade básica de medida da resistência elétrica ( R ) é o Ohm ( ). A unidade básica de medida da condutância elétrica ( G ) é o Siemens (S) Múltiplos: Megaohm (M ) = Quilohm (k ) = 1000 Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 9

11 Submúltiplos: miliohm (m ) = 0,001 microhm (μ ) = 0, Medindo a Resistência Elétrica Para medir a resistência elétrica de um determinado componente/dispositivo utiliza-se o ohmímetro. Vale salientar que esse componente/dispositivo precisa estar desligado de qualquer fonte elétrica (desenergizado). Veja a ilustração: Fig. 11 Ligação do Ohmímetro Importante: Não utilizaremos instrumentos para medir a condutância. Calcularemos a mesma pela sua função inversa; isto é, a resistência elétrica. Desta forma, estabeleceremos a seguinte relação matemática: condutância = 1 ou simplesmente: G = 1 resistência R Potência Elétrica ( P ) A potência é uma grandeza que revela como se comporta a energia associada a um corpo em relação ao tempo, ou seja, é o trabalho elétrico realizado na unidade de tempo. P = E / Δt. E = q.v, logo: P = (q / Δt).V = I. V Assim: P = V x I No Sistema Internacional, a unidade de potência é o Watt (símbolo W), Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 10

12 Múltiplos: megawatt (MW) = W quilowatt (kw) = 1000 W Submúltiplos: miliwatt (mw) = 0,001W. microwatt (mw) = 0, W Observe o circuito abaixo: V 12 V A 5 A Potência = tensão. corrente P = E. I P = => 60 W Fig. 12 Ligação de Amperímetro e Voltímetro Medindo a Potência Elétrica O instrumento de medida é o Wattímetro. A ligação do wattímetro e seus similares deve ser feita de maneira tal que permita o instrumento atuar como voltímetro e amperímetro ao mesmo tempo, observe o circuito abaixo: V 12 V A 5 A 12 V W 60 W Ligação do wattímetro Fig. 13 Ligação de Wattímetro Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 11

13 No dia-a-dia, costuma-se usar também outras unidades tais como Cavalo-Vapor (CV) e Horse-Power (HP). Portanto, vamos estudar, a seguir, a transformação de cada uma dessas unidades. Cavalo-Vapor (c.v.) Se você ler uma dessas plaquetas que indicam as características de um motor, ficará sabendo qual é a sua potência mecânica em c.v. A potência mecânica em c.v., nos motores elétricos, varia de 1/10 (0,1 c.v.) a c.v. e, em certas usinas elétricas, vai a mais de c.v. Para sua transformação, existe a seguinte relação de equivalência: 1 CV = 736 J/s ou W 736/746 HP 0,736 kw Horse-Power (H.P.) É a unidade inglesa de potência. Muitos motores apresentam, em suas plaquetas de características, esta unidade inglesa. Para transformar essa unidade, devemos também aplicar a regra de três simples. A sua relação de equivalência com as outras unidades é: 1 HP = 746 J/s ou W 746 / 736 HP 0,746 kw Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 12

14 Resistividade É definida como a resistência específica de cada material. R = ρ. (L /S), então: ρ = (R.S)/L. Assim, [ρ]: Ω.m (ohms. metro S.I.) A resistência específica depende dos elementos químicos que compõem o material, classificando-os como condutores, semi-condutores e isolantes. Na prática, os valores desta resistência específica são conseguidos laboratorialmente, considerando o material, em teste, com as seguintes dimensões: 1 metro de comprimento, 1 mm de seção transversal e estando a uma temperatura de 20 C. Nesta situação, utilizando-se um miliohmímetro, foram encontrados diversos valores de resistência para cada material analisado. Logo abaixo, é apresentada uma tabela com as resistências específicas de alguns dos materiais mais empregados em eletricidade. MATERIAL RESISTIVIDADE (mω. mm) Prata 0,016 Cobre 0,017 Alumínio 0,030 Tungstênio 0,050 Constantan 0,500 Carvão 1,500 Tabela 01 Resistividade Observe que para obter os valores de resistividade de cada material, os cientistas estabeleceram padrões de comprimento, de seção transversal e de temperatura e mediram a resistência nestas condições específicas. Daí a definição de a resistividade ser igual à resistência específica de todo material Fatores que Influenciam na resistência elétrica São quatro os fatores que influenciam na resistência do material: a. Comprimento do material. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 13

15 b. Seção transversal. c. Temperatura. d. Natureza do material (o que se reflete no valor de resistividade elétrica). a. Comprimento do Material Quanto maior o comprimento do material, maior a sua resistência (dificuldade a passagem da corrente elétrica) Fig. 14 Resistência X Comprimento b. Seção Transversal Quanto maior a seção do material, menor a sua resistência. Um fio/cabo grosso deixa passar mais corrente elétrica que um fio/cabo mais fino Fig. 15 Resistência X Seção Transversal c. Temperatura Quanto maior a temperatura, maior a resistência do material. Condutores aquecidos conduzem a corrente elétrica com dificuldade. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 14

16 Fig. 16 Resistência X Temperatura d. Natureza do Material Dependendo da estrutura do material, alguns podem se comportar como isolantes, condutores, ou semi-condutores Relação Matemática dos Fatores Resistência é diretamente proporcional ao comprimento e a resistividade e inversamente proporcional à seção transversal. Matematicamente teremos: R = x L S Onde: R resistência do material ( ) L Comprimento do material (m) S seção transversal do material (mm 2 ) - resistividade do material (.mm 2 / m) - (letra grega rô) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 15

17 1.2 - Circuito Elétrico Circuito - É todo percurso que representa um caminho fechado. Exemplo: Circuito de Fórmula 1(Interlagos SP-BR) Fig. 17 Autódromo de Interlagos Fonte: Circuito elétrico é o caminho fechado por onde circula a corrente elétrica. É composto basicamente pelos seguintes componentes: Dispositivo de Manobra ou acionamento Fonte geradora; Dispositivo de manobra; Condutores Consumidor (carga). Fonte Consumidor Condutores Fig. 18 Circuito elétrico Elementar Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 16

18 Fonte Geradora de Energia é a que gera ou produz energia elétrica, a partir de outro tipo de energia. Fig. 19 Baterias Moura Fonte: Fig. 20 Gerador de Energia Fonte: Consumidor é o componente que utiliza a energia elétrica para produzir força motriz, calor ou iluminação. Fig. 21 Furadeira Elétrica Fonte: Fig. 22 Motobomba Condutor Elétrico é o componente que realiza a interligação entre o consumidor e a fonte geradora, permitindo a circulação de corrente. Fig. 23 Cabo elétrico isolado Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 17

19 Dispositivo de Manobra é o componente que realiza as operações de ligar e desligar o circuito elétrico, permitindo a passagem da corrente elétrica Fig. 25 Interruptor Liga- Desliga Fonte: Fig. 24 Interruptor Liga-Desliga Fonte: Algumas variações do circuito elétrico Circuito aberto - É o que não tem continuidade. Circuito fechado - É o circuito que tem continuidade. Circuito radial- O percurso entre a fonte e a carga é direto. Circuito em anel O percurso entre a fonte e a carga pode ser realizado por dois caminhos distintos. Circuito malhado É do tipo misto, com elementos em série e paralelo. O percurso entre fonte e carga pode ser realizado por vários caminhos distintos. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 18

20 Tipos de Circuitos Elétricos: Existem basicamente três tipos de circuitos elétricos, quanto à forma de ligação dos componentes: Circuito em Série Neste circuito todos os componentes estão sujeitos ao mesmo valor da intensidade da corrente elétrica, pois existe apenas um caminho (percurso) para a corrente. Fig. 26 Circuito Série Circuito fechado Fig. 27 Circuito Série Fonte: Circuito paralelo Neste circuito, todos os componentes recebem o mesmo valor de tensão, para os pontos de alimentação da primeira carga são os mesmos das outras cargas subsequentes. Dispositivo de Manobra Fonte Fig. 28 Circuito Paralelo Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 19

21 Fig. 29 Circuito Paralelo Fonte: Circuito Misto É composto pela fusão, em um único circuito, dos circuitos anteriores. Para analisá-lo basta decompô-lo nas duas formas anteriores de circuito. Exemplo de circuito misto: Fig. 30 Circuito Misto Fig. 31 Circuito Misto Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 20 Fonte:

22 1.3 - Lei de Ohm O físico e professor universitário alemão George Simon Ohm ( ) verificou experimentalmente que para alguns condutores o quociente entre a tensão (E) e a corrente (I) era constante e que essa constante é a resistência (R) do resistor. Ou seja: A intensidade de corrente elétrica é diretamente proporcional à tensão elétrica e inversamente proporcional à resistência do circuito R E I I E R E R I A esta relação matemática entre a tensão, a corrente e a resistência do material é conhecida como Lei de Ohm. Exemplo: Dado um circuito elétrico em que a tensão de alimentação é de 60 Vcc (em corrente contínua) e a resistência elétrica é de 12 ohms. Determinar a intensidade de corrente elétrica. V 60 V A? Fig. 32 Circuito Elétrico R = 12 I =? I = E / R I = 60 / 12 => 5 A Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 21

23 Resumo da Lei de Ohm As relações entre Corrente, Tensão, Resistência e Potência estão todas descritas no diagrama abaixo. Guardando em mente apenas as duas principais I = E / R e P = E. I, chegaremos facilmente à qualquer de suas derivações: Fig. 33 Resumo de Fórmulas Método prático para obtenção das fórmulas matemáticas da Lei de Ohm Fig.34 Lei de Ohm Método Prático Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 22

24 1.4 - Magnetismo O magnetismo é um fenômeno de atração exercido por certos materiais sobre outros, mais especificamente sobre o FERRO ORIGEM DO MAGNETISMO O magnetismo está presente nos ímãs naturais, magnetita (Fe 3 O 4 ) e nos ímãs artificiais. Tem origem na estrutura atômica da matéria, devido ao movimento dos elétrons nos átomos, pois cargas elétricas em movimento relativo causam o aparecimento de campos magnéticos. Nestes átomos os últimos elétrons apresentam o mesmo sentido de rotação produzindo um pequeno campo magnético que somada ao conjunto de átomos formam os ímãs. O ímã é o conjunto de pequenos átomos-ímãs Ferradura Barra Bússola Fig. 35 Imãs Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 23

25 Ímã: São considerados ímãs, todos os materiais que apresentam a propriedade do magnetismo. Estes podem ser ímãs naturais ou ímãs artificiais. Fig. 36 e 37 Magnetita Fonte: www. kalipedia.com Os ímãs apresentam pólos de atração magnética, responsáveis pelo seu poder de atração, são os pólos: NORTE e SUL. Estes pólos magnéticos são inseparáveis, pólos iguais se repelem... Fig. 38 Imãs Força de Repulsão...e pólos diferentes se atraem. Fig. 39 Imãs Força de Atração A terra é um grande ímã natural e o giro dos ímãs em direção ao norte é causado pelo magnetismo da terra. O pólo norte geográfico da Terra corresponde aproximadamente ao pólo sul magnético, e o pólo sul geográfico corresponde aproximadamente ao pólo norte magnético. Esta é a razão pela qual o pólo norte da agulha de uma bússola aponta para o pólo norte geográfico. magnético Fig. 40 Imã Natural magnético Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 24

26 Imãs Artificiais São aqueles confeccionados pelo homem. Quando se imanta uma peça de aço temperado, seja pondo-a em contato com outro ímã ou pela influência de uma corrente elétrica, observa-se que o aço adquiriu uma considerável quantidade de magnetismo e é capaz de reter indefinidamente. Estes são chamados ímãs artificiais permanentes. Este ímã oferece uma vantagem sobre os naturais, pois além de possuir uma força de atração maior, pode ser feito de tamanho e formato de acordo com as necessidades. As ligas de aço contendo níquel e cobalto constituem os melhores ímãs. Fig. Fig Imãs Circuito Artificial Misto Fonte: Inseparabilidade dos pólos novo ímã. Se um ímã for quebrado em partes, cada uma destas partes constituirá um Centro de Tecnologias Fig. 42 do Inseparabilidade Gás e Energias dos Renováveis Pólos 25

27 Campo Magnético: É o espaço compreendido entre dois pólos magnéticos, onde atuam as linhas de força magnética. Fig. 43 Campo magnético Os Materiais no Campo Magnético Substâncias Ferromagnéticas: Imantam-se no mesmo sentido do campo magnético, concentram as linhas de força. Ex: Ferro, aço, níquel. Substâncias Paramagnéticas: Imantam-se de forma pouco intensa, ou praticamente não sofrem ação do campo magnético. Ex: Alumínio, estanho e ar. Substâncias Diamagnéticas: Enfraquecem o campo magnético, imantam-se em sentido contrário ao do campo magnético, distorcendo as linhas de força. Ex: Cobre, ouro, chumbo e zinco. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 26

28 1.5 - Eletromagnetismo Ao verificarmos um condutor percorrido por uma corrente elétrica, constatamos que nele existe um fluxo orientado de elétrons, que por sua vez também produzirá um campo magnético. Desta forma constatamos que: A corrente elétrica produz um campo. O eletromagnetismo representa o magnetismo produzido pela passagem da corrente elétrica em um condutor, ou circuito elétrico: Campo Magnético em Condutores Fig. 44 Campo magnético em Condutores Sentido das linhas de força As linhas de força situam-se em torno do condutor num plano a 90º em relação ao seu comprimento. Como o caminho da corrente é paralelo ao condutor, podemos concluir que: As linhas de força magnética estão a 90º em relação ao caminho da corrente. Fig. 45 Campo magnético em Condutores No circuito constatamos o sentido das linhas de força magnética nas posições indicadas pela bússola A bússola indica o sentido das linhas de força. Fig. 46 Sentido das Linhas de Força Quando invertemos o sentido da corrente. O sentido das linhas de força também será invertido. Fig. 47 Sentido das Linhas de Força Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 27

29 Regra do Saca-Rolha Compare o sentido da corrente e das linhas de força com o sentido de penetração e sentido de giro do saca-rolha. Fig. 48 Regra do saca-rolha O sentido de penetração corresponde ao sentido da corrente elétrica. O sentido de giro corresponde ao sentido das linhas de força Campo Magnético em Bobinas O que ocorrerá, se enrolarmos um condutor, formando uma volta ou espira? Vejamos: Fig. 49 Campo Magnético em bobinas As linhas de força magnética formam um circuito magnético passando pelo interior da espira. As linhas de força passam por dentro da espira e retornam por fora. Observe que as linhas de força se unem e formam um único campo magnético SOLENÓIDE é o conjunto de espiras com uma só camada. Fig. 50 Solenóide Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 28

30 No solenóide continua ocorrendo o fenômeno da formação de um único campo magnético. Cada espira contribui com uma parcela para a composição do campo magnético. Assim, as linhas de força atuarão, no solenóide, da mesma maneira que agem nos ímãs Bobinas Nas bobinas o campo magnético é maior que o formado no solenóide. S N Fig. 51 Bobina Pois a bobina é constituída de diversos solenóides, sobrepostos em camadas sucessivas. Ela tem maior número de espiras. Se no solenóide formar-se um único campo magnético, também na bobina existirá um só campo magnético. Porém, na bobina se somam os campos das diversas camadas, constituindo um campo magnético de maior intensidade que a do solenóide Os pólos magnéticos numa bobina Nos aparelhos elétricos, muitas vezes torna-se necessário saber qual o sentido do campo magnético, isto é, onde ficam os pólos Norte e Sul. Outras vezes é preciso saber qual o sentido da corrente. Por isso precisamos saber: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 29

31 Como determinar os pólos Norte e Sul pelo sentido da corrente elétrica no solenóide ou bobina. Para determinar os pólos N e S, aplicamos a: Fig. 52 Polaridade de uma Bobina Regra da Mão Direita Para aplicar a regra da mão direita é fundamental que se observe dois fatores: 1º Fator : O sentido das espiras no solenóide ou bobina 2º Fator : O sentido da corrente, ou a entrada e a saída da corrente. Vamos ver agora como é a regra da mão direita, observe as figuras abaixo: Fig. 53 Regra da Mão direita Note que há corrente circulando na bobina: portanto, há campo magnético. Perceba que: 1. As pontas dos dedos indicam o sentido da corrente. 2. Dedo polegar indica o pólo Norte. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 30

32 Aplicações do eletromagnetismo: Fig. 54, 55 e 56 Aplicações de eletroimãs Corrente Contínua e Alternada Em função do sentido de movimentação das cargas elétricas (corrente elétrica), podemos dividir a eletricidade dinâmica de duas maneiras. A corrente elétrica pode se apresentar de duas maneiras: Contínua Quando o fluxo de elétrons mantém constante o seu sentido ao longo do tempo. É o tipo de energia elétrica muito utilizada pelos circuitos dos equipamentos eletroeletrônicos. Os terminais das fontes geradoras de corrente contínua são chamados de pólos, denominados pólo positivo (+) e pólo negativo (-). Fig. 57 Gráfico Corrente Contínua Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 31

33 Alternada Quando a corrente elétrica apresenta uma variação de sentido no tempo (período). Esta variação denominaremos de ciclo completo da corrente alternada, composto por dois semi-ciclos (semi-ciclo positivo e semi-ciclo negativo). A quantidade de variações (ciclos) por segundo irá determinar a freqüência da corrente, esta é dada em hertz (Hz). Saber a freqüência da corrente alternada que estamos utilizando é muito importante para a correta utilização dos equipamentos. No Brasil esta freqüência é padronizada em 60 Hz. Os terminais das fontes de corrente alternada são denominadas de fase. Fig. 58 Gráfico Corrente Alternada Valor Instantâneo O valor da corrente alternada varia continuamente de amplitude. Contudo, é possível determinar matematicamente o seu valor, num dado instante de tempo. A esse valor dá-se o nome de: Valor Instantâneo da Corrente Alternada. Fig. 58a Valor Instantâneo de uma CA Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 32

34 Valor Máximo É o valor instantâneo que corresponde á máxima amplitude da corrente. Também chamado Valor de Pico. Fig. 58b Valor Máximo de uma CA Valor de Pico a Pico É o valor instantâneo que corresponde á máxima amplitude da corrente no semi-ciclo positivo e no semi-ciclo negativo simultaneamente. Valor de Pico a Pico Fig. 58b Valor Pico a Pico de uma CA Valor Eficaz É o valor de uma corrente alternada que produz um efeito calorífico equivalente ao de uma corrente contínua. O valor eficaz ou efetivo é aquele medido pelos instrumentos de bobina móvel e pode ser calculado pela expressão: Ief Imax 2 = 0,707 I máx Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 33

35 Valor de Pico 169,7 V Fig. 58c Valor Eficaz de uma CA Valor Médio Muitas vezes precisamos conhecer o valor médio da corrente alternada para a metade de um ciclo. Este valor tem um certo número de empregos limitados, como por exemplo, nos aparelhos retificadores de corrente e nas cargas de baterias. Seu valor pode ser calculado pela expressão: Imed = 0,637 x Imax Fig. 59 Gráfico Valores da Corrente Altenada Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 34

36 Corrente Alternada e Tensão Trifásica Quando uma linha é formada por três condutores com as tensões entre um e outro igual, porém defasadas de 120º, temos uma rede trifásica. A representação da corrente alternada ou tensão trifásica é a que se vê nas figuras abaixo. Fig.60 forma de senóides de mesma amplitude e deslocadas de Quando ligamos a uma linha trifásica três fontes receptoras, ou três elementos de uma fonte receptora, temos um circuito trifásico. triângulo. Conforme a maneira de efetuarmos as ligações teremos um circuito estrela ou Fig. 61 Ligação em Estrela Fig. 62 Ligação em Triângulo Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 35

37 CAPÍTULO 2 MÁQUINAS ELÉTRICAS Fig. 63 Motores Elétricos Industriais Fonte: Objetivo Ao estudar este capítulo você estará apto para: Identificar os principais tipos; entender o princípio de funcionamento e identificar a forma correta de realizar a ligação dos motores elétricos Industriais. Fig. 64 Motores Elétricos Industriais Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 36

38 2.1 - Motor Elétrico Motor elétrico é uma máquina elétrica giratória destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica. O motor de indução é o mais utilizado de todos os tipos de motores elétricos, pois combina as vantagens de utilização da energia elétrica (baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e facilidade de comando) com sua construção simples, custo reduzido e grande versatilidade de adaptação ás cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos Composição de um Motor Elétrico O motor de indução é composto fundamentalmente de duas partes: estator e rotor Estator O estator é a parte estacionária do motor, se subdividido em: Carcaça - é a estrutura suporte do conjunto; de construção robusta em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à corrosão e com aletas. Fig. 65 Carcaças de Motores Elétricos Industriais Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 37

39 Núcleo de chapas - as chapas são de aço magnético, tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas no ferro. Fig. 66 Núcleo de chapas Fonte: Enrolamento trifásico também conhecido como bobinado, é formado por três conjuntos iguais de bobinas, uma para cada fase, constituindo um sistema trifásico ligado à rede trifásica de alimentação Rotor Fig. 67 Enrolamento Trifásico Fonte: O rotor é a parte motriz do motor elétrico. O rotor mais comumente utilizado é o rotor Gaiola de Esquilo. A construção básica deste rotor é dois anéis de alumínio que curto-circuitam várias barras condutoras inseridas no núcleo do rotor. O rotor se subdivide em: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 38

40 Eixo - transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor. É tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga. Núcleo de chapas - as chapas possuem as mesmas características das chapas do estator. Barras e anéis de curto-circuito - são de alumínio injetado sob pressão numa única peça. Fig. 68 Rotor de um Motor Elétrico Fonte: A corrente elétrica que circula nas barras condutoras de alumínio do rotor é induzida pelo campo magnético produzido pelas bobinas do estator que estão ligadas na rede de alimentação CA. Devido à existência desta corrente induzida, não é necessário alimentar o rotor com tensão da rede, evitando assim, o uso de escovas e de anéis coletores Outras partes do motor de indução trifásico: Tampa Ventilador Tampa defletora Caixa de ligação Terminais Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 39

41 Rolamentos Fig. 69 Motores Elétricos CA Vista Explodida Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 40

42 2.2 - Tipos mais comuns de motores elétricos: Motores de Corrente Contínua São motores de custo mais elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada em contínua. Podem funcionar com velocidade ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e preciso. Por isso, seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação. Fig. 70 Motores Elétricos CC Fonte: Motores de corrente alternada São os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Os principais tipos são: a) Motor de Indução Síncrono: Funciona com velocidade fixa; utilizado somente para grandes potências (devido ao seu Fig. 71 Motor de indução Assíncrono Fonte: alto custo em tamanhos menores) ou quando se necessita de velocidade invariável. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 41

43 b) Motor de indução Assíncrono: Funciona normalmente com uma velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, é o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas, encontradas na prática. Atualmente é possível controlarmos a velocidade dos motores de indução com o auxilio de inversores de freqüência. 2.3 Principais tipos de Motores de Indução Assíncronos Motores Elétricos Monofásicos Alimentado através de uma fonte de CA monofásica. Compreende diversos modelos, dentre os quais se destacam: Motor de Pólos Salientes, Motor Monofásico de Arranque Capacitivo (fase auxiliar) e Motor Universal (motor série). Desses o mais usual é o motor Monofásico de Arranque Capacitivo (fase auxiliar). Este motor possui no seu estator dois bobinados distintos: O Bobinado de trabalho e o Bobinado de Arranque ou Partida. Estes dois bobinados têm a função de provocar um campo magnético girante e com isso proporcionar a indução magnética no Rotor e forçá-lo a acompanhar a rotação deste campo. Fig. 72 Motor de indução Monofásico Fonte: A defasagem existente entre o bobinado de trabalho (indutivo) e o bobinado de arranque (indutivo = capacitivo) é de aproximadamente 90. É esta defasagem entre os bobinados que produzem campos eletromagnéticos também defasados, possibilitando o funcionamento do motor. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 42

44 2.3.2 Motores Elétricos Trifásicos: Alimentado através de uma fonte de CA trifásica. No seu estator, possui três grupos de bobinas cada um ligado a sua respectiva FASE. Quando em funcionamento o estator produz um campo magnético girante, uma vez que seus grupos de bobinas, alimentados por fases diferentes, se encontram defasados 120 elétricos uns dos outros. Este campo magnético produzirá a indução magnética do rotor e consequentemente força-o a acompanhar a rotação deste campo. Fig. 73 Motor de indução em Corte Fonte: A grande maioria dos motores elétricos são fornecidos com terminais de enrolamento do tipo religáveis, de modo a poderem funcionar em redes de pelo menos duas tensões diferentes. Fig. 74 Caixa de Ligação Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 43

45 Um motor elétrico é acompanhado de uma placa de identificação onde são informadas suas principais características. Outras características precisam ser verificadas junto aos fabricantes através de catálogos ou consultas diretas Características dos motores elétricos trifásicos: As principais características nominais de um motor elétrico está contida em sua placa de identificação: a. ~ 3 : se refere a característica de ser um motor trifásico de corrente alternada b. 250 S/M : o número 250 se refere a carcaça do motor, e é a distância em milímetros medida entre o meio do furo de centro do eixo e a base sobre a qual o motor está afixado; a notação S e M deriva do inglês Short = Curto e Medium = Médio, e se refere a distância entre os furos presentes nos pés do motor. Nos demais modelos pode existir também L de Large = Grande. c. 11/01 : está relacionada com mês e ano de fabricação do motor, neste caso o motor foi fabricado em novembro de d. AY53872 : esta codificação é o número de série do motor composto de 2 letras e cinco algarismos. Esta notação está presente na placa de identificação de todos os motores trifásicos e monofásicos, IP55 fabricados a partir de Janeiro de Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 44

46 e. 60Hz : freqüência da rede de alimentação para o qual o motor foi projetado. f. CAT. N : categoria do motor, ou seja, características de conjugado em relação a velocidade. Existem três categorias definidas em norma (NBR 7094), que são: - CAT. N: se destinam ao acionamento de cargas normais como bombas, máquinas operatrizes e ventiladores. - CAT. H: Usados para cargas que exigem maior conjugado na partida, como peneiras britadores, etc. - CAT. D: Usado em prensas excêntricas, elevadores, etc. g. kw(hp-cv) 75 (100): indica o valor de potência em kw e em CV do motor. h RPM : este valor é chamado de Rotação Nominal (rotações por minuto) ou rotação a plena carga. i. FS 1.00: se refere a um fator que, aplicado a potência nominal, indica a carga permissível que pode ser aplicada continuamente ao motor sob condições específicas, ou seja, uma reserva de potência que dá ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento em condições desfavoráveis. j. ISOL.F : indica o tipo de isolante que foi usado neste motor. As classes de isolamento utilizadas em máquinas elétricas e os respectivos limites de temperatura conforme NBR 7094, são as seguintes: Classe A (105ºC); Classe E (120ºC); Classe B (130ºC); Classe F (155ºC); Classe H (180ºC). Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 45

47 k. IP/IN 8.8: é a relação entre a corrente de partida (IP) e a corrente nominal (IN). Em outras palavras, podemos dizer que a corrente de partida equivale a 8.8 vezes a corrente nominal. l. IP 55: indica o índice de proteção conforme norma NBR O primeiro algarismo se refere a proteção contra a entrada de corpos sólidos e o segundo algarismo contra a entrada de corpos líquidos no interior do motor. m. 220/380/440 V: são as tensões de alimentação deste motor. Possui 12 cabos de saída e pode ser ligado em rede cuja tensão seja 220V (triângulo paralelo), 380V (estrela paralelo) e 440V (triângulo série). A indicação na placa de Y se refere na verdade a tensão de 760V, usada somente durante a partida estrela-triângulo cuja tensão da rede é 440V. n. 245/142/123 A : estes são os valores de corrente referentes respectivamente às tensões de 220/380/440V. o. REG. S1: se refere ao regime de serviço a que o motor será submetido. Para este caso a carga deverá ser constante e o funcionamento contínuo. p. Max.amb.: é o valor máximo de temperatura ambiente para o qual o motor foi projetado. Quando este valor não está expresso na placa de identificação devemos entender que este valor é de 40ºC. q. ALT.: indica o valor máximo de altitude para o qual o motor foi projetado. Quando este valor não estiver expresso na placa de identificação devemos entender que este valor é de 1000 metros. r. REND.% = 92,5% : indica o valor de rendimento. Seu valor é influenciado pela parcela de energia elétrica transformada em energia mecânica. O rendimento varia com a carga a que o motor está submetido. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 46

48 s. COS = 0.87 : indica o valor de fator de potência do motor, ou seja, a relação entre a potência ativa (kw) e a potência aparente(kva). O motor elétrico absorve energia ativa (que produz potência útil) e energia reativa (necessária para a magnetização do bobinado) Tensão de Funcionamento A grande maioria dos motores elétricos são fornecidos com os terminais religáveis, de modo que possam funcionar ao menos em dois tipos de tensões. A seguir os principais tipos de religações são: Ligação estrela-triângulo Este tipo de ligação exige seis terminais do motor, e serve para quaisquer tensões nominais duplas, desde que a segunda seja igual à primeira multiplicada por 3.(Exemplos: 220/380 V - 380/660 V - 440/760 V) Nota:. Nos exemplos 380/660 V e 440/760 V a tensão maior declarada serve somente para indicar que o motor pode ser ligado em estrela-triângulo, pois não existem redes de alimentação nesses valores. Fig. 75 Bobinas e ligações de um motor trifásico de seis Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 47

49 Fig. 76 Placa de Ligação Ligação série-paralelo Os motores de doze terminais não possuem ligações internas entre bobinas, o que possibilita os quatro tipos de religação externamente no motor. As possíveis são 220, 380, 440 e 760*V (*somente para partida). Fig. 77 Bobinas e ligações de um motor trifásico de doze Fig. 78 Placa de Ligação Correntes no Motor Trifásico O motor trifásico é um consumidor de carga elétrica equilibrada. Isto significa que todas as suas bobinas são iguais, ou seja, têm a mesma potência, são para Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 48

50 mesma tensão e, conseqüentemente, consomem a mesma corrente. Logo, as correntes medidas nas três fases sempre terão o mesmo valor. Internamente as correntes nas bobinas de um mesmo motor sempre serão iguais, independentemente para qual tensão este for conectado. Já na rede (externamente, nos terminais de alimentação) os valores serão diferentes para cada tensão. Fig. 79 Comportamento da corrente nas ligações estrela e triângulo Corrente nominal (In) A corrente nominal é lida na placa de identificação do motor, ou seja, aquela que o motor absorve da rede quando funcionando à potência nominal, sob tensão e freqüência nominais. Quando houver mais de um valor na placa de identificação, cada um refere-se a tensão ou a velocidade diferente Corrente de partida (Ip/In) Os motores elétricos solicitam da rede de alimentação, durante a partida, uma corrente de valor elevado, da ordem de 6 a 10 vezes a corrente nominal. Este valor depende das características construtivas do motor e não da carga acionada. A carga influencia apenas no tempo durante o qual a corrente de acionamento circula no motor e na rede de alimentação (tempo de aceleração do motor). A corrente é representada na placa de identificação pela sigla Ip/In (corrente de partida / corrente nominal). Atenção: Não se deve confundir com a sigla IP, que significa grau de proteção. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 49

51 Rotação do Motor Trifásico Invertendo a rotação Em qualquer motor trifásico, a inversão do sentido de rotação é feita trocandose na alimentação duas fases quaisquer entre si (uma permanece inalterada) Determinando a rotação (rpm) A rotação de um motor elétrico trifásico (rotor tipo gaiola) é determinada pelo número de pólos do motor e pela freqüência da rede elétrica. A tensão elétrica não influencia na rotação (a menos que se aplique tensão muito inferior à nominal, o que refletirá na potência e no torque do motor, neste caso podendo até queimá-lo). Atenção: A quantidade de pólos de um motor é por fase Velocidade síncrona (n s ) É a velocidade do campo magnético girante formado internamente no motor. Através dela pode-se saber o valor da rotação do motor. medida no eixo do motor. Em síntese, é a verdadeira rotação do motor, descontado- A equação que determina a rpm (rotações por minuto) é: n s = 2 60 f Onde: ns = velocidade síncrona em rpm f = freqüência da rede em Hz 2p = número de pólos Velocidade assíncrona (n) Um pouco inferior à velocidade síncrona, a velocidade assíncrona é a rotação Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 50

52 se as perdas; daí o nome de motor assíncrono (em português assíncrono significa fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo magnético e a do eixo do motor). O valor lido na placa dos motores, portanto valor nominal, é o valor da velocidade assíncrona Escorregamento (s) É a diferença entre a velocidade do campo magnético (velocidade síncrona) e a rotação do motor, sendo também chamado de deslizamento. O escorregamento de um motor normalmente varia em função da carga: quando a carga for zero (motor em vazio) o escorregamento será praticamente nulo; quando for a nominal, o escorregamento também será o nominal. O escorregamento pode ser dado em rpm ou em %. Na placa de identificação geralmente é informada a rpm nominal (a plena carga) e não o escorregamento do motor, havendo necessidade de calculá-lo caso interesse. S (rpm) = n s - n S (%) = n s - n x 100 n s n s Rendimento (η) A energia elétrica absorvida da rede por um motor elétrico é transformada em energia mecânica disponível no eixo. A potência ativa fornecida pela rede não será cedida na totalidade como sendo potência mecânica no eixo do motor. A potência cedida sofre uma diminuição relativa as perdas que ocorrem no motor. O rendimento define a eficiência desta transformação sendo expresso por um número (<1) ou em percentagem. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 51

53 Potência elétrica em circuito em corrente alternada monofásicos Obs.: U: Tensão fase-neutro Potência Aparente (S) É a potência que aparentemente realiza trabalho elétrico em circuitos de corrente alternada. Ela é obtida através do produto da tensão pela corrente, indicada em volt-ampère (VA). S = U. I (VA) Para consumidores indutivos e capacitivos. Resultado em Volt-Ampère Para consumidores resistivos o resultado deve ser em Watts Potência Ativa ou Efetiva (P) É a potência que realiza em trabalho elétrico real, parte da potência aparente que o componente consome e transforma em outra forma de energia. É indicada em watts (W). P = U. I cos ( W) Potência Reativa (Q) É a potência alternada necessária para produzir campos eletromagnéticos, em motores elétricos, transformadores, etc. Ela é indispensável para o funcionamento de todos os equipamentos consumidores indutivos, mas não pode, como a potência ativa, ser transformada em qualquer energia útil. Podemos indicar a potência reativa em volt-ampère-reativo (var). Q = U. I sen (var) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 52

54 Potência em circuitos trifásicos A potência nos circuitos trifásicos é calculada de forma similar ao circuito monofásico, acrescentando-se o fator do sistema trifásico 3 = 1,732 Ou seja: Potência aparente Pa ou S = U FF. I. 3 (VA) Potência efetiva Pe ou P = U FF. I. cos 3 (W) Potência reativa Pr ou Q = U FF. I. sen 3 (var) Fator de Serviço Fator de serviço é um multiplicador que, quando aplicado à potência nominal do motor elétrico, indica a carga que pode ser acionada continuamente sob tensão e freqüência nominais e com limite de elevação de temperatura do enrolamento. Os valores de rendimento (η), fator de potência (FP) e velocidade podem diferir dos valores nominais, mas o conjugado, a corrente de rotor bloqueado e o conjugado máximo (Cmáx) permanecem inalterados. A utilização do fator de serviço implica uma vida útil inferior àquela do motor com carga nominal. O fator de serviço não deve ser confundido com a capacidade de sobrecarga momentânea que o motor pode suportar Regime de Serviço Cada tipo de máquina exige uma condição de carga diferente do motor. Um ventilador ou uma bomba centrífuga, por exemplo, solicita carga contínua, enquanto uma prensa puncionadora, um guindaste ou uma ponte rolante solicita carga alternada (intermitente). O regime de serviço define a regularidade da carga a que o motor é submetido. A escolha do tipo do motor deve ser feita pelo fabricante da máquina a ser acionada, comprando o motor mais adequado a seu caso. Quando os regimes Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 53

55 padrões não se enquadram exatamente com o perfil da máquina, deve escolher um motor para condições no mínimo mais exigentes que a necessária. Os regimes padronizados estão definidos a seguir: Regime contínuo (S1) Regime de tempo limitado (S2) Regime intermitente periódico (S3) Regime intermitente periódico com partidas (S4) Regime intermitente periódico com frenagem elétrica (S5); Regime de funcionamento contínuo com carga intermitente (S6) Regime de funcionamento contínuo com frenagem elétrica (S7); Regime de funcionamento contínuo com mudança periódica na relação Carga/velocidade de rotação (S8); Regimes especiais. Nas placas dos motores consta seu tipo de regime (Sx). Alguns regimes são acompanhados de dados suplementares (Exemplo: S2 60 minutos) Classe de Isolamento É a determinação da temperatura máxima de trabalho que o motor pode suportar continuamente sem ter prejuízos em sua vida útil. A classe de cada motor é em função de suas características construtivas. As classes de isolamento padronizadas para máquinas elétricas são: Classe A C; Classe E C; Classe B C; Classe F C; Classe H C. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 54

56 Grau de Proteção (IP) É a indicação das características física dos equipamentos elétricos, referenciando-se a permissão da entrada de corpos estranhos para seu interior. A NBR 6146 define o grau de proteção dos equipamentos elétricos por meio das letras características IP seguidas por dois algarismos que representam: Tabela Nº 02 1º Algarismo Indica o Grau de Proteção contra penetração de corpos sólidos estranho e contatos acidentais. Tabela Nº 03 2º Algarismo Indica o Grau de Proteção contra penetração de água no interior do motor Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 55

57 Tabela Nº 04 Graus de Proteção Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 56

58 Categoria Um motor elétrico não apresenta o mesmo conjugado para diferentes rotações. À medida que vai acelerando, o valor do conjugado altera, adquirindo valores que vão depender das características de construção do motor (normalmente do formato do rotor). A variação do conjugado não é linear e não existe relação de proporcionalidade com a rotação. Existem três categorias de conjugados definidos por norma que determinam a relação do conjugado com a velocidade e a corrente de partida dos motores trifásicos, sendo cada uma adequada a um tipo de carga. Categoria N - conjugado de partida normal, corrente de partida normal, baixo escorregamento. A maior parte dos motores encontrados no mercado pertencem a esta categoria, e são indicados para o acionamento de cargas normais como bombas e máquinas operatrizes. Categoria H - conjugado de partida alto, corrente de partida normal, baixo escorregamento. Empregado em máquinas que exigem maior conjugado na partida como peneiras, transportadores carregadores, cargas de alta inércia e outros. Categoria D - conjugado de partida alto, corrente de partida normal, alto escorregamento (superior a 5%). Usado em prensas concêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos, em elevadores e cargas que necessitem de conjugados de partida muito altos e corrente de partida limitada. Fig. 80 Curvas de Conjugado Velocidade (%) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 57

59 2.4 - Transformadores O transformador é uma máquina elétrica estática que transfere energia de um circuito elétrico a outro, o transformador toma parte nos sistemas de potência para ajustar a tensão de saída de um estágio do sistema à tensão da entrada do seguinte. O transformador, nos sistemas elétricos e eletromecânicos, poderá assumir outras funções tais como isolar eletricamente os circuitos entre si, ajustar a impedância do estágio seguinte a do anterior, ou, simplesmente, todas estas finalidades citadas. A transformação da tensão (e da corrente) é obtida graças a um fenômeno chamado indução eletromagnética. Fig. 81 Transformador de Distribuição Fonte: Divisão dos Transformadores quanto à Finalidade a) Transformadores de corrente b) Transformadores de potencial c) Transformadores de distribuição d) Transformadores de força Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 58

60 Divisão dos Transformadores quanto aos Enrolamentos a) Transformadores de dois ou mais enrolamentos b) Autotransformadores Divisão dos Transformadores quanto aos Tipos Construtivos a) Quanto ao material do núcleo: com núcleo ferromagnético; com núcleo de ar. b) Quanto ao número de fases: monofásico; polifásico (principalmente o trifásico). c) Quanto à maneira de dissipação de calor: parte ativa imersa em líquido isolante (transformador imerso); parte ativa envolta pelo ar ambiente (transformador a seco) Como Funciona o Transformador O fenômeno da transformação é baseado no efeito da indução mútua. U 1 U 2 N 1 Primário N 2 Secundário U 2 N 2 Fig. 82 Transformador elementar Secundário Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 59

61 Primário 900 espiras secundário 1800 espiras Equipamentos Industriais Elétricos onde: U1 = tensão aplicada na entrada (primária) N1 = número de espiras do primário N2 = número de espiras do secundário U2 = tensão de saída (secundário) Se aplicarmos uma tensão U1 alternada ao primário, circulará por este enrolamento uma corrente I1 alternada que por sua vez dará condições ao surgimento de um fluxo magnético também alternado. A maior parte deste fluxo ficará confinada ao núcleo, uma vez que é este o caminho de menor relutância. Este fluxo originará uma força eletromotriz (f.e.m.) E 1 no primário e E 2 no secundário, proporcionais ao número de espiras dos respectivos enrolamentos, segundo a relação: onde: a = razão de transformação ou relação entre espiras. FONTE CARGA Fig Transformador elementar As tensões de entrada e saída U1 e U 2 diferem muito pouco das f.e.m. induzidas E1 e E2 e para fins práticos podemos considerar: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 60

62 Podemos também provar que as correntes obedecem à seguinte relação: ou onde: l 1 = corrente no primário l 2 = corrente no secundário Quando a tensão do primário U1 é superior a do secundário U2, temos um transformador abaixador (step down). Caso contrário, terá um transformador elevador de tensão (step up). Para o transformador abaixador, a > 1 e para o elevador de tensão, a < 1. Cabe ainda fazer notar que sendo o fluxo magnético proveniente de corrente alternada, este também será alternado, tornando-se um fenômeno reversível, ou seja, podemos aplicar uma tensão em qualquer um dos enrolamentos que teremos a f.e.m. no outro. Baseando-se neste princípio, qualquer dos enrolamentos poderá ser o primário ou secundário. Chama-se de primário o enrolamento que recebe a energia e secundário o enrolamento que alimenta a carga Potência Nominal de um Transformador Entende-se por potência nominal de um transformador, o valor convencional de potência aparente. Serve de base ao projeto, aos ensaios e às garantias do fabricante e determina o valor da corrente nominal que circula, sob tensão nominal, nas condições especificadas na respectiva norma Transformadores Trifásicos A potência nominal de um transformador trifásico é a potência aparente definida pela expressão: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 61

63 Transformadores Monofásicos definida A potência nominal de um transformador monofásico é a potência aparente pela expressão: Potências Nominais Normalizadas As potências nominais em kva, normalizadas pela ABNT (NBR 5440), dos transformadores de distribuição para instalação em postes e plataformas, são as seguintes: a) transformadores monofásicos para instalação em postes: 5, 10, 15, 25, 37.5, 50, 75 e 100kVA; b) transformadores trifásicos para instalação em postes 15, 30, 45, 75, e 150kVA; c) transformadores trifásicos para instalação em postes ou plataformas: 225 e 300kVA. As potências nominais em kva, normalizadas pela ABNT (NBR e NBR 9369), para transformadores de potência, são as seguintes: 225, 300, 500, 750, 1.000, 1.500, 2.000, 2.500, 3.000, 3.750, 5.000, 7.500, , , , Os transformadores com potências superiores a 40MVA não são normalizados, e dependem da solicitação do cliente Transformador para uso industrial Em uma indústria poderemos ter três ou até quatro níveis de tensão: a) Subestações de entrada: Primário - 72,5kV - 138kV ou 230kV; Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 62

64 Secundário - 36,2kV - 24,2kV ou 13,8kV. b) Subestações de distribuição: Primário - 36,2kV - 24,2kV ou 13,8kV; Secundário - 440/254V, 380/220V ou 220/127V. Quando a potência dos transformadores for superior a 3MVA não se recomenda baixar a tensão diretamente para tensão de uso, pois os mesmos tornam-se muito caros devido às altas correntes. Recomenda-se baixar para uma média tensão, ou seja, 6,9kV, 4,16kV ou 2,4kV e, próximo aos centros de carga rebaixar novamente para as tensões de uso. A escolha da tensão do secundário depende de vários fatores. Dentre eles destacamos: a) econômicos, a tensão de 380/220V requer seções menores dos condutores para uma mesma potência; b) segurança, a tensão de 220/127V é mais segura com relação a contatos acidentais. De uma forma geral, podemos dizer que para instalações onde equipamentos como motores, bombas, máquinas de solda e outras máquinas constituem a maioria da carga, deve-se usar 380/220 V e para instalações de iluminação e força de residências deve-se adotar 220/127 V. Na NBR 5440 da ABNT encontramos a padronização das tensões primárias e secundárias Identificação dos Terminais Junto aos terminais (buchas) encontramos uma identificação, pintada, ou marcada em baixo relevo na chapa do tanque, constituída de uma letra e um algarismo. As letras poderão ser duas, H ou X. Os terminais marcados em H são os de alta Fig. 83a Transformador Trifásico (identificação) Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 63

65 tensão e os marcados com X são de baixa tensão. Os algarismos poderão ser 0, 1, 2 e 3 correspondendo, respectivamente, ao terminal de neutro e ao das fases, 1, 2 e 3. Portanto, as combinações possíveis são H0, H1, H2, H3 e X0, X1, X2 X3. A disposição dos terminais no tanque é normalizada, de tal forma, que se olharmos o transformador pelo lado de baixa tensão, encontraremos mais a esquerda um terminal X acompanhado de menor algarismo daqueles que identificam este enrolamento (por exemplo: X0 ou X1). Consequentemente, ao olharmos o transformador pelo lado da alta tensão, encontraremos o terminal H1 mais a direita. Fig. 83b Transformador Trifásico (identificação) Formas Construtivas Quanto ao número de fases Somente os transformadores de força e de distribuição podem ser construídos quanto ao número de fases. De acordo com a característica da carga que irá alimentá-lo, temos os seguintes tipos. a) Transformadores Monobuchas São aqueles construídos para serem instalados em sistemas de distribuição rural caracterizados por monofilar com retorno por terra MRT. São transformadores com somente uma bucha no primário e uma bucha no secundário. Apresentam baixo custo e tem potência nominal, geralmente, não superior a 15 kva. Operam com o terminal primário ligado a fase e o outro ligado a terra. Fig. 83c Transformador monobucha Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 64

66 b) Transformadores Bifásicos São aqueles construídos para operam individualmente em redes de distribuição rural, ou em formação de bancos de transformação, em poste ou em cabines. Fig. 83d Transformador Bifásico b) Transformadores Trifásicos São os mais empregados, tanto nos sistemas de distribuição e transmissão de energia elétrica das concessionárias como no atendimento a cargas industriais Quanto ao meio isolante Fig. 83e Transformador Trifásico Fonte: Os transformadores são classificados quanto ao meio isolante em dois grandes grupos: transformadores em liquido isolante e transformadores a seco. a) Transformadores em liquido isolante São de emprego generalizado em sistemas de distribuição e força e em plantas industriais comuns. Fig. 83e Transformador a óleo Os tipos de líquidos utilizados em transformadores são: Óleo mineral Silicone b) Transformadores a seco Fig. 83e Transformador a seco São de emprego bastante especifico por tratarse de um equipamento de custo bastante elevado, comparativamente aos transformadores em liquido isolante. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 65

67 São empregados mais especificamente em instalações onde os perigos de incêndio são iminentes, tais como: refinaria de petróleo, indústrias petroquímicas, grandes centros comerciais, em que a norma da concessionária local proíbe o uso de transformadores a óleo mineral, etc Transformadores de Corrente Os transformadores de corrente são equipamentos que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcionarem adequadamente sem que seja necessário possuírem correntes nominais de acordo com a corrente de carga do circuito ao qual estão ligados. Fig. 84a Transformador de corrente Fonte: Na sua forma mais simples eles possuem um primário, geralmente de poucas espiras, e um secundário, no qual a corrente nominal transformada é, na maioria dos casos, igual a 5 A. Os transformadores de corrente (TC s) são utilizados para suprir aparelhos que apresentam baixa resistência elétrica, tais como: Amperímetros, relés, medidores de energia, de potência, etc. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 66

68 A corrente primária a ser medida, circulando nos enrolamentos primários, cria um fluxo magnético alternado que faz induzir as forças eletromotizes E P e E S, respectivamente, no enrolamento primário e secundário. Desta forma, se nos terminais primários de um TC, cuja relação de transformação nominal é de 20, circular uma corrente de 100 A, obtém-se no secundário a corrente de 5 A, ou seja: 10/20 = 5 A Características construtivas de um TC Os transformadores de corrente (TC s) podem ser construídos de diferentes formas e para diferentes usos, ou seja: a) Transformadores de corrente tipo Barra É aquele cujo enrolamento primário é constituído por uma barra fixada através do núcleo do transformador. Fig. 84b TC tipo Barra Fonte: Fig. 84b TC tipo Barra Fonte: b) Transformadores de corrente tipo Enrolado É aquele cujo enrolamento primário é constituído por uma ou mais espiras envolvendo o núcleo do transformador. Fig. 84c TC tipo Enrolado Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 67

69 c) Transformadores de corrente tipo Janela É aquele que não possui um enrolamento primário fixo no transformador e é constituído de uma abertura através do núcleo, por onde passa o condutor que forma o circuito primário. Fig. 84d TC tipo Janela Fonte: Transformadores de Potencial Os transformadores de potencial são equipamentos que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcionarem adequadamente sem que seja necessário possuir tensão de isolamento de acordo com a da rede a qual estão ligados. Os transformadores de potencial são equipamentos utilizados para suprir aparelhos que apresentam impedância, tais como voltímetros, relés Fig. 84e Transformador de Potencial Fonte: de tensão, bobinas de tensão de medidores de energia, etc. São empregos indistintamente nos sistemas de proteção e medição de energia elétrica Autotransformador É um equipamento destinado a elevar ou reduzir a tensão, de modo semelhante a um transformador de potência, e que possui parte dos enrolamentos primários comuns aos enrolamentos secundários Fig. 84f Autotransformador Fonte: Os autotransformadores podem ser monofásicos ou trifásicos. O autotransformador trifásico é formado pela composição de três autotransformadores monofásicos. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 68

70 Nos autotransformadores, parte da potência é transferida do primário para o secundário por condução e a outra por ação de transformação eletromagnética. 2.5 Geradores de Corrente Alternada e Corrente Contínua Gerador Elementar Histórico O gerador elementar foi inventado na Inglaterra em 1831 por MICHAEL FARADAY, e nos Estados Unidos, mais ou menos na mesma época, por JOSEPH HENRY. Este gerador consistia basicamente de um imã que se movimentava dentro de uma espira, ou vice-versa, provocando o aparecimento de uma f.e.m. registrado num galvanômetro. Anéis Fig. 85 Gerador Elementar Escova Carga Armadura Pólos O gerador elementar consiste de uma espira de fio disposta de tal modo que pode ser girada em um campo magnético estacionário. Este movimento causa a indução de corrente na espira. Para ligar a espira a um circuito externo que aproveite a f.e.m. induzida, são usados contatos deslizantes. Os pólos norte e sul do imã que proprociona o campo magnético são peças polares. A espira de fio que gira dentro do campo é chamada de armadura ou induzido. As extremidades da espira são ligadas aos anéis coletores, que giram com a armadura. As escovas fazem contato Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 69

71 com os anéis coletores e transferem para o circuito externo a eletricidade gerada na armadura. A medida que os lados da espira cortam as linhas de força do campo, eles geram uma f.e.m. que produz uma corrente através da espira, anéis coletores, escovas e resistor de carga. A f.e.m. induzida que é gerada na espira, e, portanto a corrente produzida, depende da posição da espira em relação ao campo magnético Definições Geradores são máquinas destinadas a transformar energia mecânica em energia elétrica. Toda a energia consumida nas indústrias, residências, cidades, etc., são proveniente de geradores. Fig. 85a Gerador Fonte: Tipos de acionamentos A - Grupos Diesel ou Gás São geradores acionados por Motores Diesel ou a Gas. Potencia: 12.5 a 4000 kva Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 70

72 Rotação: 1800 rpm (IV pólos), 1200rpm (VI pólos) ou 900rpm (VIII pólos) Tensão: 220 a 13800V - 50 e 60Hz. B - Hidrogeradores São geradores acionados por Turbinas Hidráulicas. Potência: 500 a kva Rotação: 1800 rpm ou abaixo (IV ou mais pólos) Tensão: 220 a V 50 e 60Hz C - Turbogeradores São geradores acionados por Turbinas a Vapor. Potência: 500 a kva Rotação: 1800rpm (IV pólos) Tensão: 220 a V 50 e 60 Hz D Eólicos São geradores acionados por turbinas a vento. Potência: até kva Rotação, tensão e frequência sob consulta Geração de uma Corrente Alternada Os alternadores, fontes geradores de CA são máquinas rotativas; por analogia a elas, o ciclo é dividido em 360º, representando uma circunferência retificadora. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 71

73 Os valores instantâneos da corrente, ou da tensão, durante um ciclo, podem ser representados pelas projeções do raio de um circulo, em suas diversas posições. Posição 0 Posição 90 Posição 180 Posição 270 Posição 360 Fig. 85b, 85c, 85d, 85e e 85f Gerador Elementar Formação de uma Corrente Alternada Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 72

74 Os valores máximos da corrente e da tensão durante um ciclo podem ou não coincidir. Quando coincidem diz-se que ambas estão em fase. Se não coincidem, estão defasadas. A diferença em graus, entre os instantes em que ocorrem os valores máximos da corrente e da tensão chama-se ângulo de fase. A corrente alternada, passando através de um resistor estará em fase com a tensão, isto é, o ângulo da fase é nulo ( = 0º). A este fato dá-se o nome de efeito resistivo ou ôhmico puro. Fig. 86 Circuito resistivo Quando se tem um circuito indutivo ligado a rede de corrente alternada, a indutância provoca um atraso de 90º no inicio do ciclo da corrente elétrica (I). Com relação ao inicio do ciclo da tensão (E). Tensão Corrente Fig. 86a Circuito Indutivo Quando se tem um circuito capacitivo ligado a rede de corrente alternada, a capacitância faz com que a corrente elétrica (I). Adiante o inicio do seu ciclo em 90º em relação ao inicio do ciclo da tensão (E). Tensão Corrente Fig. 86b Circuito Capacitivo Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 73

75 2.5.5 Partes de um Gerador Fig. 86d Partes integrantes do gerador WEG Linha G (modelo GTA250). Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 74

76 2.5.6 Principais Aplicações de Geradores Devido a sua simplicidade na instalação e manutenção, os geradores são muito utilizados como pequenos centros de geração de energia, principalmente no interior, onde as redes de distribuição de energia elétrica ainda não estão presentes ou tem pouca confiabilidade, por exemplo, em fazendas, vilarejos, unidades repetidoras de telecomunicações, etc. São utilizados também como No-Break (fornecimento sem interrupção ou de emergência) em hospitais, centrais de computação, centros de comandos de sistemas, telecomunicações, aeroportos, etc. Muito utilizados em aplicações industriais para geração de emergência, cogeracão, horário de ponta e também em embarcações, para suprimento de toda a energia elétrica necessária aos equipamentos. Outra aplicação típica e o uso de geradores agrupados a motores elétricos para a transformação e freqüência ou tensão em conversores rotativos. Como se pode ver, o campo para aplicação dos geradores é bastante amplo Alternativas de Geração Fig. 87 Alternativas de Geração Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 75

77 Princípio de Funcionamento de um Gerador A auto-excitação inicia-se pela tensão residual no estator e bobina auxiliar do gerador que é garantida pelos imãs permanentes inseridos nos pólos do estator da excitatriz principal. O valor da tensão residual varia de gerador para gerador. A bobina auxiliar é responsável pelo fornecimento de potência para o regulador de tensão, independentemente da tensão dos bornes do gerador ou de variações de carga que possam ocorrer. O regulador de tensão, alimentado pela bobina auxiliar, fornece potência para a excitatriz principal da máquina. Faz a comparação entre um valor teórico e a tensão de referência, com isso controla a excitação do gerador mantendo a tensão no valor desejado. Fig. 88 Gerador Modelo GTA com Bobina Auxiliar (Padrão) Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 76

78 CAPÍTULO 3 - ELEMENTOS DE COMANDO E PROTEÇÃO Objetivo Ao estudar este capítulo você estará apto para: Identificar e utilizar os principais componentes de acionamento, sinalização e proteção de um Sistema de acionamento de máquinas elétricas. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 77

79 3.1 Seccionadores Fig. 90 Botões Fonte: São dispositivos de manobra, destinados a estabelecer ou interromper os circuitos elétricos. Os seccionadores podem, dependendo do tipo, ser manobrados com ou sem carga em funcionamento. Fig. 91 Chaves Seccionadoras Fonte: Dados Construtivos As seccionadoras possuem características técnicas alinhadas aos requisitos da norma NBR IEC 60947:98 (Dispositivos de manobra e comando de baixa tensão). Estas seccionadoras são principalmente utilizadas como liga-desliga para motores e painéis industriais, chaves de transferência, chaves de segurança e chaves gerais, Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 78

80 de segurança e emergência em sistemas de distribuição com excelente capacidade de comutação. Algumas seccionadoras possuem um alto grau de proteção em todos os sentidos nos terminais, durante sua manobra (abertura ou fechamento) e mesmo com a tampa frontal aberta ou removida ainda mantêm um grau de proteção IP20. Já no caso da seccionadora estar fechada (condição energizada) o grau de proteção em todos os casos é IP30, mesmo quando é realizado o teste de tensão nos orifícios da tampa da seccionadora. Os seccionadores-fusíveis sob carga são utilizados para manobra e proteção de circuitos tripolares, permitindo um seccionamento seguro mesmo quando a carga estiver conectada Fig. 92 Chave Seccionadora Fonte: Disjuntores Denominam-se disjuntores os dispositivos de manobra e proteção, capazes de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito e/ou sobrecarga. Os disjuntores denominados térmicos possuem um dispositivo de interrupção da corrente constituído por lâminas de metais de coeficientes de dilatação térmica diferentes (latão e aço), soldados. A dilatação desigual das lâminas, por efeito do aquecimento, Fig. 93 Disjuntor_aberto_ABW_G Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 79

81 provocado por uma corrente de sobrecarga moderada de longa duração, faz interromper a passagem da corrente no circuito, porque a dilatação desigual das lâminas determina que as mesmas se curvem e desliguem o dispositivo. Esses dispositivos bimetálicos são relés térmicos e, em certos tipos de disjuntores, são ajustáveis em função da temperatura ambiente. Fig. 94 Lâminas Bimetálicas Além dos relés bimetálicos, muitos disjuntores são providos de relés eletromagnéticos (bobinas de abertura), que atuam mecanicamente, desligando o disjuntor quando a corrente é intensa e de curta duração (relés de máxima). Desarmam, também, quando ocorre um curto-circuito em uma ou nas três fases. Os tipos que possuem bobina de mínima desarmam quando falta tensão em uma das fases. A figura mostra como atua o elemento térmico bimetálico. Quando ocorre um aumento de Fig. 95 intensidade da corrente, o elemento bimetálico (1) se desloca, provocando o desarmamento da peça (2), a qual recebe a ação de uma mola. Este tipo de disjuntor é ideal para proteção contra sobrecarga. O disjuntor representado esquematicamente a seguir é do tipo eletromagnético. Fig. 96 Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 80

82 Disjuntor com proteção eletromagnética apenas Quando uma corrente de determinada intensidade percorre a bobina (1), a haste (2) é atraída; a peça (3) destrava a alavanca (4), que, pela ação de uma mola, desliga o contato (5). Este tipo de disjuntor é ideal para proteção contra curto-circuito. A figura seguinte representa um disjuntor com proteção térmica e eletromagnética. Fig. 97 Este tipo de disjuntor é ideal para proteção contra sobrecarga e curto-circuito. Os tipos de disjuntor usados na proteção de circuitos de baixa tensão são os disjuntores em caixa moldada (caixa suporte de material isolante). Para a proteção de circuitos de iluminação e tomadas são usados os disjuntores em caixa moldada monofásicos. A combinação da bobina magnética, arco guia e a Fig Disjuntor em caixa Moldada Fonte: câmara de extinção de arco garantem rapidez no desarme, alta capacidade de ruptura, alta seletividade e durabilidade do disjuntor Disjuntor Motor (Disjuntor Industrial) Dispositivo de manobra mecânico utilizado para comandar motores elétricos. Com características comuns aos disjuntores residenciais, apresenta a particularidade de possuir valor de corrente ajustável à carga a ser protegida. Outro fator de diferenciação é a capacidade de suportar transientes de carga, mais especificamente os picos de corrente ocasionados pelas partidas dos motores elétricos. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 81

83 Fig. 99 Disjuntor Motor - Fonte: Relés de Subtensão e Sobrecorrente Muitos disjuntores, além dos elementos térmicos e eletromagnéticos, podem ter como acessórios bobina de mínima tensão (também chamada, relé de subtensão), que numa falta ou queda de tensão interrompe a passagem de Fig Relé de mínima tensão corrente, não danificando os equipamentos (no caso um motor trifásico ligado à rede de alimentação) quando há uma queda de energia na linha ou até mesmo a falta. O relé (eletroímã) (1) mantém a peça (2) travando a peça (3), fechando o circuito. A mola (4) não tem condições de fazer baixar a peça (2). Faltando tensão, o eletroímã (1) não funciona, e amola (4) desloca a peça (2). Com isto, a barra (3) é destravada e, acionada pela mola (5), desarmando as três fases da chave, e esta só poderá ser rearmada manualmente. Assim, há certeza de que o motor não voltará a funcionar quando a tensão se restabelecer. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 82

84 Disjuntor Motor monitorado por Relé de Subtensão: Relé de Subtensão O relé de Subtensão funciona pelo princípio do eletromagnetismo, isto é, ao utilizarmos o relé de subtensão enquanto o mesmo permanecer energizado e com tensão mínima dentro da faixa definida pelo fabricante, manterá travada a retenção mecânica dos contatos.quando cortada a alimentação, por meio de um elemento interruptor ou tensão inferior a mínima definida pelo fabricante, haverá o destravamento dos contatos dos disjuntor e, conseqüentemente, a abertura do circuito entre a rede e a carga. Fig Relé de subtensão Disjuntor Motor monitorado por Relé de Impulso: Relé de Impulso Em condições normais de funcionamento o relé de Impulso permanece desenergizado, isto é, manterá destravada a retenção mecânica dos contatos. Quando a alimentação for estabelecida, por meio de um elemento pulsador (botão de impulsão), haverá o destravamento dos contatos dos disjuntor e, conseqüentemente, a abertura do circuito entre a rede e a carga. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 83

85 Fig Relé de Impulso Fusíveis Definição São dispositivos constituídos por um material condutor, chamado de elo de fusão envolto por um corpo de material isolante e, ligado a dois contatos, que facilitam sua conexão com os componentes das instalações elétricas. A função dos fusíveis é proteger as instalações elétricas contra os efeitos dos curtos-circuitos ou sobrecargas de longa duração. Basicamente, os fusíveis são compostos dos seguintes elementos: 1. CONTATOS 2. CORPO ISOLANTE 3. ELO DE FUSÃO (ou Elo Fusível) Fig. 103 Fusível Fonte: Características dos Fusíveis Fusíveis de ação Rápida ou Normal Nos fusíveis de ação rápida ou normal a fusão do elo ocorre após alguns segundos, quando estes recebem uma sobrecarga de curta ou longa duração. São próprios para protegerem circuitos com cargas resistivas (lâmpadas incandescentes e resistores em geral). Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 84

86 Exemplo: Na instalação de um forno elétrico (carga resistivas) a corrente elétrica se mantém constante após o início de seu funcionamento. Em caso de uma sobrecarga qualquer (de curta ou longa duração) provocará a queima do elo fusível, após alguns segundos. Por isso, as cargas resistivas exigem fusíveis de ação rápida ou normal. Estes fusíveis podem ser de elos de fios com seção constante ou de lâminas com seção reduzidas por janelas Fusíveis de ação Ultra-Rápida Nos fusíveis de ação ultra-rápida a fusão do elo é imediata, quando recebem uma sobrecarga, mesmo sendo de curta duração. São próprios para protegerem circuitos com cargas eletrônicas, quando os dispositivos são a semicondutores. Exemplo: Na instalação de uma máquina elétrica que tenha algum dispositivo eletrônico com semicondutores (Tiristores, Diodos e etc.), a corrente também se mantém constante após o início de seu funcionamento; mas estes dispositivos eletrônicos são tão delicados, que qualquer sobrecarga por menor que seja, pode provocar a sua queima. Por isso, tipo de circuito com carga eletrônica exige para sua proteção, fusíveis de ação muito mais rápida, ou seja, fusíveis de ação ultra-rápida. Os fusíveis de ação ultra-rápida, também podem ser de elos de fios com seção constante ou de lâminas, com seção reduzida por janelas. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 85

87 Fusíveis de ação Retardada A ação retardada ocorre onde a sobrecarga de curta duração não deve provocar a fusão do elo. A fusão do elo, na ação retardada só acontece, quando houver sobrecargas de longa duração ou curto-circuito. São próprios para protegerem circuitos com cargas indutivas e/ou capacitivas (motores, transformadores, capacitores e indutores em geral). Exemplo Fig. 104 Fusíveis de ação retardada Fonte: Na instalação de motores, transformadores e capacitores, a corrente elétrica não se mantém constante no início do seu funcionamento, ou seja, a corrente ultrapassa seu valor nominal por alguns segundos, dando a impressão de uma sobrecarga de curta duração e, (isto não deve provocar a queima do elo fusível) logo em seguida, a corrente diminui até seu valor nominal. Em caso de uma sobrecarga de longa duração, provocará a queima do elo fusível. Por isso, as cargas indutivas e/ou capacitivas exigem fusíveis de ação mais lenta, ou seja, fusíveis de ação retardada. Os fusíveis de ação retardada têm seus elos de lâmina com seção reduzida por janelas e com acréscimo de massa no centro. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 86

88 Características Elétricas Corrente Nominal A corrente nominal é uma característica relacionada com o elo do fusível e, especifica o maior valor da corrente que o fusível suporta, continuamente, sem se aquecer em excesso e sem se queimar. A corrente nominal de um fusível é de acordo com a corrente de carga. A corrente nominal dos fusíveis, geralmente, vem escrita no corpo isolante. Como símbolo da corrente nominal usamos In. Fig. 105 Fusíveis Corrente Fonte: Tensão Nominal A tensão nominal é uma característica relacionada com o corpo isolante e especificamente o valor da máxima tensão de isolamento do fusível. Um fusível, com tensão nominal de 500V, pode ser instalado em um circuito, cuja tensão não seja superior a este valor, pois o corpo isolante deste fusível pode deixar de ser isolante, para valores acima de 500V. Fig. 106 Fusível Diazed Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 87

89 A tensão nominal dos fusíveis também vem escrita, sempre no corpo isolante e o símbolo que representa a tensão nominal é Un Capacidade de Ruptura A capacidade de ruptura de um fusível é uma característica que mostra a segurança para a instalação, quando há um curtocircuito, ou podemos ainda dizer, que é a capacidade que um fusível possui, em se deixar queimar apenas em seu elo fusível, não permitindo que a corrente elétrica continue a circular. A capacidade de ruptura de um fusível é representada por um valor numérico acompanhado das letras KA, que significa Quiloampère. Um fusível de ação retardada, com capacidade de ruptura de 100KA (ou seja, A) é capaz de interromper uma corrente de curto-circuito até este limite. Fig. 107 Fusível NH Fonte: Alguns fabricantes de fusíveis escrevem no corpo isolante dos fusíveis, a sua capacidade de ruptura Simbologia dos Fusíveis Cada dispositivo elétrico tem um símbolo característico, para facilitar a esquematização dos circuitos elétricos. seguinte: Para os fusíveis, o símbolo usado nas diversas normas é o Fig Fusível (símbolo) O símbolo dos fusíveis tanto em esquema multifilar como unifilar tem a mesma representação. Em todos os esquemas você encontrará a letra e (minúscula), acompanhada de um ou mais algarismos, ao lado do símbolo do fusível, para identificação do tipo de circuito que ele protege. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 88

90 A corrente nominal dos fusíveis, normalmente é registrada próxima ao símbolo. 16 A e 21 A leitura é feita da seguinte forma: Fig Fusível - Fusível de proteção para circuito de comando ou auxiliar, com corrente nominal de 16 Ampères. Esta maneira de representar os fusíveis com letras e números, facilita a sua identificação nos casos de esquema, onde existem fusíveis com várias funções. Esta identificação é denominada de literal. Nota: As letras F e S, também podem aparecer em esquemas antigos, ao lado do símbolo dos fusíveis, de acordo com as seguintes normas: ANSI (americana) F 1 F 2... S 1 S 2 DIN (alemã) Fig Fusível Fig Fusível Conjunto Segurança Tipo D (Diametral) O conjunto Segurança tipo D é um conjunto de peças utilizadas para alojar um tipo especial de fusível, largamente utilizado na proteção dos equipamentos industriais. Este conjunto de segurança deve ser utilizado em locais arejados e de fácil acesso, facilitando desta forma, os serviços de inspeção e manutenção do mesmo. Fig Segurança tipo D Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 89

91 Os conjuntos de segurança tipo D compõem-se dos seguintes elementos: Fig Segurança tipo D Fonte: Base A base é a peça que permite a montagem do fusível e de todos os acessórios. Existe, na base, um borne de entrada (mais baixo) e um borne de saída (mais alto). O borne de entrada não é ligado à rosca da base. Caso haja inversão na ligação, a rosca da base ficará sob tensão, mesmo sem o fusível no lugar. Fig Base tipo D Fonte: Fixação Rápida em Trilho Fig Base tipo D Fixação rápida em trilho Parafuso de Ajuste O parafuso de ajuste é colocado na base e enroscado no borne de entrada por meio de uma chave especial. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 90

92 A função do parafuso de ajuste é a de impedir a colocação de fusível com corrente nominal, maior do que a prevista. Fig Parafuso de ajuste Fonte: Fig Chave saca parafuso de ajuste Fonte: Anel de Proteção O anel de proteção é encaixado na rosca de metal da base, para evitar contatos acidentais Tampa É o acessório que prende o fusível à base, estabelecendo o contato do fusível, parafuso de ajuste e os bornes. Tem um visor que possibilita ao eletricista ver a espoleta do fusível. Quando o elo se queima, a espoleta solta e cai no visor da tampa. Fig. 118 anel de proteção Fonte: Fig tampa tipo D Fonte: Fusível Tipo D Os fusíveis tipo D têm seu elo de fusão, envolto por um corpo isolante de cerâmica com formas cilíndrica e cônica, preenchido de areia isolante de fina granulação e os contatos em forma de virola, sendo que uma das virolas tem uma espoleta indicadora de queima, com a cor que representa a sua corrente nominal (conforme a tabela de cores) Fig fusível tipo D Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 91

93 Nestes tipos de fusíveis há um fio (finíssimo), chamado de elo indicador de queima,ligado em paralelo com o elo que prende a espoleta. Quando o elo se funde, este fio também se funde desprendendo a espoleta, para indicar a queima do elo. Fig Segurança tipo D Ao conjunto - fusível, base, parafuso de ajuste, anel de proteção ou cobertura e tampa denominamos de segurança tipo D. Tabela Nº 05 Tamanho x Corrente Nominal x Cores (Weg ) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 92

94 Curva tempo x corrente (Weg) Fig. 123 Fusível NH Fonte: Fusível NH Fig Curva tempo x corrente - fusível tipo D Fonte: Os fusíveis NH têm seu elo de fusão envolto por um corpo isolante de cerâmica com formas retangular ou quadrada, preenchido de areia isolante de fina granulação e os contatos em forma de faca. Têm também indicador de queima, com a cor que representa a sua corrente nominal. Fig fusível NH Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 93

95 *NH são iniciais de duas palavras de origem alemã (N é de Niederspannung, que quer dizer Baixa tensão e H é de Hochleistung = alta capacidade), portanto NH = Baixa tensão e Alta capacidade de ruptura Base para Fusível NH A base é feita de esteatite (silicato hidrato de magnésia, também denominada pedra-do-sabão). Os contatos são feitos em forma em forma de mandíbulas com molas. Os bornes são com parafusos e porcas sextavadas, arruelas lisas e de pressão. Fig Base NH Fonte: Para colocar ou retirar os fusíveis NH da base, utiliza-se um dispositivo, próprio chamado saca fusível. Fig Punho Saca Fusível Fonte: Tabela Nº 06 - Tamanho 00 X Corrente Nominal ( Weg ) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 94

96 Tabela Nº 07 - Tamanho 1 X Corrente Nominal ( Weg ) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 95

97 Tabela Nº 08 - Tamanho 2 X Corrente Nominal ( Weg ) Tabela Nº 09 -Tamanho 3 X Corrente Nominal ( Weg ) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 96

98 Curva tempo x corrente (Weg) Fig Curva tempo x corrente - fusível NH Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 97

99 3.4 - Botão de Impulsão ou Pulsador É um elemento utilizado nos circuitos de comandos elétricos, cuja finalidade é ligar ou desligar os elementos de comando, tais como contatores Blocos de Contato Os blocos de contatos podem ser: Fig Botão Pulsador Fonte: Blocos de contato Normalmente Aberto ou Fechador (NA) Blocos de contato Normalmente Fechado ou Abridor (NF) Blocos de contato fechador (NA) Possuem um jogo de contatos que, quando em repouso, estão abertos. Por esta razão são conhecidos por blocos de contato NA, que é a abreviação de Normalmente Aberto b 1 Fig Bloco de Contato (NA) Fonte: Fig Bloco de Contato (NA) (simbologia) Quando este bloco de contato for pressionado através do botão, fecha o contato e permanece ligado enquanto permanecer pressionado. Por esta razão é chamado de fechador. Este bloco de contato é utilizado para ligar a chave magnética. Bloco de contato abridor (NF). O bloco de contato abridor funciona de maneira inversa ao bloco de contato fechador. Possui um jogo de contatos que, quando em repouso, estão fechados. Por esta razão são conhecidos por bloco de contato NF que a abreviação de Normalmente Fechado. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 98

100 b 0 Fig Bloco de Contato (NF) Fonte: Fig Bloco de Contato (NF) Simbologia Quando o bloco de contato abridor for pressionado através do botão, o contato abre-se e permanece aberto, enquanto permanecer pressionado. Por esta razão é chamado de abridor. Este bloco de contato é utilizado para desligar a chave magnética Simbologia O símbolo básico para a representação dos elementos que compõem os botões de comando elétrico é: Fig Simbologia Detalhada Fig. 133a - Bloco de contatos de um botão Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 99

101 Os botões de comando elétrico são especificados pela letra b minúscula e um índice numeral que especifica o número de botões existentes nos circuitos de comando elétrico. Exemplo: o botão DESLIGA a especificação é bo ( b índice zero). O símbolo dos botões é também representado com os contatos separadamente. Você vai encontrar esquemas com identificação dos bornes com os números 11-12, ou para os contatos NF e, 13-14, ou para os contatos NA. Desta forma, temos a representação de um botão - b1, com um contato normalmente fechado (abridor) e dois contatos normalmente abertos (fechadores) Tipos de Botões Para atender a enorme faixa de aplicação os botões, são fabricados com diversos formatos. Os botões mais comumente utilizados são os seguintes; Botão Saliente: Torna mais rápido o acionamento, porém oferece a possibilidade de manobra acidental. Fig Botão Duplo Fonte: Fig Botão Simples Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 100

102 Botão Normal: Poderá ser utilizado nos comandos elétricos em geral, pois o botão é de longo curso e praticamente inexiste a possibilidade de manobra acidental. Fig. 136 e Botões de Acionamento Normal Fonte: Botão Soco: Próprio para situações que requeiram desligamento de emergência. Fig. 138 e Botão tipo Soco Fonte: Comutador de Posições: Poderão ser usados com manopla curta ou com manopla longa, dependendo da aplicação. Estes botões mantém-se na posição desligado e na posição ligadas. Fig Comutador de Posições Fonte: Comutador de Posições com Chave: Indicado para comando de circuitos onde a manobra deva ser executada somente pela pessoa responsável. Fig Comutador de Posições com Chave Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 101

103 Pedais de Comando: Pedais de comando com manobra positiva de abertura. Para utilizar cada vez que o comando de partida possa apresentar perigo para as pessoas Fig Pedais de Comando Fonte: Botoeiras Pendentes: Botoeiras pendentes para movimentaçãolevantamento (2 movimentos). Caixas com dupla isolação, em poliamida, para circuitos auxiliares, fornecidas completas. Fig Botoeiras pendentes Fonte: Botões Luminosos Os botões luminosos são botões conjugados, em um só corpo, botão + sinalizador. São utilizados em equipamentos/painéis que possuam pouco espaço e/ou limitação de componentes. As cores deverão ser relacionadas segundo as normas e prevalecendo a segurança. A dificuldade está na atribuição da cor apropriada, para tal função devendo-se observar a filosofia empregada na operação da máquina ou equipamento, bem como um acordo entre consumidor e fornecedor para estabelecer padrões comuns de utilização. A cor Vermelha para atuador de Parada de Emergência não deverá depender da luminosidade da sua própria cor. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 102

104 Fig Botão conjugado com Sinalizador Fonte: Código de Cores para Botões Existe um código de cores para os botões. Esse código serve para identificar as funções de comando e são definidos pela Norma IEC Specification for coding of indicating devices and actuators by colours and supplementary means (Especificação para classificação de dispositivos indicadores e atuadores por cores e meios complementares) Tabela Nº 10 - Código de Cores para Botões segundo a Norma IEC (Extraída do Módulo Nº 5 Montagens de Painéis WEG) Além da identificação por cores, há também a indicação de símbolos no cabeçote de comando dos botões de comando elétrico por impulsão (pressores) ou botoeiras Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 103

105 Fig Botoeira Pendente e Simbologia Fonte: Sinalizadores São elementos empregados para indicar as condições de funcionamento de uma máquina elétrica ou de um sistema. Os sinalizadores podem ser: SONOROS ou LUMINOSOS Sinalizadores Sonoros São empregados para sinalizarem condições de funcionamento de máquinas distantes e isoladas, ou ainda para indicar o funcionamento de máquinas que ofereçam certa periculosidade ou que apresentem anomalias. Normalmente são utilizados sirenes, buzinas ou campainhas. Fig Sinalizadores Sonoros Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 104

106 Sinalizadores Luminosos São empregados para sinalizarem painéis ou tampas de cofres, devendo propiciar, quando ligados, uma luminosidade suficiente para uma perfeita visualização da indicação e, quando desligados, apresentarem-se completamente opacos em relação a luz ambiente. Fig Sinalizadores Fonte: Os sinalizadores Luminosos são constituídos basicamente de: Fig Sinalizador (Vista Explodida) a) Visor Material translúcido (plástico ou vidro) em cores padronizadas de acordo com o seu emprego. Fig Sinalizador (Visor) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 105

107 b) Corpo Provido de elemento de fixação (rosca ou parafuso) e de bornes de ligação Fig Sinalizador (Corpo) Fonte: c) Suporte Local de fixação da Lâmpada, podendo ter seu encaixe com rosca ou baioneta Fig Sinalizador (Suporte) Fonte: d) Lâmpada Incandescente ou néon (gás), escolhidas em função da potência, tensão e tipo de base (baioneta ou rosca). Fig Sinalizador (Lâmpada) Colunas de Sinalização As colunas tipo XVD são elementos de sinalização ótica ou sonora, utilizados especialmente para sinalizar em 360 e a distância, os diferentes estados ou seqüências de uma máquina ou de uma instalação. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 106

108 Exemplos: partida, parada da máquina, ausência de material, chamada de pessoal, sinalização de defeitos. Fig Coluna Luminosa Fonte: Formas de Ligação a) Conectados em serie a um contato auxiliar do relé térmico Tipo de ligação, muito empregado para sinalizar o disparo de um dispositivo de proteção, caso ocorra alguma anormal idade no circuito. Fig Sinalização de Sobrecarga b) Conectados em Serie a um Contato Fechador (NA). Tipo de Iigação, muito empregado para sinalizar-se a operação de um contator. pois com esta, evita-se a queima da lâmpada, ocasionada pela elevação da tensão produzida pela auto-indução na bobina. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 107

109 Fig Sinalização de advetência Código de Cores para Sinalizadores Existe um código de cores para os Sinalizadores. Esse código serve para identificar a função da sinalização em relação ao comando e são definidos pela Norma IEC Specification for coding of indicating devices and actuators by colours and supplementary means (Especificação para classificação de dispositivos indicadores e atuadores por cores e meios complementares) Tabela Nº 11 - Código de Cores para Sinalizadores segundo a Norma IEC (Extraída do Módulo Nº 5 Montagens de Painéis WEG) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 108

110 3.6 - Contator Definiçao: Contador é um dispositivo de manobra mecânico, acionado magneticamente, que permite comandar grande intensidade de corrente, através de um circuito auxiliar de baixa intensidade de corrente. Estes contatores são dimensionados mecânica e eletricamente para suportarem a intensidade de corrente requerida pela carga, com uma elevada freqüência de operação. Fig. 156 e Contatores de Potência Fonte: Dentre as muitas vantagens, podemos destacar as seguintes: a) Possibilita o comando a distância. b) Possibilita comandar um motor elétrico de diversos locais diferentes. c) Possibilita montar os mais variados tipos de comandos elétricos solicitados pelos equipamentos em geral. d) Possibilita o acoplamento de uma série de dispositivos de segurança. e) No caso de faltar energia elétrica o motor desliga-se e não volta a ligarse sem a intervenção do operador. f) Possui câmara para extinção do arco elétrico. g) Exige pequenos espaços para montagem. h) Resiste a elevado número de manobras (de 10 a 30 milhões). Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 109

111 Elementos básicos de um Contator Fig. 157a - Contator de Potência em corte Fonte: a) Carcaça ou Corpo Isolante É a parte que aloja todos os componentes do contador. É feita de material isolante que oferece alta resistência elétrica e mecânica. Fig. 158, 159 e Contatores de Potência Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 110

112 ,b) Bobina É o elemento responsável pela criação de um campo magnético que faz movimentar eletromecanicamente o sistema móvel do contador. È constituído por várias espiras de fio esmaltado, enrolado em um carretel isolante. Tais espiras, quando percorridas por uma corrente elétrica, produzem um campo magnético. c) Núcleo Magnético Fig Bobinas de um Contator Fonte: É o elemento responsável pela concentração das linhas de força do campo magnético criado pela bobina, evitando que elas se dispersem. É constituído de duas partes magnéticas, uma fixa e outra móvel: núcleo fixo e núcleo móvel. É feito de lâminas sobrepostas, isoladas entre si, que diminuem as perdas no ferro. No núcleo fixo encontramos um anel metálico do pólo magnético e denominado de anel de defasagem. Esse anel fica sob a ação do campo magnético, proveniente de uma corrente alternada, para evitar os efeitos de variação de campo e conseqüentemente, da força de atração exercida sobre armadura do imã. Serve também para evitar ruídos mais fortes resultantes do equipamento. Fig Núcleo Magnético Fig Núcleo Magnético Fig Anel de Defasagem d) Contatos São partes de um dispositivo de manobra, através do qual um circuito é estabelecido ou interrompido. Há os contatos fixos e os móveis e, de acordo com a utilização, contatos principais e auxiliares. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 111

113 O material dos contatos móveis e fixos é a prata e suas ligas, sendo mais utilizado o óxido de cádmio prata. e) Contatos Fixos Parte de um elemento de contato fixada à carcaça do dispositivo de manobra. Sobre os contatos fixos são pressionados, quando acionados, os contatos móveis. Peça de contato praticamente imóvel. Fig Contatos de um contator Na extremidade oposta ao corpo onde estão montados os contatos fixos, são colocados os bornes para conexões, destinados a interligação do contator com o circuito a ser controlado. f) Contatos Móveis É uma peça de cobre com dois pontos de contato de prata, movidos quando do acionamento do comando do dispositivo de manobra. Fig Contatos de um contator g) Suporte dos Contatos Móveis Sustenta mecanicamente os contatos móveis e é preso ao núcleo móvel. É feito de material isolante de alta resistência mecânica. Fig Contatores de Potência Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 112

114 h) Mola(s) Interruptora(s) Também conhecida como de chamada ou disparo. É responsável pela velocidade de abertura dos contatos móveis. O material usado para sua fabricação é o aço. Fig Molas de Contatores i) Câmara de Extinção do Arco Elétrico Compartilhamento de um dispositivo de manobra, que envolve os contatos principais. Fig Câmara de Extinção do Arco Elétrico Destinado a assimilar e extinguir o arco e capaz de resistir à sobre pressão devida à formação do arco. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 113

115 Princípio de Funcionamento Quando a corrente elétrica percorre a bobina do contator, cria no seu eixo de abertura central um campo magnético. Este campo é capaz de atrair o núcleo magnético móvel, estando este sob a tensão da mola de interrupção, fazendo com que esta seja comprimida, até o núcleo fixo. Neste ponto os contatos principais estarão fechados e os contatos auxiliares, normalmente abertos, se fecharão do Fig Contator Partes Principais mesmo modo que os normalmente fechados se abrirão, dando assim, condições de funcionamento do circuito onde estão instalados. Fig Contator Identificação de Contatos Nomenclatura de Contatos em Contatores Segundo a IEC 947-4, a identificação de terminais de contatores e relés associados é para fornecer informações a respeito da função de cada terminal ou sua localização com respeito a outros terminais ou para outras A1 aplicações. Bobinas : A identificação dos terminais da bobina é feita de forma alfanumérica através das letras e números A 1 e A 2. A2 Fig Símbolo (Bobina) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 114

116 A tensão em que será energizada a bobina do contator vem impressa junto à ela. Existem, para acionamento em CA 60 Hz, desde 24 até 600 V; para acionamento em CC desde 12 até 440 V. Estes limites podem variar conforme o fabricante e/ou modelo Identificação dos Contatos de um Contator Os contatores possuem contatos para procederem ao fechamento e/ou abertura das cargas, esses contatos podem ser: Normalmente Abertos (NA) ou Fechadores Normalmente Fechados (NF) ou Abridores Os contatos principais são fechadores, pois estão normalmente abertos (NA). A identificação é feita por algarismos sendo os ímpares para Entrada 1L1, 3L2 e 5L3 ( ligação à rede) e os pares para Saída 2T1, 4T2 e 6T3 (ligação à carga). Fig Símbolo (Contatos Principais) Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 115

117 Identificação dos Contatos Auxiliares Os contatos auxiliares são identificados por dois dígitos composto pelo algarismo de origem de localização e, pelo algarismo sequencial de função. Os contatos auxiliares poderão ser abridores ou fechadores. Os algarismos de identificacão da função são assim identificados: Contato NF = Normalmente Fechado, NC = normally closed ou abridor. Fig Símbolo (Contato Abridor) Fonte: Contato NA = Normalmente Aberto, NO = normally open ou Fechador. Fig Símbolo (Contato Fechador) Fonte: Desta forma a identificação dos contatos auxiliares NA e NF em um contator é feita da seguinte maneira Fig Símbolo (Contatos Auxiliares) Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 116

118 O primeiro algarismo determina o número de ordem ( 1 o, 2 o, 3 o, 4 o, etc.) Número de ordem Fig. 177 Contator (Contatos Auxiliares 2) O segundo algarismo determina o estado do contato NA ou NF Estado do contato Final 1 NF Final 3 NA Identificação das entradas e Saídas Fig. 178 Contator (Contatos Auxiliares 3) Números Impares = Entrada Fig. 179 Contator (Contatos Auxiliares 4) Números Pares = Saída Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 117

119 Um contator poderá ter 2, 3 ou 4 contatos principais (embora o mais comum sejam 3), onde serão chamados de contatores bipolares, tripolares ou tetrapolares. Já a quantidade de contatos auxiliares, bem como a condição NA NF, varia muito. Alguns modelos de contatores trazem inclusive a possibilidade de acrescentar-se através de blocos aditivos frontais e/ou laterais, outros contatos auxiliares. Fig Contator Bloco de contatos auxiliares frontais Fonte: Fig Contator Bloco de contatos auxiliares laterais Fonte: Fig Contator Bloco de contatos auxiliares Frontais Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 118

120 Categoria de Emprego É a normalização que determina o tipo de contator a ser empregado para cada tipo de carga ou regime de trabalho. As categorias de emprego devem ser da ordem "AC para cargas com alimentação em corrente alternada ou da ordem DC, para cargas com alimentação em corrente contínua, pois estas determinam a robustez dos contatos para cada tipo de carga Categoria AC 1 Os contatores desta categoria são utilizados como elementos de manobras de todos os circuitos resistivos ou pouco Indutivos, ou seja, circuitos que apresentam um fator de potência Igual ou maior que 0,95 (Cos = 0,95). Fig. 183 Contator (Categoria de Emprego AC1) Categoria AC 2 Os contatores desta categoria são utilizados como elementos de manobras de circuitos com manobras leves; comando de motores com anéis coletores (guinchos, bombas, compressores) e desligamento em regime. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 119

121 Categoria AC 3 Os contatores desta categoria,são utilizados como. elementos de manobra de circuitos de motores de rotor em curtocircuito, onde a corrente de partida, atinge até sete vezes a corrente nominal do motor. Fig. 184 Contator (Categoria de Emprego AC3) Categoria AC 4 Os contatores desta categoria são empregados Como elementos de manobra de circuitos de motores de rotor em curto-circuito, com funcionamento totalmente intermitente, ou seja, que estejam, constantemente, sendo ligados e desligados. Fig. 185 Contator (Categoria de Emprego AC4) Os contatores da categoria AC 2 e AC 3, são os mais empregados na indústria, uma vez que suas características atendem as necessidades operacionais mais comuns. Estes contatores, pelo seu largo emprego, são facilmente encontrados no comércio. Já os contatores das outras categorias, devido ao seu menor emprego, são obtidos normalmente sob encomenda. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 120

122 3.7 - Relé Térmico de Sobrecarga O relé de proteção contra sobrecarga ou relé bimetálico ou ainda relé térmico é indicado para proteção de motores contra sobrecarga. A sobrecarga pode ser causada por: rotor bloqueado, freqüência elevada de manobra, partida prolongada, sobrecarga em regime de operação, falta de fase e variação da tensão e freqüência. A função do relé de proteção contra sobrecarga é desligar a alimentação do equipamento antes que sejam atingidos valores de corrente e de tempo que causam deterioração da isolação. Fig. 186 Relé Térmico Fonte: Seu princípio de funcionamento é baseado num dispositivo bimetálico, onde duas lâminas de metais de coeficientes de dilatação diferentes são afixadas geralmente por um processo de soldagem. Essas são isoladas e por sobre as mesmas montado um resistor que aquece ao ser percorrido pela corrente elétrica, que é a mesma que aciona o motor. Pelo efeito do aquecimento e devido a dilatação ser diferente, uma lâmina fica com o comprimento maior que a outra e há uma deformação (o conjunto se curva). Essa deformação serve então para empurrar uma haste chamada de piloto, que por sua vez aciona um contato elétrico. Quando o sistema é trifásico existem três conjuntos desse montados num mesmo invólucro e atuam sobre um único piloto de forma que qualquer das três fases que apresentar sobre-corrente, pode fazer acionar o contato elétrico de comando, que é único, embora possam haver dois conjuntos de contatos(comum, normal aberto e normal fechado). Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 121

123 Existem muitos fabricantes no mercado e várias faixas de ajuste de corrente. Além disso, os relés térmicos possuem curvas características que relacionam os múltiplos da corrente de ajuste e o tempo de desarme, alem de ter curvas a frio, tendo a temperatura ambiente sem carga como referencia e curvas a quente, com as lâminas aquecidas com a corrente de ajuste. Fig. 187 Funcionamento do Elemento Bimetálico Relé Térmico Fig. 188 Relé Térmico Aberto Fonte: Fig. 189 Relé Térmico Fonte: Fig. 190 Relé Térmico (Contatos Auxiliares) Fonte: Fig. 191 Relé Térmico (Contatos Auxiliares) Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 122

124 Relé Térmico Curvas Características A norma IEC especifica os tempos de desarme no caso de sobrecarga conforma a tabela abaixo: Fig. 192 Relé Térmico (Curvas Características) Fonte: Tabela Nº 12 Tempos de desarme conforme a Norma IEC (Extraída do Módulo Nº 1 Comando e Proteção WEG) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 123

125 Identificação dos Contatos dos Relés Térmicos a) Contatos Principais Os elementos térmicos têm seus bornes numerados por algarismos, do mesmo modo que os contatores de potência. A identificação é feita por algarismos sendo os ímpares para Entrada 1L1, 3L2 e 5L3 ( ligação à rede) e os pares para Saída 2T1, 4T2 e 6T3 (ligação à carga). Fig. 193 Relé Térmico (Contatos Principais) Fonte: b) Contatos Auxiliares Os terminais dos circuitos auxiliares dos relés térmicos devem ser marcados da mesma forma que os contatores, com funções específicas. O número de sequência deve ser o 9 e, se uma segunda sequência existir identificados com o zero. Fig. 194 Relé Térmico (Contatos Auxiliares) Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 124

126 Podem ser: 1- de contatos reversíveis, NF e NA. Fig. 195 Relé Térmico (Contatos Auxiliares) Fonte: 2- de contatos independentes, NF e NA. Fig. 196 Relé Térmico (Contatos Auxiliares) Fonte: Nota: Os números dos contatos podem variar de acordo com o fabricante Temporizadores Relé de Tempo Eletrônico Microcontrolado (TEM) É um dispositivo para acionamento/desacionamento elétrico de processos em função de tempos préselecionados. Por ser um equipamento microcontrolado, possui excelente precisão e repetibilidade de operação Aplicações Fig. 194 Relé de tempo - TEM Fonte: Automação e sincronismo industrial, utilizados em chaves compensadoras, quadros de comando, câmaras frigoríficas, fornos industriais, máquinas injetoras, Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 125

127 equipamentos para refrigeração, entre outras diversas aplicações que necessitem de controle de tempo e espaço físico reduzido Modo de Funcionamento Seleciona-se previamente no knob central o intervalo a ser temporizado. Ao ser energizado, inicia-se a contagem de tempo. O ciclo RE (retardo na energização) e o ciclo RI (retardo na desenergização), tem o funcionamento semelhante às funções RE e RI respectivamente, diferenciando apenas por se repetir ciclos até que o aparelho esteja desenergizado Diagrama de Funcionamento a) Retardo na Energização Na função RE a temporização ocorre com os contatos abertos, fechando-os no final da temporização. b) Retardo na desenergização Fig. 195 Diagrama Temporal Fonte: Ao ser energizado, o relé arma seus contatos. Ao ser desenergizado inicia-se a contagem do tempo pré-selecionado na escala, após expirado o tempo o relé desarma Fig. 195a Diagrama Temporal Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 126

128 Relé Temporizador para Chave Estrela-Trângulo (RYD) É um relé especialmente desenvolvido para automação do controle das chaves de partida estrela-triângulo, utilizadas em motores trifásicos Aplicações É específico para uso em controle de partida de motores trifásicos que utilizam chaves estrela-triângulo. Fig. 196 Relé Y - RYD Fonte: Modo de Funcionamento Ao ser energizado o relé Y arma instantaneamente iniciando a temporização ajustada na escala, depois de expirado o tempo, o relé desarma e 50 ms depois o relé arma, permanecendo neste estado até que seja desenergizado Diagrama de Funcionamento Fig. 196a Diagrama Temporal Fonte: Fig. 196b Diagrama de Funcionamento Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 127

129 a - Instante de comutação; b - retorno ao repouso; T1 Tempo ajustável para conexão em Estrela; T2 Tempo fixo para conexão Triângulo Relé Temporizador Eletrônico Cíclico (TCS) São temporizadores que ao ser energizado o relé de saída é ciclicamente acionado durante os tempos selecionados nas escalas (tempos independentes) Modo de Funcionamento a) Relé Cíclico (RPP) Fig. 197 Relé Ciclico - TCS Fonte: Ao ser energizado o relé de saída é ciclicamente acionado de acordo com o tempo selecionado no frontal (frequência de impuilso de 20 a 120 impulso/minuto). b) Relé Cíclico Percentual (RPE) Ao ser energizado o relé de saída é ciclicamente acionado de acordo com o tempo selecionado durante um percentual do tempo de ciclo. Exemplo: 70% do tempo de ciclo ligado e 30% desligado). Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 128

130 Diagrama de Funcionamento Fig. 197a Diagrama Temporal Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 129

131 Temporizador Pneumático É um dispositivo de tempo de ação pneumática, utilizado em comando de chaves magnéticas Vantagens: Custo reduzido Funcionamento simplificado Ampla gama de variação de tempo Economia de espaço (acoplamento direto no contator) Fig. 198 Temporizador Pneumático Fonte: Os temporizadores pneumáticos se apresentam em dois tipos com relação a operação do circuito. a) Temporizado ao Trabalho b) Temporizado ao Repouso A utilização de cada um destes tipos será de acordo com a necessidade de operação do circuito. Fig. 198a Temporizador Pneumático Fonte: Os temporizadores pneumáticos possuem uma ampla gama de regulagem de tempo, que varia desde alguns décimos de segundos até 180 segundos. Ex. 0,1 à 30 segundos 30 à 180 segundos O temporizador pneumático é constituído basicamente por: 1. Alavanca de armamento do temporizador que liga a sanfona ao bloco de contatos elétricos. 2. Balancim 3. Mola superior 4. Válvula 5. Sanfona 6. Contatos abridores e fechadores Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 130

132 7. Dispositivo de acionamento da regulagem do temporizador Fig. 198 Temporizador Pneumático (Vista explodida) Principio de Funcionamento: Estando o temporizador pneumático acoplado ao contator e sendo o contator alimentado, o núcleo móvel atrairá consigo o balancim do temporizador, assim o balancim liberará a sanfona, que irá encher-se de ar, deslocando-se em direção ao balancim. Terminado o tempo, regulado previamente, a sanfona estará cheia de ar e pressionará uma pequena alavanca que liberará o balancim, ocasionando o seu deslocamento e provocando a abertura do contato NF e o fechamento do contato NA, permanecendo assim enquanto o contator estiver alimentado. Quando cortamos a alimentação do contator, o seu núcleo deslocará o balancim em direção à sanfona, expulsando o ar nela contido. Com isto, os contatos voltarão à posição original de repouso, deixando o temporizador pneumático apto para um novo ciclo de operação. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 131

133 Sequência de Funcionamento do Temporizador Pneumático ao Trabalho Fig. 199 O contator está desalimentado A sanfona está vazia Os contatos permanecem na posição inicial O contator está alimentado A sanfona começa a encher-se de ar e a deslocar-se em direção ao balancim Os contatos permanecem na posição inicial Fig. 200 O contator permanece alimentado A sanfona está cheia de ar e deslocou-se totalmente em direção ao balancim Os contatos operam invertendo a posição Fig. 201 O contator está desalimentado A sanfona começa a se esvazia e o balancim volta a posição inicial Os contatos voltam para a posição inicial Fig. 199, 200, 201 e 202 Relé Pneumático (Funcionamento ao Trabalho) Fig. 202 Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 132

134 3.9 - Acessórios, Elementos e Dispositivos Elétricos Vejamos a seguir alguns acessórios, elementos e dispositivos elétricos, que são utilizados na montagem de circuitos de chaves magnéticas Caixa Metálica (Cofre, Armário ou Painel) A caixa e/ou cofre metálico serve para alojar e proteger o circuito elétrico montado no chassi Chassi de Montagem Fig. 203 Painéis Elétricos Conhecido também como chapa de montagem. É uma placa metálica, quadrada ou retangular, que serve como base para fixação dos componentes do circuito Trilho para Conectores (Perfil) Fig. 204 Chassi de Montagem O trilho e/ou perfil é o elemento suporte onde serão fixados os conectores e os dispositivos que possuam mecanismo de engate rápido. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 133

135 Trilho Din ( 32 mm) É o elemento suporte, onde serão fixados os conectores unipolares. É fornecido em barras de 2 m, devendo ser cortado no tamanho necessário. Trilho Fig. 205 Trilho Perfil Din 32 mm Trilho Din (Ômega - 35 mm) É o elemento suporte, onde serão fixados os componentes/equipamentos, tais como relés, contatores, CLP s, Disjuntores, fusíveis, etc. É fornecido em barras de 2 m, devendo ser cortado no tamanho necessário (Conforme Layout). Fig. 206 Trilho Perfil Din 35 mm Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 134

136 Bornes para Conexões (Conectores) Bornes para conexões, conectores SAK ou conectores unipolares, são dispositivos de uso nas instalações elétricas destinados para a interligação de circuitos de comando e automação, bem como de circuitos de alimentação, teste e medição. Proporcionam, para tais circuitos, a possibilidade de derivações, emendas nos condutores, continuidade, ligações, saídas, seccionamentos e etc. Além de grande flexibilidade para a disposição dos terminais de diversos tamanhos, os bornes Zpara conexões são elementos que proporcionam facilidade de fixação, ligação, precisão e boa aparência das instalações. Os bornes para conexões foram projetados e construídos, para o emprego em cabines de força, caixas de ligação de motores de máquinas, quadros de comando, etc. Seu emprego é muito grande nas instalações residenciais, comerciais e industriais. Fig. 207 Conector Unipolar (Fonte: Fig. 208 Bornes para Conexão (Fonte: Basicamente, os bornes ou conectores são compostos dos seguintes elementos: Corpo isolante Contatos Elementos de fixação dos condutores Base de fixação dos bornes ou conectores Bitola dos Condutores Sabemos que bitola é a seção transversal dos condutores. Se os bornes são usados para conectar condutores, estes devem suportar os mesmos valores para a bitola dos condutores do circuito a ser instalado. Os bornes possuem uma faixa para Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 135

137 os valores de bitola, que estabelece os limites máximo e mínimo das bitolas dos condutores adequados a cada tipo de borne Existem dois tipos de conexões :A CONEXÃO TEMPORÁRIA (APARAFUSADA) e a CONEXÃO PERMANENTE (SOLDADA). Para estas conexões, a ABNT recomenda que os símbolos sejam representados da seguinte forma: Borneira Conjunto de bornes agrupados através de um trilho de fixação rápida. Para montar a borneira, existe uma placa denominada SEPARADOR que tem a função de isolar o borne. O primeiro borne e o último na borneira são ajustados através de uma peça de acabamento denominado POSTE. Fig. 209 Borneiras (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 136

138 Fig. 209 A Borneiras (Fonte: Placa de Bornes para Motores A placa de bornes para motores tem a finalidade de facilitar a instalação dos condutores de fases, que irão fornecer energia elétrica aos bobinados do motor Canaletas de PVC Fig. 210 Borneira para Caixa de Ligação de Motores Elétricos (Fonte: São dutos de formato quadrado ou retangular lisa ou com rasgos laterais e tampa removível, para alojar e proteger condutores O processo de interligação dos componentes elétricos no chassi ou painel das chaves magnéticas, poderá ser Fig. 211 Canaletas de PVC Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 137

139 executado com condutores flexíveis, alojados dentro das canaletas. Existem canaletas de P.V.C. com diversos formatos, para atenderem as necessidades dos mais variados tipos de montagens, sendo os mais comuns: CANALETA LISA CANALETA COM RECORTE ABERTO CANALETA COM RECORTE FECHADO CANALETA SEMI-RECORTADA Fig. 212 Canaletas de PVC As canaletas de P.V.C. são constituídas pela base e pela tampa. A furação existente nos lados destina-se a saída dos condutores. Estas canaletas são fornecidas em barras de dois metros de comprimento e nas medidas de largura e altura: Tabela 13 Tamanhos comerciais de canaletas (Fonte: SENAI-DN) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 138

140 Aplicações: São utilizadas em montagens de quadros e painéis de Comandos Elétricos. A versatilidade do Sistema permite: Cablagem Rápida Separação dos Circuitos Tampas de fácil colocação e remoção Ampla variedade de tamanhos Material auto-extingüível Fig. 212a Canaletas de PVC Abraçadeiras de Nylon (Cinta de Nylon) Dispositivo utilizado no arremate dos condutores em painéis de Comandos Elétricos. São produzidas com Nylon de alto padrão. Seu perfeito fechamento autotravante sem retorno, garante seu uso mesmo em condições de vibração. Sua praticidade e versatilidade possibilitam uma ampla gama de utilização nas mais variadas aplicações. Construídas totalmente em plástico, sem insertos metálicos, proporcionam maior segurança e melhor isolação elétrica em amarração de fios, cabos e chicotes. Fig. 213 Cintas de Nylon Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 139

141 Marcadores Tipo Anilha (Identificafores para Fios) Dispositivo utilizado para identificação de condutores em painéis de comandos elétricos possuindo vantagens tais como: Fig. 213a Cintas de Nylon Grande flexibilidade de medidas garantindo menor número de medidas para uma gama maior de cabos; Seção do marcador alinhada entre caracteres; Instalação sem utilização de ferramentas Terminais Elétricos Fig. 214 Marcadores tipo anilha São acessórios utilizados nos extremos dos condutores, tendo por finalidade facilitar e melhorar as conexões elétricas. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 140

142 Existe uma grande variedade de terminais para possibilitarem as mais diversas conexões elétricas. Os terminais variam quanto ao tipo e quanto ao tamanho. Fig. 215 Terminais Elétricos (Fonte: TIPO OLHAL (ANEL): estes terminais estabelecem ótima conexão elétrica, por apresentarem uma grande superfície de contato. Por outro lado, apresentam o inconveniente de que para serem conectados, é necessária a remoção do parafuso de conexão. Fig. 216 Terminais Elétricos Tipo Olhal (Fonte: Tabela 14 Terminais Elétricos tipo Olhal Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 141

143 TIPO FORQUILHA (GARFO): são aplicados nos mesmos casos em que se aplica o terminal anel, possuindo no entanto, menor superfície de contato, com vantagem de que para serem conectados, basta folgar o parafuso de conexão. Fig. 217 Terminais Elétricos Tipo Forquilha (Fonte: Tabela 15 Terminais Elétricos tipo Forquilha Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 142

144 Terminal Elétrico TIPO PINO: estes terminais são aplicados, quando o borne a ser conectado, possuir orifício para o encaixe do mesmo ou quando a arruela do parafuso apresentar formato côncavo. Fig. 218 Terminais Elétricos Tipo Pino (Fonte: Tabela 16 Terminais Elétricos tipo Pino Terminal Elétrico TIPO BALA: os terminais tipo bala dividem-se em macho (plugue) e fêmea (receptáculo). O macho encaixa na fêmea, propiciando a conexão rápida de dois condutores entre si. O conjunto é utilizado em circuitos de baixa intensidade de corrente, nos casos em que se deseja rapidez na manutençã o elétrica. Fig. 219 Terminais Elétricos Tipo Bala (encaixe) (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 143

145 Tabela 17 Terminais Elétricos tipo Bala FÊMEA MACHO Terminal Elétrico TIPO LUVA DE EMENDA: os terminais tipo luva são utilizados para realizar o prolongamento de condutores Tabela 18 Terminais Elétricos tipo Emenda TIPO TUBULAR ILHÓS: os terminais tipo tubular ilhós são similares ao tipo pino, porém sua conexão é realizada através de um alicate específico pra terminais Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 144

146 Tabela 19 Terminais Elétricos tipo Tubular simples Tabela 20 Terminais Elétricos tipo Tubular Duplo Todos estes modelos de terminais são fornecidos nos modelos pré-isolados ou sem isolação. Fig. 220 Terminais Elétricos Tipo Olhal Pré-isolado e Sem Isolação (Fonte: Os terminais pré-isolados possuem as isolações nas cores vermelha, azul e amarela para facilitar a identificação das três fases do circuito. A montagem dos terminais nos condutores pode ser executada por meio de SOLDA ou por meio de COMPRESSAO. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 145

147 Na montagem de chaves magnéticas, é mais empregado o processo por compressão, por ser mais rápido e de menor custo operacional, sendo necessário o uso de alicates apropriados. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 146

148 3.9.9 Prensa Cabos São componentes utilizados para dar completa impermeabilidade na entrada de cabos elétricos, protegendo os mesmos contra possíveis cortes, evitando o risco de curto-circuito. Possuem aplicação rápida (manual ou através de alicate). São usados extensivamente para proteção e fixação de cabos em equipamentos e painéis de controle. Fig. 221 Prensa cabos Fig. 221a Prensa cabos Fig. 221b Prensa cabos Porca de Bloqueio Fig. 221c Prensa cabos (Vista Explodida) Arruela Corpo Garra Vedação Porca Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 147

149 Sensores São dispositivos capazes de monitorar a variável de uma grandeza física e transmitir esta informação a um sistema de indicação que seja inteligível para o elemento de controle do sistema. Fig. 222 Sensores Eletrônicos O termômetro é um sistema de indicação que tem como elemento sensor o mercúrio. A grandeza física a ser medida é a temperatura e a grandeza física do elemento sensor, que varia proporcionalmente com a variável da temperatura, é o seu volume, pois o mercúrio se dilata com o aumento da temperatura. A maior parte dos sensores são transdutores elétricos, pois convertem a grandeza de entrada para uma grandeza elétrica, que pode ser medida e indicada por um circuito eletroeletrônico denominado medidor. Fig. 223 Termômetro Transdutor: é todo dispositivo que recebe um sinal de entrada em forma de uma grandeza física e fornece uma Fig. 224 Transdutores resposta de saída, da mesma espécie ou diferente, que reproduz certas características do sinal de entrada, a partir de uma relação definida. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 148

150 Tipos de sensores A variedade de sensores é muito grande. O mercado tem sensores especificados para cada aplicação. Na forma de substituir as chaves mecânicas utilizadas em sofisticados comandos de processos de automação e robotização de máquinas industriais e sistemas foram, criados os Sensores Eletrônicos, que oferecem maior confiabilidade, não se desgastam com o passar dos tempos (pois operam por proximidade sem contato físico) e possuem maior durabilidade e precisão Sensores Ultrasônicos Fig. 225 e 226 micro switch São elementos capazes de perceber a variação de um determinado fluido contido em um recipiente e definir o nível e/ou volume. Fig. 227 Sensor de nível ultrasônico Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 149

151 Princípio de Funcionamento O transmissor emite uma onda ultrasônica e determina o tempo de propagação do sinal refletido em uma superfície. Baseado neste intervado, o dispositivo calcula a distância entre a borda inferior do sensor e a superfície. A influência do tipo de atmosfera presente na velocidade do som é automaticamente compensada pela consideração de valores específicos e medidas da temperatura ambiente pelo transmissor. Se a distância entre a borda inferior do sensor e o fundo do tanque for conhecida o dispositivo consegue calcular o nível de enchimento ou se a geometria do tanque for conhecida, o volume dentro do tanque pode ser indicado. Vários filtros de ecos indesejáveis capacitam o uso em containers mesmo que contenham acessórios que gerem ecos indesejáveis Fig. 228 Sensor de nível ultrasônico Aplicação do Sensor Ultrasônico Tem larga aplicação em processos com produtos condutivos ou isolantes, limpos ou sujos, parados ou com vazão, não sendo aplicável na medição de gás e tanques com alta pressão. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 150

152 Sensores de Proximidade São elementos capazes de perceber a presença de um corpo de material metálico ou não, através de face ativa Sensor de Proximidade Indutivo São sensores que efetuam somente a detecção de materiais metálicos. A detecção ocorre sem que haja contato físico entre o acionador (um objeto metálico) e o sensor, permitindo um elevado número de atuações. São utilizados onde existem condições extremas de trabalho, tais como óleos lubrificantes, óleos solúveis, óleos de corte, vibrações, presenças de líquidos, pós e onde são exigidos altos níveis de vedação e robustez, podendo realizar a detecção de proximidade de peças, componentes, elementos de máquinas, etc, em substituição às chaves de fim de curso ou micro interruptor, pois sua durabilidade, precisão, confiabilidade e velocidade de resposta são totalmente adequadas aos atuais circuitos de comando e controle. Fig. 229 sensor indutivo Fig. 230 sensor indutivo Princípio de Funcionamento Baseia-se na geração de um campo eletromagnético de alta freqüência que é desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora. A bobina faz parte de um circuito oscilador, que em condição normal (desacionada), gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do campo, Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 151

153 este por correntes de superfície (Foulcault), absorve a energia do campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador. A variação de amplitude deste sinal é convertida em uma variação contínua, que comparada com um valor padrão, passa a atuar no estágio de saída. Fig. 231 sensor indutivo Fig. 232 sensor indutivo Distância de Acionamento A distância de acionamento é em função do tamanho da bobina. Assim, não podemos especificar a distância sensora e o tamanho do sensor simultaneamente. Fig. 233 Distância de acionamento Aplicação do Sensor Indutivo Permite que se detectem materiais ferrosos, como por exemplo: chapas, tubos, latas, transportadores e esteiras (indústria automobilística), etc. Fig. 234 Indústria de Bebidas Fig. 235 Indústria Automobilística Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 152

154 Sensor de Proximidade Capacitivo Os sensores de proximidade capacitivos são equipamentos eletrônicos capazes de detectar a presença ou aproximação de materiais orgânicos, plásticos, pós, líquidos, madeiras, papéis, metais, etc Princípio de Funcionamento: O princípio de funcionamento baseia-se na geração de um campo elétrico, desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. O capacitor é formado por duas placas metálicas, carregadas com cargas elétricas opostas, montadas na face sensora, de forma a projetar o campo elétrico para fora do senso r, formando assim um capacitor que possui como dielétrico o ar. Quando um material aproxima-se da face sensora, ou seja, do campo elétrico, o dielétrico do meio se altera, alterando também o dielétrico do capacitor frontal do sensor. Como o oscilador do sensor é controlado pelo capacitor frontal, quando aproximamos um material, a capacitância também se altera, provocando uma mudança no circuito oscilador. Esta variação é convertida em um sinal contínuo, que comparado com um valor padrão, passa a atuar no estágio de saída. Fig. 236 Sensor capacitivo Fig. 237 Sensor Capacitivo (Principio de funcionamento) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 153

155 Ajuste de Sensibilidade: O ajuste de sensibilidade dos sensores capacitivos é protegido por um parafuso, que impede a penetração de líquidos e vapores no sensor. O ajuste de sensibilidade presta-se principalmente para diminuir a influência do acionamento lateral no sensor, diminuindo-se à distância sensora. Fig. 238 Sensor Capacitivo ( Fig. 239 Sensor Capacitivo (Ajuste de Sensibilidade) Aplicação do Sensor Capacitivo: Permite que se detectem alguns materiais dentro de outros, como por exemplo: líquidos dentro de garrafas ou reservatórios com visares de vidro, pós dentro de embalagens, ou fluidos em canos ou mangueiras plásticas. Fig. 240 Sensor Capacitivo (Detecção de objetos plásticos) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 154

156 Sensores Fotoelétricos Também chamados de ópticos, estes sensores são fabricados com a finalidade de emitir e receber a irradiação de luz infravermelho modulada com função de alterar seu estado de saída inicial na interrupção ou presença de acionador. Podem ou não atuar em conjunto com um espelho emissor. Fig. 241 e241a Sensor Fotoelétrico ( / Principio de Funcionamento Baseiam-se na transmissão e recepção de luz infravermelha (invisível ao ser humano), que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado. Os fotoelétricos são compostos por dois circuitos básicos: um responsável pela emissão do feixe de luz, denominado transmissor, e outro responsável pela recepção do feixe de luz, denominado receptor. O transmissor envia o feixe de luz através de um fotodiodo, que emite flashes, com alta potência e curta duração, para evitar que o receptor confunda a luz emitida pelo transmissor com a iluminação ambiente. Fig. 242 Sensor Fotoelétrico (Principio de Funcionamento) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 155

157 O receptor é composto por um fototransistor sensível a luz, que em conjunto com um filtro sintonizado na mesma freqüência de pulsação dos flashes do transmissor, faz com que o receptor compreenda somente a luz vinda do transmissor Sistema por Barreira: O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser dispostos um frente ao outro, de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do transmissor. O acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper o feixe de luz. Fig. 243 Sensor Fotoelétrico ( Fig. 243a Sensor Fotoelétrico ( Distância Sensora Nominal (Sn) A distância sensora nominal (Sn) para o sistema por barreira é especificada como sendo a máxima distância entre o transmissor e o receptor, o que não impede o conjunto de operar com distâncias menores. Disponível para distâncias de até 150m. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 156

158 Sistema Refletivo Este sistema apresenta o transmissor e o receptor em uma única unidade. O feixe de luz chega ao receptor somente após ser refletido por um espelho prismático, e o acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper este feixe. Fig. 244 Sensor Fotoelétrico ( Fig. 244a Sensor Fotoelétrico ( Espelho Prismático O espelho permite que o feixe de luz refletido para o receptor seja paralelo ao feixe transmitido pelo transmissor, devido as superfícies inclinadas a 45, o que não acontece quando a luz é refletida direta- mente por um objeto, onde a luz se espalha em vários ângulos. A distância sensora para os modelos refletivos é em função do tamanho (área de reflexão) e, o tipo de espelho prismático utilizado. Fig. 245 e 245a Espelho Prismático ( Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 157

159 Aplicação dos Sensores Fotoelétricos Detecção de nível de fluidos em reservatórios Polimento de Carros Detecção de Líquidos em Detecção da passagem de Nota: Grande parte do assunto relativo a sensores foi transcrito do material didático da SENSE - Sensores e Instrumentos ( Detecção de tampa plástica Fig. 246, 246a, 246b, 246c, 246d, 246e Sensor Fotoelétrico ( Detecção de filme plástico Sensores de Temperatura A maioria das indústrias de grande porte utilizam fornos, estufas ou caldeiras. Estas fontes geradoras de calor são de larga aplicação industrial, principalmente nos casos em que se necessita de secagem, tratamento térmico,fusão de materiais e destilação de produtos. Para medir e controlar a temperatura nos diversos processos industriais, é muito utilizado o sistema de medição termoelétrico Sistema de Medição Termoelétrico Método de medição de temperatura,em que um instrumento de medida elétrica, com escala graduada em graus Celsius, indica o valor de temperatura de uma fonte de calor, através dos efeitos de geração de força eletromotriz (fem) ou da variação da resistência elétrica pelo aquecimento. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 158

160 Um sistema de medição termoelétrico, basicamente, é constituído de: Cada um destes componentes, desempenha uma função específica dentro do sistema de medição da temperatura. Dependendo do princípio de funcionamento, os termoelementos dividem-se em: Termopares Fig. 247 Sistema de Medição Termoelétrico (Fonte: Termômetros de Resistência (Termoresistências) Fig. 248 Termoelementos ( Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 159

161 Termopar É um sensor de temperatura constituído basicamente de dois fios metálicos, de ligas diferentes, com uma das extremidades unidas e soldadas. Quando for aquecido, o termopar gera uma f.e.m. (tensão) de baixo valor. Fig. 249 Termopar ( Os Termopares são sensores de maior uso industrial para medição de temperatura. Eles cobrem uma faixa bastante extensa de temperatura que vai de a 2300ºC aproximadamente, com uma boa precisão e repetibilidade aceitável, tudo isto a um custo que se comparado com outros tipos de sensores de temperatura são mais econômicos. missangas. Os fios metálicos são isolados com isoladores de porcelana. chamados de Fig. 250 misangas ( Um tubo de proteção, chamado de poço termométrico, protege os fios metálicos e, suas extremidades livres, estão conectadas num bloco de conexão. Fig. 251 Tubo de Proteção ( Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 160

162 Termoresistências As termoresistências são sensores de temperatura muito usados nos processos industriais e em laboratórios, por suas condições de alta estabilidade, retibilidade, resistência e a contaminação, em relação ao tempo, menor influência de ruídos e altíssima precisão de leitura. Por estas características, este sensor é padrão internacional para medição de temperatura na faixa de -259,3465ºC a 961,78ºC, segundo a ITS-90. Fig. 252 Termoresistência ( Termístores Termístores são resistores sensíveis à temperatura. Os elementos resistivos são óxidos de metais como manganês, níquel, cobalto, cobre, ferro, titânio. Existem duas variedades básicas de termístores: os de coeficiente positivo de temperatura (PTC) e os de coeficiente negativo de temperatura (NTC). Nos primeiros a resistência aumenta com a temperatura e o contrário nos segundos Termístor NTC Na maioria dos tipos comuns de termístores a resistência diminui à medida que a temperatura aumenta. Eles são denominados termístores de coeficiente negativo de temperatura e indicados como NTC. Um termístor NTC típico é feito de material semicondutor à base de um óxido metálico Fig. 253 Termistor NTC Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 161

163 Termístor PTC Embora não seja de uso freqüente, fabricam-se também os termístores com coeficiente positivo de temperatura, os PTC. São confeccionados com outros materiais e exibem um aumento de resistência com a temperatura. Termo-Sensor: São dispositivos que detectam a temperatura de uma máquina, proporcionando Fig. 254 Termistor PTC condições para desligamento do circuito elétrico em caso de anormalidades. Os termo-sensores mais encontrados no comércio são: por ação bimetálica por variação de resistência Os termo-sensores por ação bimetálica e por variação de resistência são acoplados diretamente a máquina. Fig. 255 Termo sensor (Fonte: Características dos Termo-Sensores - Os termo-sensores podem operar diretamente o sistema de comando, ou operarem um contator auxiliar ou o circuito de um relé que comandará o circuito de comando Termo-Sensor por ação bimetálica: é composto por uma lâmina bimetálica envolvida por um bulbo metálico, geralmente de cobre. Acoplado a lâmina bimetálica existe um contato abridor (NF) que tem seus bornes conectados a dois condutores, permitindo a sua conexão ao circuito de comando. Fig. 256 Termo sensor (Fonte: O termo-sensor por ação bimetálica pode ser incorporado no interior da máquina ou ser acoplado à sua carcaça. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 162

164 Normalmente este sensor atua diretamente na abertura do circuito, de comando quando a máquina atinge a temperatura limite Funcionamento: Estando o termo-sensor acoplado à máquina e esta em funcionamento, quando a máquina atingir uma temperatura perigosa, próxima a sua classe de isolação, a lâmina bimetálica, já aquecida, provocará a abertura do contato NF do sensor e este cortará a alimentação do circuito de comando, desligando o circuito de força que alimenta a máquina que ocasionou o sobreaquecimento. Quando a máquina resfriar, a lâmina bimetálica voltará a posição normal, colocando o circuito novamente em condições de funcionamento. Fig. 257 Termo sensor (Fonte: Fig. 258 Termo sensor aplicação (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 163

165 CAPÍTULO 4 - LEITURA E INTERPRETAÇÃO DE DIAGRAMAS ELÉTRICOS Fig. 259 Chave Compensadora Manual (Fonte: Objetivo Ao estudar este capítulo você estará apto para: Identificar os principais símbolos gráficos utilizados em Sistemas de acionamento de motores Elétricos Normas Norma é um instrumento que estabelece, em relação a processos existentes, prescrições destinadas à utilização com vistas à obtenção de um grau mínimo de aceitação de um produto ou serviço. Fig. 240 Diagrama Y/ (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 164

166 Objetivos das Normas: Proporcionar a redução da crescente variedade de produtos e procedimentos; Proporcionar meios mais eficientes na troca de informação entre o fabricante e o cliente, melhorando a confiabilidade das relações comerciais e de serviços. Proteger a vida humana e o meio ambiente; Prover a sociedade de meios eficazes para aferir a qualidade dos produtos; Evitar a existência de regulamentos conflitantes sobre produtos e serviços em diferentes países, facilitando assim, o intercâmbio comercial. Na prática, as Normas estão presentes na fabricação dos produtos e fornecimento de serviços, propiciando melhoria da qualidade de vida, da segurança e da preservação do meio ambiente. A seguir relação de entidades de normas regionais e internacionais utilizadas para o projeto e execução de painéis elétricos como conjuntos de manobra e comando de baixa tensão: Principais Órgãos Normatizadores do Setor Elétrico ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas: atua em todas as áreas técnicas do país. Os textos das normas são adotados pelos órgãos governamentais (federais, estaduais e municipais) e pelas firmas. Compõe-se de normas: NB, TB (terminologia), SB (simbologia), EB (especificação), MB (método de ensaio) e PB (padronização); ANSI American National Standards Institute: instituto de normas dos Estados Unidos que publica recomendações e normas em praticamente todas as áreas técnicas. Na área dos dispositivos de comando de baixa tensão, tem adotado freqüentemente especificações da UL e da NEMA; Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 165

167 BS Britsh Standard: normas técnicas da Grã Bretanha, já em grande parte adaptadas a IEC; CEE International Comission on Rules of the Approval of Electrical Equipment: especificações internacionais destinadas sobretudo ao material de instalação; CEMA Canadian Electric Manufactures Association: associação canadense dos fabricantes de material elétrico; CSA Canadian Standards Association: Entidade canadense de normas técnicas que publica as normas e concede certificado de conformidade; DEMKO Denmarks Elektriske Materielkontrol: Autoridade Dinamarquesa de controle dos materiais elétricos e que publica normas e concede certificados de conformidade. DIN Deutsche Industrie Normen: Associação de normas industriais alemãs. Suas publicações são devidamente coordenadas com as da VDE; IEC International Eletrotechical Comission: Comissão formada por representantes de todos os paises industrializados. As recomendações do IEC, publicadas por esta comissão, são normalmente adotadas na íntegra pelos diversos paises ou, em outros casos, está se processando uma aproximação das normas nacionais ao texto destas internacionais; KEMA Kenring van Elektrotechnische Materialen: Associação holandesa de ensaio de materiais elétricos; NEMA National Electrical Manufactures Association: Associação americana dos fabricantes de materiais elétricos; Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 166

168 ÖVE Österreichischer Verband für Elektrotechnik: associação austriaca de normas técnicas, cujas determinações geralmente coincidem com as do IEC e VDE; SEM Svensk Standard: Associação sueca de normas técnicas; UL Underwriters Laboratories Inc.: Entidade nacional de ensaio da área de proteção contra incêndio, nos Estados Unidos, que entre outras coisas, realiza ensaios de equipamentos elétricos e publica as suas prescrições; UTE Union Tecnique de l electricite: Associação francesa de normas técnicas; VDE Verband Deutscher Elektrotechniker: Associação de normas alemãs que publica normas e recomendações da área de eletricidade Simbologia Elétrica Aplicada a Esquemas Elétricos em Geral NBR Símbolos literais de identificação de elementos de circuito Tabela 21 Grandezas elétricas fundamentais Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 167

169 Tabela 22 Condutores, fios, cabos e linhas interligadas. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 168

170 Tabela 23 Símbolos de uso geral Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 169

171 Tabela 24 - Elementos de comando Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 170

172 Tabela 25 - Bobinas de comando e relés Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 171

173 Tabela 26 - Contatos e peças de contatos, com comandos diversos Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 172

174 Tabela 27 - Dispositivos de comando e de proteção Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 173

175 Tabela 28 - Componentes de circuitos Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 174

176 Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 175

177 4.4 - Símbolos literais Para identificação de componentes em esquemas elétricos conforme IEC e NBR 5280 Tabela 29 Símbolos Literais Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 176

178 4.5 - Esquemas Elétricos Aplicados a Circuitos Industriais Introdução Nos esquemas elétricos aplicados a máquinas e equipamentos ou processos industriais, como de um CCM, o esquema das chaves de partida podem ser representadas tanto no modo multifilar como no modo unifilar. Os esquemas de comando sempre são representados no modo multifilar e funcional devido serem de extrema importância para a manutenção, não apenas quando da intervenção para manutenção do equipamento, mas também por questões de segurança. Por esses motivos a representação do esquema de comando deve ser fiel ao modo como está montado no painel e aos seus comandos, seja local ou remoto. Nos esquemas de força e comando de uma máquina, equipamento ou processo, os formatos das pranchas do projeto são divididos em filas (normalmente ordenadas por letras) e colunas (ordenadas por números), formando assim um sistema de coordenadas alfa - numérico. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 177

179 Exemplos de Esquemas Elétricos Industriais Diagrama de Força Fig. 241 Diagrama de Força Projeto Olimpíada do Conhecimento (Fonte: SENAI-DN) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 178

180 Diagrama de Comando Fig. 242 Diagrama de Comando Projeto Olimpíada do Conhecimento (Fonte: SENAI-DN) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 179

181 Representação gráfica de conexões elétrica da parte de Força da Chave de Partida Estrela-Triângulo Diagramas Simples Fig. 243 Representação Gráfica Chave Estrela-Triângulo (Fonte: SENAI-DN) Motobomba Acionada Por Chave De Nível Tipo Bóia Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 180

182 Conjunto de duas Motobombas Trifásicas acionadas alternadamente por uma chave magnética - DIAGRAMA DE FORÇA Legenda: a1 Chave Secccionadora Tripolar (Liga/Desliga) e1 Fusíveis do circuito principal c1 Contator 01 e2 Relé Térmico de Sobrecarga (Contatos Principais) a2 Chave comutadora manual m1 Motor 01 (Motobomba Trifásica) m2 Motor 02 (Motobomba Trifásica) a2 Fig. 244 Diagrama de Força (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 181

183 Conjunto de uma Motobomba Monofásica acionada por uma chave magnética DIAGRAMA DE FORÇA Fig. 245 Diagrama de Força (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 182

184 Legenda: a1 Chave Secccionadora Monofásica (Liga/Desliga) e1 Fusível do circuito principal c1 Contator 01 e2 Relé Térmico de Sobrecarga (Contatos Principais) m1 Motor 01 (Motobomba Monofásica) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 183

185 Motobomba Trifásica acionada por chave magnética e comando por chave bóia (automático e Manual) DIAGRAMA DE COMANDO Ch1 h1 h2 Legenda: Fig. 246 Diagrama de Comando (Fonte: e21 Fusíveis do circuito auxiliar e2 Relé Térmico de Sobrecarga (contato auxiliar) ch1 Chave Seletora (Comutadora de posições M e A) BS Chave de Bóia Superior BI Chave de Bóia Inferior C1 Contator 01 (Bobina e contatos auxiliares) h1 Sinalizador Incolor (operando) h2 Sinalizador Verde (Pronto para operar) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 184

186 Motobomba Monofásica acionada por chave magnética e comando por chave bóia (automático e Manual) DIAGRAMA DE COMANDO Ch1 h1 h2 Legenda: Fig. 247 Diagrama de Comando (Fonte: e21 Fusíveis do circuito auxiliar e2 Relé Térmico de Sobrecarga (contato auxiliar) ch1 Chave Seletora (Comutadora de posições M e A) BS Chave de Bóia Superior BI Chave de Bóia Inferior C1 Contator 01 (Bobina e contatos auxiliares) h1 Sinalizador Incolor (operando) h2 Sinalizador Verde (Pronto para operar) Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 185

187 4.6 SISTEMA DE PARTIDA DIRETA SIMPLES A partida de um motor trifásico tipo gaiola, deve ser direta, por meio de contatores. Deve-se ter em conta que para um determinado motor, as curvas de conjugado e corrente são fixas, independente da carga, para uma tensão constante. No caso em que a corrente de partida do motor ser elevada podem ocorrer as seguintes conseqüências prejudiciais: a) Elevada queda de tensão no sistema de alimentação da rede. Em função disto, provoca a interferência em equipamentos instalados no sistema; b) O sistema de proteção (cabos, contatores) dever ser superdimensionado, ocasionando um custo elevado; c) A imposição das concessionárias de energia elétrica que limitam a queda de tensão da rede. Diagrama de Força Diagrama de Comando Fig. 248 Diagrama de Força e Comando (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 186

188 4.7 Sistema de Partida direta com Reversão Definição É o conjunto de dispositivos que possibilita a reversão em plena marcha do sentido de rotação de um motor trifásico, através da troca da troca de duas fases. É dotado de dois contatores, sendo que no primeiro são conectados os cabos com a seqüência de fase normal e no segundo, dois cabos trocados, havendo intertravamento dos contatores para evitar curto circuito fase-fase. IMPORTANTE Intertravamento é processo de ligação entre os contatos auxiliares de vários dispositivos, pelo qual as posições de operação desses dispositivos são dependentes umas das outras Contator com Intertravamento Mecânico Para evitar que os contatores responsáveis pela reversão sejam ligados acidentalmente ao mesmo tempo, utiliza-se um sistema elétrico ou mecânico ao qual, damos o nome de Intertravamento de Contatores. Fig. 249 Contator conjugado (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 187

189 O intertravamento mecânico por meio de balancim, é composto por um apoio e uma régua (balancim) que faz o intertravamento. Quando um dos contatores é acionado, ele atua sobre um extremo do balancim, fazendo com que a outra extremidade impeça o acionamento do outro contator. Quando são utilizados contatores para reversão de um circuito, com o sistema de intertravamento mecânico, os contatores são montados lado a lado formando um conjunto compacto, como se fosse uma única peça. O sistema mecânico de bloqueio fica incorporado a um elemento que mantém o sistema de acoplamento. Fig. 250 Intertravamento Mecânico (Fonte: O intertravamento elétrico é efetuado inserindo-se um contato auxiliar abridor de um contator no circuito de comando que alimenta a bobina do outro contator e vice-versa, fazendo-se desta forma, com que o funcionamento de um dependa do outro. Fig. 251 Intertravamento Elétrico (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 188

190 4.7.3 Chave de Partida Direta com Reversão - Diagrama de Força Fig. 252 Reversora (Fonte: Chave de Partida Direta com Reversão - Diagrama de Comando (Reversão Instantânea) Fig. 253 Reversora c/ reversão Instantânea (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 189

191 4.7.5 Chave de Partida Direta com Reversão - Diagrama de Comando (Reversão com chave fim de Curso) Fig. 254 Reversora c/ Fim de Curso (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 190

192 4.7.6 Chave de Partida Estrela Triângulo (Y - ) - Diagrama de Força C2 C3 Fig. 255 Estrela- Triangulo - Força (Fonte: Chave de Partida Estrela Triângulo (Y - ) - Diagrama de Comando (7PU60 SIEMENS) R Fig. 256 Estrela- Triangulo - Comando (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 191

193 Chave de Partida Estrela Triângulo (Y - ) - Diagrama de Comando (RE8YA Telemecanique) Fig. 257 Estrela-Triangulo - Comando (Fonte: Programação de Contatos A programação de contatos é a utilizada para que nos diagramas se identifiquem rapidamente os contatos que são acionados por um contator, e onde se encontram localizados no diagrama funcional Programação por Linhas De igual maneira se pode saber onde se encontra representado o contator no diagrama, partindo-se da indicação sob o contato. Para tanto o diagrama é dividido em linhas, veja a figura a seguir. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 192

194 Fig. 258 Programação por Linhas (Fonte: Interpretação Os números sob o neutro (1, 2, ) indicam as linhas. Embaixo do esquema funcional e, respectivamente, em cada linha, estão desenhadas as cruzetas: Na cruzeta, a letra A indica contato abridor e F contato fechador. A cruzeta correspondente à linha 1 indica que temos um abridor na linha 3, um fechador na linha 2 e um fechador na linha.5. Exemplo: C 1 - Contator em questão - um abridor na linha 3 - um fechador na linha 2 - um fechador na linha 5 Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 193

195 Programação por Colunas Quando o diagrama utilizar mais de uma folha, além dos números que identificam as colunas, são colocados os números das folhas em que se encontra o contato, como o exemplo das figuras abaixo Onde: Fig. 259 Programação por Colunas (Fonte: C2 - contator em questão a) contato abridor localizado na coluna 2 b) contato abridor localizado na coluna 5 c) contato fechador localizado na coluna 4 d) contato fechador disponível no contator e) contato fechador localizado na coluna 1 da folha 2. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 194

196 CAPÍTULO 5 - PAINÉIS ELÉTRICOS Objetivo Fig Painéis Elétricos (Fonte: Ao estudar este capítulo você estará apto para: Identificar os principais PAÍNÉIS utilizados nas indústrias. Fig Painel Elétrico (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 195

197 5.1 - Introdução Os painéis elétricos de uso industrial são destinados à conexão com a geração, a transmissão, a distribuição e a conversão de energia elétrica, para o acionamento, proteção e controle de equipamentos que consomem energia elétrica. Também se aplica a conjuntos que incorporam equipamentos de controles e/ou de potência, cujas freqüências são elevadas (como por exemplo, inversores de freqüência) Painéis de Baixa Tensão As Normas estão presentes na fabricação dos produtos e fornecimento de serviços, propiciando melhoria da qualidade de vida, da segurança e da preservação do meio ambiente. As normas pertinentes a painéis de baixa tensão são: NBR IEC Conjuntos de manobra e controle de baixa tensão - Parte 1: Conjuntos com ensaio de tipo totalmente testados (TTA) e conjuntos com ensaio de tipo parcialmente testados (PTTA). IEC ou EN 50298: Requisitos Gerais para Invólucros Vazios Conceito de TTA e PTTA TTA ( Type Tested Assembly ) - Conjunto de manobra e comando de baixa tensão com ensaios de tipo totalmente testados. Conjunto de manobra e comando de baixa tensão em conformidade com um tipo ou sistema estabelecidos,sem desvios que influenciem significativamente o desempenho em relação àquele conjunto típico verificado que está em conformidade com os ensaios prescritos nas normas NBR IEC Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 196

198 São conjuntos construídos de acordo com um projeto elétrico e mecânico padrões, onde a performance do mesmo é assegurada por ensaios de tipo realizados individualmente nos diversos componentes (barramentos, entradas, saídas, alimentadores, partidas, etc) ou nos conjuntos completos. Geralmente os ensaios são realizados levando-se em conta o pior caso e reproduzindo-se a influência de componentes adjacentes. Os ensaios têm a finalidade de assegurar a performance do conjunto e minimizar possíveis perigos decorrentes de erros de projeto. Exemplos de possíveis riscos de se utilizar conjuntos não ensaiados: 1 - Se os limites de temperatura interna do conjunto ultrapassam os limites estabelecidos temos: - Envelhecimento acelerado de componentes; - Redução da vida útil de componentes; - Falhas prematuras de componentes; - Risco de incêndio. 2 - Se os requisitos de correntes de Curto-Circuito são insuficientes temos - Risco de danos à estrutura dos conjuntos; - Risco de danos aos componentes elétricos; - Arcos elétricos acidentais. A norma NBR IEC define que os seguintes tópicos devem ser objeto de análise : a) verificação dos limites de elevação da temperatura; b) verificação das propriedades dielétricas; c) verificação da corrente suportável de curto-circuito; d) verificação da eficácia do circuito de proteção; e) verificação das distâncias de escoamento e de isolação; f) verificação do funcionamento mecânico; g) verificação do grau de proteção. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 197

199 PTTA ( Partially Type Tested Assembly) - Conjunto de manobra e comando de baixa tensão com ensaios de tipo parcialmente testados Conjunto de manobra e comando de baixa tensão contendo disposições de tipo ensaiado e disposições de tipo não ensaiado, contanto que o último é derivado (por exemplo, por meio de cálculo) de disposições de tipo ensaiado que satisfizeram os ensaios pertinentes. (conjunto parcialmente testado) - NBRIEC São conjuntos construídos de acordo com um projeto elétrico e mecânico padrões, onde a performance do mesmo é garantida através de testes, cálculo ou inferência, a partir de resultados dos testes de componentes ou conjuntos similares. Os conjuntos PTTA são definidos devido à dificuldade de se testar todas as variações possíveis que podem ser implementadas nos conjuntos. Estas variações são necessárias devido às necessidades das diversas aplicações, onde muitas vezes a mesma aplicação apresenta requisitos distintos para diferentes usuários Aplicações dos Conjuntos A norma NBR IEC traz a seguinte definição: Conjunto de manobra e comando de baixa tensão : Combinação de equipamentos de manobra, controle,medição, sinalização, proteção, regulação, etc., em baixa tensão, completamente montados, com todas as interconexões internas elétricas e estrutura mecânica. Desta forma, com base na definição, podemos encontrar os painéis de baixa tensão ( conjuntos ) em uma série de aplicações : Distribuição para Circuitos de Iluminação e Potência; Distribuição em Residências; Sistemas de Controle; Bancos de Capacitores; Centros de Controle de Motores; Distribuição; Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 198

200 Sub-Distribuição; Derivação; Acionamentos com Inversores de Freqüência para processos de variação de velocidade Tipos de Conjuntos Os conjuntos podem ser encontrados em diversos formatos, lay-outs e designs, dependendo da aplicação. Os tipos mais comuns são: Conjunto do tipo armário Uma coluna fechada, em princípio assentada no piso (auto-portante), que pode incluir várias seções, subseções ou compartimentos. Fig Conjuntos do tipo armário com um único compartimento (Fonte: / Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 199

201 Conjunto do tipo multi-colunas Combinação de várias colunas ou armários, mecanicamente unidas. Fig Conjuntos do tipo multi-colunas (Fonte: Fig Vista externa de conjunto do tipo multi-colunas (Fonte: Conjunto do tipo modular (caixa) Conjunto fechado em forma de caixa, em princípio para ser montado em um plano vertical. Fig. 271 Conjuntos do tipo Caixa Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 200

202 Conjunto do tipo multi-modular Combinação de caixas unidas mecanicamente, com ou sem estrutura de apoio comum, com as conexões elétricas passando entre duas caixas adjacentes por aberturas nas faces. Fig. 272 Conjuntos do tipo multi-modular (Fonte: Conjuntos com montagens fixas e extraíveis. Os conjuntos podem apresentar características de se poder extrair componentes de uma forma segura e muitas vezes sem a necessidade de uma ferramenta. Esta funcionalidade facilita os trabalhos de manutenção, pois reduz os tempos de parada quando se tem de substituir ou reparar partes dos conjuntos. Na maioria das vezes, as operações de extração e inserção destes componentes se dá com o conjunto energizado, limitando a desconexão de energia à apenas aquele ramal que necessita de uma intervenção. A funcionalidade Extraível pode ser obtida tanto pelo projeto da estrutura do conjunto (utilização de compartimentos com gavetas extraíveis, onde componentes elétricos convencionais são montados dentro da gaveta), ou pela utilização de equipamentos elétricos com características extraíveis (utilização de disjuntores ou Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 201

203 partidas de motores que podem ser removidos e substituídos sem a utilização de ferramentas especiais) Fig. 273 Montagens fixas e Extraíveis Painéis de Distribuição e Sub-Distribuição Em uma instalação elétrica de grande porte é comum encontrarmos vários níveis de painéis de distribuição, desde o transformador até as cargas. Muitas vezes existe um painel de distribuição principal conectado diretamente ao transformador, com o objetivo de alimentar vários outros painéis de distribuição (Sub-Distribuição), e estes alimentar painéis sucessivos até o nível das cargas. Fig Vista interna de um painel de distribuição - SIEMENS (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 202

204 A complexidade e o projeto dos sistema de distribuição estão diretamente relacionados com as necessidades inerentes a cada aplicação ou instalação, industrial ou comercial. Nos painéis de distribuição é comum encontrar diversas funções montadas na mesma estrutura, mas também podemos encontrar colunas com funções específicas como: Entrada, Interligação e Saída. Estas funções em colunas poderão ser montadas em um único painel ou em painéis separados fisicamente, porem interligados eletricamente. O painel ou a coluna que recebe os cabos ou duto de barras para alimentação de todo o conjunto é normalmente conhecido como ENTRADA. Esta coluna geralmente abriga um disjuntor (disjuntor geral), ou uma chave seccionadora com fusíveis (chave geral). O painel ou a coluna onde são alocados equipamentos para conexão de dois conjuntos de barramentos independentes é conhecida como INTERLIGAÇÃO. Dependendo do circuito de distribuição de energia, os barramentos podem trabalhar permanentemente conectados, serem conectados em situações de emergência e manutenção ou selecionando a fonte alimentadora. Geralmente são utilizados disjuntores ou chaves seccionadoras como os dispositivos de manobra. Quando a coluna tem a função de conectar o sistema de alimentação de emergência (gerador), também pode ser denominada de PAINÉL DE TRANSFERÊNCIA. Os painéis de SAÍDA são as colunas é a qual a energia elétrica é fornecida a um ou mais circuitos de saída CCM. Centro de Controle de Motores CCM.s são painéis completos (montados) que acomodam equipamentos para Proteção, Seccionamento e Manobra de Cargas. Tem uma função específica nos sistemas de distribuição de energia elétrica em unidades comerciais e industriais. São os painéis onde estão conectados os cabos provenientes das cargas. Apesar de aproximadamente 85 % das cargas industriais serem motores (motivo do nome.centro de Controle de Motores.), o termo.cargas. é abrangente, podendo significar qualquer equipamento que consuma energia elétrica, como estufas, resistores, etc. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 203

205 CCM Compartimentado / Não compartimentado / Fixo / Extraível Dependendo do grau de separação interno encontrado em um CCM, o mesmo pode receber diferentes denominações comerciais. O CCM NÃO COMPARTIMENTADO apresenta uma placa de montagem única, onde os conjuntos de proteção e manobra de cada carga individual estão montados todos juntos nesta mesma placa. Um CCM COMPARTIMENTADO é aquele onde os equipamentos de proteção, e manobra de cada carga estão montados em compartimentos separados dentro do painel. Este CCM pode ser FIXO ou EXTRAÍVEL. No CCM EXTRAÍVEL dentro de cada compartimento é montada uma gaveta que pode ser removida do painel sem o auxílio de ferramenta. Os equipamentos para proteção e manobra da partida são montados dentro das gavetas, minimizando os tempos de parada, pois se pode substituir as gavetas rapidamente. Fig Compartimento Extraível - SIEMENS (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 204

206 Fig Gaveta extraível para saída motor 30 kw (Fonte: Fig Compartimento Extraível - (Fonte: Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 205

207 No CCM FIXO dentro de cada compartimento é montada uma placa de montagem fixa não removível onde são que alocados os equipamentos para proteção e manobra da partida Fig Vista externa de um CCM- SIEMENS (Fonte: CCM Inteligente Atualmente, é cada vez mais freqüente a utilização de redes de comunicação industrial ( Profibus, ASInterface, DeviceNet, etc) para conectar diversos equipamentos aos sistemas de automação industrial. No caso de acionamentos de cargas, estes equipamentos podem ser inversores de freqüência, chaves estáticade partida e parada suaves (soft-starter), relês eletrônicos, chaves de partida etc, tendo seus dados e parâmetros disponibilizados aos sistemas de controle através de redes de comunicação. Aos CCM.s que incorporam equipamentos com estas características recebem o nome de CCM s inteligentes. A grande vantagem é que através das redes de comunicação é possível ter acesso à total potencialidade de diagnóstico, parametrização e medições que os equipamentos com comunicação oferecem. Desta forma é possível receber antecipadamente um alarme de problemas potenciais, eliminar desligamentos desnecessários, isolar falhas de modo a reduzir o tempo de parada e distribuir ou Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 206

208 equalizar as cargas enquanto o problema está sendo solucionado, além de poder reduzir os trabalhos de fiação, necessidades de espaço e tempo de instalação. Nos CCM.s EXTRAÍVEIS, os equipamentos com capacidade de comunicação em rede são instalados dentro das gavetas, possibilitando que o comando e sinalização das partidas sejam conectados ao sistema de controle através de tomadas de comando. Utilizada em conjunto com a fiação de comando, facilmente pode se fr implementar estratégias de acionamento do tipo LOCAL / REMOTO. Os CCM s são conjuntos essenciais para a produção, e com o avanço da tecnologia e a necessidade de monitoramento e controle da produção, a utilização de redes é uma solução que possibilita reduzir tempo de parada de horas para minutos, com melhores e mais completos diagnósticos que localizam com precisão os pontos problemáticos durante o processo de produção, de modo que se possa saber o que e onde interferir e corrigir. Fig Vista interna de uma gaveta com escravo para rede Profibus. (Fonte: Painéis de Controle Painéis de controle são conjuntos montados com equipamentos de controle digital (ex: Controladores Lógicos Programáveis - CLPs) ou, simplesmente com contatores e relés com a função de controlar e intertravar um determinado processo ou aplicação. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 207

209 Os painéis de controle geralmente têm a função específica de alocar este tipo de equipamento. Em grandes aplicações, os painéis de controle são encontrados como uma ou mais colunas de conjuntos fechados, podendo estar ou não fisicamente conectados às colunas dos painéis que contém equipamentos de potência. Fig Vista interna de painel de controle com CLP Os equipamentos de controle também podem ser instalados em compartimentos de painéis de distribuição e CCM.s, por exemplo. Devido aos efeitos da compatibilidade eletromagnética (EMC) e perturbações nas redes de alimentação, não é recomendável que se tenha equipamentos de controle e potência instalados dentro de um mesmo compartimento em um conjunto. Entretanto, em sistemas pequenos, é comum encontrarmos este fato, tornando-se necessário neste caso, um cuidado redobrado no projeto de alocação de componentes e de cabos de potência e controle dos mesmos. Existem vários requisitos técnicos que precisam ser observados de modo a minimizarmos as influências por parte de ruídos e EMC, tanto aos equipamentos do próprio conjunto quanto aos equipamentos instalados próximos ao mesmo. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 208

210 5.3 - Painéis de média tensão O mundo industrializado atual é caracterizado pelo aumento na demanda de energia e pela crescente conscientização ambiental e, simultaneamente, por uma pressão de aumento de preços cada vez maior. Ao mesmo tempo os usuários estão exigindo naturalmente máxima confiabilidade, proteção pessoal e produtividade relacionadas a operação do painel de distribuição. Alguns painéis de distribuição isolados a ar possuem ensaio de tipo para instalações abrigadas de acordo com a norma IEC (e nos aspectos principais também com a norma ANSI/IEEE C ). Fig Painel de Média Tensão (Fonte: Os painéis isolados a SF6 devem atender, com a mais elevada confiabilidade, as exigências operacionais das instalações de média tensão: Segurança pessoal Segurança operacional Confiabilidade Excelente resistência às condições ambientais Os sistemas devem ser testados em ensaios de tipo, fornecidos prontos para entrar em operação. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 209

211 Todas as exigências encontradas em instalações de rede devem ser atendidas, em virtude das seguintes características: a) Máxima segurança pessoal: Invólucro do SF6 e compartimento de cabos testados contra arco elétrico interno Intertravamento lógico Sequência de operação para evitar erros de manobra Verificação segura do aterramento Compartimento de cabos e fusíveis com tampas travadas e aterradas. b) Segurança, confiabilidade, ausência de manutenção Invólucro do SF6 feito de aço de alta resistência, à prova de corrosão, sem vedações e resistente a ciclos de pressão Gás isolante retém suas propriedades dielétricas e de extinção por toda a vida útil Clara indicação de pronto para serviço, não afetada por variações climáticas, altitude ou temperatura Proteção do conjunto seccionadora-fusível, mesmo no evento de uma sobrecarga térmica no fusível (função de proteção térmica) Dispositivos de manobra confiáveis e livres de manutenção c) Excelente resistência às condições ambientais: Mecanismos de operação robustos, resistentes à corrosão e livres de manutenção Terminações de cabos com segurança ao toque e livres de manutenção Não produção de descargas parciais Compartimento segregado dos fusíveis com segurança ao toque e livres de manutenção Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 210

212 d) Não agressivo ao meio ambiente Acondicionamento do gás SF6 simples e livre de problemas Materiais do invólucro podendo ser reciclados pelos métodos normais Fig Painel de MT a SF6 (Fonte: Fig Painel de MT a SF6 (Fonte: Segurança na Operação e Manutenção de Painéis As normas técnicas internacionais e brasileiras de equipamentos elétricos prescrevem que os equipamentos devem ser dimensionados e construídos para suportar os esforços mecânicos e térmicos em casos de curto circuito. Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 211