Sistema de ornecimento ininterrupto de energia elétrica – UPS/ (No-break)
No-break é um sistema cuja unção é ornecer energia condicionada a uma carga, sem interrupção mesmo na alta da energia. Este sistema é de extrema importância para as instalações elétricas, pois garantirá que os circuitos estejam em uncionamento mesmo diante da alta da energia comercial. Esse é o assunto desta unidade: Sistema de ornecimento ininterrupto de energia elétrica e suas principais topologias. Conheça a composição do sistema.
Composição do sistema O no-break é ormado por quatro componentes: circuito reticador-carregador, banco de baterias, circuito inversor e chave estática.
Circuito retifcador/carregador O circuito reticador/carregador converte tensão alternada em contínua, para alimentação do inversor e carga do banco de baterias. Em algumas topologias, o circuitos reticador e o carregador são independentes, o que normalmente traz beneícios ao banco de baterias.
Banco de baterias O banco de baterias armazena energia para que, durante uma alha de energia elétrica, seja possível alimentar a carga.
Circuito inversor O circuito inversor converte tensão contínua (proveniente do reticador ou do banco de baterias) em tensão alternada para alimentar a carga.
Chave estática Achou importante? Faça aqui suas anotações.
A chave estática transere a carga para a rede em caso de alha no sistema. • Instalações Industriais 71
Topologias principais De acordo com a orma como os circuitos são dispostos em um nobreak, eles podem ser ormados com dierentes topologias. De acordo com a norma NBR 15014, eles podem ser classicados em três topologias distintas. Estude-as a seguir.
No-break Stand-by Na topologia de no-break stand-by, o carregador possui pequena capacidade de corrente de carga e, portanto, não é recomendado para as aplicações que necessitam de longo tempo de autonomia (acima de uma hora). O inversor é dimensionado somente para operações eventuais e por pouco tempo (alguns minutos). Em praticamente 100% dos casos, a orma de onda de saída do inversor é “quadrada”, sendo denominada como semi-senoidal por alguns abricantes, com elevado conteúdo harmônico. Existem duas condições de operação, denidas pela situação da rede de alimentação: a rede presente e a alha na rede.
Rede Presente Quando a rede está presente, a energia é ornecida diretamente pela rede e o no-break apenas recarrega as baterias. Portanto, a carga é alimentada pela rede elétrica, em que a tensão e requência de saída são totalmente dependentes da tensão e requência de entrada. Nessa situação, em um no-break, a chave CH é mantida echada. CH
REDE
SAÍDA CARREGADOR
BATERIA
INVERSOR
DIAGRAMA EM BLOCOS DO NO-BREAK STAND-BY
Falha na Rede Em caso de alha na rede, a energia não é mais ornecida pela rede e o no-break passa a ornecer a energia elétrica. Nessa situação, em um no-break stand-by, a chave CH é aberta e é dada a partida no inversor, conorme gura anterior. A carga passa a ser alimentada pelo conjunto inversor / banco de baterias. Portanto, existem dois modos de operação denidos pela condição da rede : ocorrendo a alta ou o retorno da energia, a carga é transerida da • Instalações Industriais 72
rede para o inversor, e vice-versa. Em ambos os casos, durante a transerência, existe interrupção do ornecimento de energia à carga crítica.
No-break Interativo A topologia de no-break interativo é semelhante à do stand-by, mas se dierencia pela adição de um estabilizador, que alimenta os equipamentos conectados ao no-break. A adição do estabilizador permite que os equipamentos conectados ao no-break recebam uma rede elétrica condicionada, isenta de ruídos de linha e estável. Na gura a seguir é mostrado o diagrama em blocos desta topologia, muito similar ao no-break do tipo Stand-by, exceto pela existência de estabilizador de tensão na saída. Em unção da tensão da rede de alimentação, existem duas condições de operação.
Rede Presente Quando a rede está presente, a energia é ornecida diretamente pela rede e o no-break apenas recarrega as baterias. A chave CH é mantida echada. Através do estabilizador, a carga é alimentada pela rede elétrica, em que a tensão é estabilizada, porém a requência de saída é totalmente dependente da entrada (requência de saída = requência de entrada).
Falha na Rede Em caso de alha na rede, a energia não é mais ornecida pela rede e o no-break passa a ornecer a energia elétrica. Nessa situação, a chave CH é aberta e a carga passa a ser alimentada pelo conjunto inversor/banco de baterias. Como na situação anterior, a tensão é estabilizada graças ao estabilizador. CH
REDE
SAÍDA CARREGADOR
BATERIA
INVERSOR
ESTABILIZADOR
DIAGRAMA EM BLOCOS DO NO-BREAK INTERATIVO
De modo similar ao Stand-by, na ocorrência de alta e de retorno da rede de alimentação, normalmente acontecerá interrupção durante a transerência da carga da rede/estabilizador => inversor e vice-versa. De acordo com a NBR 15014, a topologia apresentada anteriormente é chamada de “convencional” e pode ter algumas variações. As principais são apresentadas a seguir. • Instalações Industriais 73
Interativo Ferrorressonante Os no-breaks do tipo interativo errorressonante uncionam da mesma maneira que o tipo “convencional”, porém utilizam um transormador do tipo errorressonante como estabilizador. Em unção disto, são relativamente pesados, a regulação estática de saída é ruim e existe normalmente elevada distorção harmônica na tensão de saída - em alguns casos é necessário o uso de ltros para harmônicos de terceira e quinta ordem em paralelo com a saída deste trao. Ao longo do tempo, normalmente passam a apresentar elevado ruído sonoro, pois devido ao seu projeto / unção, próximos à região de saturação do núcleo, operam com temperatura elevada.
Interativo de Simples Conversão Nos no-breaks do tipo de simples conversão (também chamados de bidirecionais ou tri-port), um único conversor desempenha as unções de carregador de baterias, condicionador de tensão e inversor (gura 4). Enquanto a rede de alimentação está presente, as baterias são carregadas e a energia é condicionada pelo conversor, mantendo a requência de entrada e saída iguais. Em caso de alha na rede, a chave CH é aberta, o conversor inverte o sentido de potência e passa a operar como inversor, alimentando a carga com a energia das baterias. CH Z
REDE
SAÍDA
BATERIA DIAGRAMA EM BLOCOS DO NO-BREAK INTERATIVO DE SIMPLES CONVERSÃO
No-break On-line Um no-break on-line possui uma dupla conversão de energia: uma em cada estágio. No primeiro estágio, o reticador opera como conversor de tensão alternada (rede) em contínua. No segundo estágio o inversor converte tensão contínua em alternada (saída). Deste modo, os no-breaks geram tensão de saída com amplitude, requência e orma totalmente independentes da entrada. Os no-breaks dessa topologia são os únicos que sempre ornecem tensão senoidal na saída, além de não apresentar interrupção nas transerências de carga. Isso se deve ao ato de que o inversor é responsável por toda a potência ornecida à carga durante todo o tempo de operação. Isso garante à carga uma energia de qualidade com baixíssima distorção harmônica, tensão e requência rigorosamente controladas e indepen• Instalações Industriais 74
dentes da rede elétrica. Além disso, para aumentar a conabilidade do sistema, é adicionada uma chave estática para realizar a transerência da carga do inversor para a rede. Isso se az necessário durante situações de sobrecarga, curto-circuito, alha no inversor ou para a realização de manutenção no equipamento. Sem nenhuma dúvida, esta é a topologia que apresenta a maior conabilidade e robustez, ideal para alimentar cargas críticas. Geralmente, existe circuito independente para a carga do banco de baterias (carregador de baterias), permitindo o gerenciamento voltado às necessidades das baterias, bem como redundância neste ponto (aumento da conabilidade do sistema). O diagrama em blocos dessa conguração é apresentado na gura a seguir.
REDE
SAÍDA RETIFICADOR
INVERSOR
CHAVE ESTÁTICA
NO-BREAK ONLINE COM CHAVE ESTÁTICA CARREGADOR
BATERIA
Esta conguração apresenta extrema conabilidade, operando normalmente pelo inversor e, em caso de sobrecarga (ou até mesmo curtocircuito na saída), sobretemperatura, alha interna ou outro ator que prejudique o ornecimento, a chave estática transere a carga para a rede. Após a normalização da situação, a chave estática retorna a carga para o inversor, sem interrupção.
Rede Presente A gura a seguir mostra o fuxo de potência com rede presente. O circuito reticador alimenta o inversor, enquanto o banco de baterias é mantido carregado pelo circuito carregador de baterias (a carga é continuamente alimentada pelo inversor). Desse modo, a saída tem requência e tensão controladas, independentes da entrada. REDE
SAÍDA RETIFICADOR
CARREGADOR
INVERSOR
BATERIA
DIAGRAMA EM BLOCOS DO NO-BREAK ON-LINE / FALHA DE REDE
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O banco de baterias é isolado do barramento CC através de um diodo, o qual não é polarizado com rede presente. Também pode ser empregado um transistor nessa unção, permitindo maior gerenciamento deste ponto.
Falha na Rede Durante uma alha na rede comercial, o banco de baterias é comutado pela chave ao barramento CC. Assim a energia armazenada no banco de baterias é utilizada pelo inversor para alimentar a carga, sem interrupção ou transerência. A orma de onda da tensão de saída permanece inalterada. A gura a seguir mostra o fuxo de potência do no-break durante uma alha na rede. REDE
SAÍDA RETIFICADOR
CARREGADOR
INVERSOR
BATERIA
DIAGRAMA EM BLOCOS DO NO-BREAK ON-LINE / FALHA DE REDE
Os sistemas on-line operam normalmente com tensão mais elevada no barramento de tensão contínua (utilizam maior número de baterias). Esse ator az com que o rendimento do circuito inversor seja normalmente superior nos sistemas de no-break on-line. Como o inversor é projetado para operação contínua, é possível a aplicação desse tipo de no-break em sistemas que necessitam de autonomias elevadas, bastando apenas o uso de um número suciente de baterias (alguns modelos permitem um número variável delas). Com esta topologia, associada ao rigoroso processo de desenvolvimento e produção das unidades da CP Eletrônica, são obtidos níveis de MTBF ( Tempo médio entre alhas ) acima de 500.000horas (visto pela carga) e, nas amílias mais recentes, se aproximando de 1.000.000 de horas. Atenção: No caso de bancos de baterias em paralelo é recomendado proteção via disjuntor adequado junto a cada banco de baterias, acilitando também sua desconexão para manutenção preventiva / corretiva. Nesta unidade oram estudadas as principais topologias do No-break . Estude a seguir a última unidade: acumulador elétrico.
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Acumulador Elétrico
É um dispositivo que transorma a energia química em elétrica e viceversa, podendo assim acumular energia elétrica. Vale citar que as pilhas elétricas não são consideradas acumuladores elétricos, pois não permitem essa reversão de um tipo de energia para outro. Já a bateria é um acumulador elétrico, sobre o qual você vai estudar nesse capítulo.
Bateria As baterias são uma onte de eletricidade de uso comum que criam energia elétrica através de reações químicas. Geralmente são utilizadas como onte portátil de eletricidade ou em situações de emergência, quando outras ontes de energia não estão disponíveis. Como exemplo de locais onde são utilizadas, podemos citar: centrais teleônicas, sistemas de emergência, estações geradoras, plataormas marítimas, subestações, entre outros.
Constituição básica Uma bateria é constituída por: caixa, tampas, placas, eletrólito, conectores de elementos e bornes. A seguir, veja em detalhes cada item.
Caixa A caixa é abricada geralmente de ebonite ou plástico. Divide-se em compartimentos estanques, onde estão alojadas as placas.
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Sumário
Introdução .................................................................................................................................9 Parâmetros Fundamentais de Uma Instalação .............................................................11 Elementos da instalação...................................................................................................... 13 Grandezas elétricas ...............................................................................................................25 Cargas Elétricas .......................................................................................................................29 Dispositivos de proteção..................................................................................................... 35 Dispositivos de manobra.....................................................................................................45 Acionamentos de motores elétricos................................................................................ 59 Sistema de ornecimento ininterrupto de energia elétrica ....................................69 Acumulador Elétrico..............................................................................................................75 Reerências Bibliográcas ................................................................................................... 85
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(3) Botão Conectores de elementos
(4) Orifício de geração
Terminal
(2) Tampa Caixa Tabique
Tampas As tampas da caixa são abricadas de ebonite ou plástico e têm um bujão roscado ou de pressão, que pode ser retirado para se vericar o eletrólito.
Placas As placas são eitas de chumbo, envoltas pela solução de eletrólitos e isoladas entre si por separadores. O bujão possui um pequeno oriício que permite o escapamento dos gases resultantes das reações químicas.
Eletrólito Eletrólito é a solução composta de água destilada e ácido sulúrico, que se encontra nos compartimentos da caixa cobrindo as placas. As placas devem estar cobertas pela solução preparada com ácido sulúrico e água destilada e, caso não estejam, deve-se completar o nível da solução com água destilada.
Conectores de elementos Os conectores de elementos são de chumbo e servem para conectar os elementos, podendo ser externos ou internos.
Bornes Os bornes são de chumbo e servem para conectar a bateria à sua instalação. Cada bateria possui dois bornes de saída: Borne Positivo: é o de maior diâmetro e está marcado com um sinal (+) de cor vermelha. Borne Negativo: é o que está marcado com o sinal (-) de cor verde. • Instalações Industriais 78
Principais características As principais características de uma bateria são: tensão e capacidade.
Tensão Depende do número de elementos: três para as de 6 volts e seis para as de 12 volts.
Bateria de 6V
Bateria de 12V
Capacidade Depende do número e superície de suas placas e é expressa em ampères-horas.
Funcionamento da bateria O uncionamento de uma bateria de acumuladores compreende duas ases: processo de carga e processo de descarga.
Carga É o processo de acúmulo de energia em uma bateria. Ocorre quando se az circular uma corrente elétrica (C.C.) por uma bateria, produzindo assim uma transormação química que aumenta a densidade do eletrólito. Dessa orma, acumula-se energia.
Descarga É o processo que ocorre quando a bateria ornece energia elétrica, ocorrendo uma transormação química inversa à do processo de carga. O ácido se combina novamente com o material das placas, diminuindo a densidade do eletrólito.
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Instrumentos de controle da bateria de acumuladores Os instrumentos de controle de bateria de acumuladores são utilizados para vericação das condições de uncionamento das baterias e suas cargas. Eles são: densímetro, voltímetro e carregadores.
Densímetro O densímetro serve para medir a densidade do eletrólito. É composto por um elemento futuador com escala graduada dentro de um tubo de vidro, que pode se encher através de uma pera de borracha.
Voltímetro de alta descarga O voltímetro de alta descarga permite a determinação da capacidade da carga da bateria. Isso é eito através da medição da tensão em cada elemento, enquanto este é submetido a uma descarga relativamente alta. É constituído por um cabo isolado, duas pontas de prova, um resistor que produz descarga e um voltímetro. Além disso, possui escala graduada, com zero ao centro, conectado em paralelo com o resistor. O processo de medição ocorre da seguinte maneira: as pontas de prova são utilizadas para erir ortemente os bornes ou pontes de cada elemento da bateria, assegurando assim a circulação da corrente no resistor. A tensão do elemento sob essas condições será medida pelo voltímetro e o valor dessa tensão permitirá conhecer-se o estado da bateria. Se a leitura or inerior a 1,6 V em algum elemento, indicará que ele está em mau estado. Se houver uma dierença maior que 0,2 V entre as leituras dos diversos elementos, a bateria deve ser substituída.
Carregadores Os carregadores são equipamentos reticadores que ornecem energia para a bateria ser recarregada. Os carregadores são ormados por: transormador, reticadores, chave seletora, terminais de saída e instrumentos indicadores. Veja esses elementos e suas descrições a seguir:
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Representação esquemática do circuito com um carregador de bateria de 12V Diodo reticador
+
220v 12v
= A
-
Chave seletora Diodo reticador
Transformador
Composição Basicamente uma bateria é composta de um elemento químico, ácido sulúrico e materiais plásticos. Os elementos químicos e o ácido sulúrico reagem acumulando e liberando energia.
Transormadores O transormador é o aparelho que transorma a tensão da linha para o valor necessário.
Retifcadores Como o próprio nome diz, o reticador retica (corrige) a tensão alternada ornecida pelo transormador para a tensão adequada exigida pela bateria.
Chave seletora A chave seletora é utilizada para selecionar a tensão de acordo com a bateria conectada ao circuito de carga.
Terminais de saída Os terminais de saída permitem, por meio de terminais jacaré, a conexão entre o carregador e a bateria.
Instrumentos indicadores Os instrumentos indicadores permitem a leitura da tensão e da corrente de carga. • Instalações Industriais 81
Regimes de carga de baterias Para submeter uma bateria descarregada a um processo de recarga, ela é conectada a uma onte de corrente contínua que permita regular a tensão e a intensidade da corrente de carga. Pode-se, então, escolher entre dois métodos: carga lenta e carga rápida.
Carga lenta É a mais conveniente, sobretudo quando se deve carregar totalmente a bateria. O método recomendado é ajustar a intensidade da corrente no início da carga, a 1/10 da capacidade da bateria em ampères/hora. Por exemplo: Uma bateria de 75 ampères/hora se submeterá a uma corrente de 7,5 A. Outro método utilizado é ajustar a intensidade da corrente a 1 A por placa positiva de cada elemento. Exemplo: Em uma bateria de 15 placas por elemento, sete delas serão positivas, sendo, portanto, o regime de carga de 7A.
Carga rápida Não é aconselhável, pois diminui a durabilidade da bateria, e só deve ser realizado em casos de emergência e durante curtos períodos. A intensidade da corrente de carga pode ser de 75 a 100A para baterias de 6 volts e a metade desses valores para baterias de 12 volts. Observação: quanto mais rapidamente se carrega uma bateria, mais requente se deve controlar a temperatura do eletrólito e o processo de carga, mediante um termômetro e um densímetro. Colocar uma bateria de acumuladores em carga é a operação pela qual é acumulada energia elétrica na bateria para restabelecer seu estado normal de carga. É realizada quando a bateria se tenha descarregado, em razão de requentes ou prolongados arranques, ou grande consumo de energia não restabelecida pelo gerador. Executa-se conectando a bateria a um carregador de baterias.
Processo de execução de cargas em baterias Quando o processo de carga or eetuado com a bateria montada na base onde unciona, desconecte os cabos da mesma. Utilize somente água destilada, para complementar o nível dos elementos. 1º Passo: Limpe e inspecione visualmente a bateria. 2º Passo: Verique o nível do eletrólito e adicione água destilada, se or necessário. 3º Passo: Ponha a bateria em processo de carga. • Instalações Industriais 82
a) Determine a tensão, o tempo e o regime de carga da bateria, de acordo com as características da mesma. b) Conecte os terminais do carregador aos bornes da bateria, observando que a polaridade seja: positivo do carregador (+) com o positivo da bateria (+) e negativo do carregador (-) com negativo da bateria (-).
+
-
Observação: Assegure-se de que o interruptor do carregador esteja desligado. c) Ligue o interruptor do carregador. Durante o processo de carga da bateria, evite centelhas ou chamas em sua proximidade, pois os gases emanados são infamáveis. 4º Passo: Desconecte a bateria do carregador. a) Ao concluir o tempo de carga, desligue o interruptor do carregador. b) Retire da bateria os terminais do carregador. 5º Passo: Meça a densidade do eletrólito da bateria. a) Retire os bujões e verique se o eletrólito cobre as placas. b) Introduza a sonda do densímetro no elemento, pressionando a pera sem chegar a tocar no eletrólito. c) Cheque com a sonda do densímetro até as placas do elemento e aspire lentamente o eletrólito, até que o futuador futue. d) Observe até que número da coluna graduada do futuador corresponde o nível do eletrólito.
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Manter o tubo na vertical Não aspirar demasiado o eletrólito O utuador deve estar livre
Tomar a leitura ao nível do olho
e) Repita o processo anterior nos demais elementos e compare as leituras obtidas com as tabelas de densidade do eletrólito. Observação: Se o eletrólito não alcançou a densidade indicada, reponha a bateria em processo de carga. 6º Passo: Coloque os bujões e limpe a parte superior da bateria. 7º Passo: Meça a tensão dos elementos. a) Conecte uma ponta do voltímetro de alta descarga ao borne positivo e a outra ponta ao conector do mesmo elemento, pressionando-o pelo cabo do instrumento.
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b) Faça a leitura do instrumento, observando o deslocamento da agulha sobre a escala graduada. c) Repita a prova nos demais elementos e compare as medidas obtidas nas tabelas correspondentes. Realize esta prova rapidamente, para não descarregar o elemento.
Manutenção As baterias não devem ser submetidas a regime de alta descarga por tempo prolongado nem a curto-circuito, pois isso diminui sua vida útil. Deve-se revisar periodicamente o nível do eletrólito, mantendo-se o mesmo um (1) centímetro acima do nível das placas. Além disso, os bornes e os terminais devem se manter limpos, para evitar resistência à passagem da corrente elétrica. Devem estar rmemente apertados e recobertos com vaselina, para se impedir a sulatação. A Manutenção envolve: Vida útil mínima de quatro anos. Mantê-la sempre carregada. Vericação da qualidade da água de adição. Vericação da conservação dos elementos.
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Representação Para a representação convencional de cada elemento acumulador, utiliza-se o seguinte símbolo +
-
O traço maior representa o polo positivo (+), e o menor, o polo negativo (-). Depois de estudar essa apostila, você já tem conhecimentos necessários sobre instalações industriais.
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Bibliografa
Análise de dispositivos de manobra e de proteção de baixa tensão. Disponível em: . Acesso em 22 jun. 2009. Apostila Máquinas e Comandos Elétricos. Escola Técnica Pedro Ferreira Alves 2004. BASOTTI, Márcio Rogério. Eletricidade: Instalações Industriais. Centro de Educação Prossional SENAI de Eletromecânica. Sapucaia do Sul, 2001. 124 p. CORRÊA, Carlos Jesus Anghinoni; DUTRA FILHO, Getúlio Delano. Dispositivos e Comandos Elétricos de Baixa e Média Tensão. CEFET-RS. Pelotas, 2008. Eletricista Instalador Industrial. SENAI. PR. Curitiba, 2003 Fundamentos Básicos de Proteção de Circuitos Elétricos. Disponível em: Acesso em 22 jun.2009. Topologias Principais. Disponível em: . Acesso em 22 jun. 2009.
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a) Tomadas para ambientes normais (IP – 00) b) Tomadas para ambientes especiais (IP – 44, IP – 67 entre outros): - modelo à prova de explosão. - modelo à prova de umidade, gases, vapores e pós. É importante risar que, durante a instalação dessas tomadas, deve-se criar um padrão para a conexão dos os, evitando-se assim problemas com sequência de ases e outros condutores. A seguir, veja exemplos de tomadas e plugs industriais.
Fonte: STECK; plugs e tomadas blindadas Brasikon
Fonte: PIAL LEGRAND; material elétrico para instalações
- Tomadas e plugues industriais
Condutores Como o próprio nome diz, os condutores são os elementos responsáveis pela condução da corrente elétrica, levando-a da onte até o ponto de uso. Assim, são os elementos básicos de qualquer instalação. Como você viu, conorme sua unção, os condutores recebem a denominação de alimentadores, subalimentadores ou circuitos terminais. Observe sua constituição básica a seguir:
Nessa gura, vericam-se dois tipos de condutores: o o, cuja parte de metal é maciça (condutor mais à direita) e o cabo, cuja parte de metal é composta por vários os dispostos de orça levemente torcida, como você vê na gura à esquerda. • Instalações Industriais 18
Cabo e o têm, além do metal, uma parte isolante de material polimérico, necessária para isolar o condutor. O material deve ser resistente para suportar os esorços de enação, puxamento e abrasão, e a parte metálica deve ser de material bom condutor, uma vez que a corrente passa por ela e, dessa orma, se sua resistência or alta, haverá muito aquecimento e perda de energia. Normalmente usa-se o cobre por oerecer uma boa combinação entre custo e condutividade. Há cabos de alumínio, mas seu uso é maior em redes aéreas externas de cabos nus (sem isolamento), porque o alumínio é bem mais leve que o cobre, o que permite economizar nas estruturas de suporte. Já o isolante pode ser eito de pelo menos três tipos de materiais básicos:
PVC É o mais utilizado. Tem boas propriedades mecânicas e químicas e resistência ao ogo. Sua temperatura de trabalho é de 70ºC, que é a menor de todos os materiais isolantes usados em cabos.
EPR Material excelente, pois possui boas propriedades mecânicas e químicas e sua temperatura de trabalho é de 90ºC, o que permite a ele ser utilizado em correntes mais elevadas. Sua resistência baixa ao ogo é o seu ponto raco.
XLPE Bom material, temperatura de trabalho de 90ºC e excelente resistência química. Possui boa resistência ao ogo, mas devido à grossura de sua isolação e à sua rigidez tornam o cabo pouco fexível. Pode ser mantido ao sol, o que é uma vantagem em ligações externas. A composição do isolamento analisada é para baixas tensões apenas. Para altas tensões o isolamento é bem mais grosso e composto por várias camadas. Os condutores são caracterizados pela área de sua seção transversal ou bitola. Essa característica identica os os, existindo os de 1.5mm², 2.5mm², entre outros. A capacidade de um o de conduzir corrente depende de vários parâmetros. Um deles é que, quanto maior a seção transversal de um condutor, maior é sua capacidade de conduzir corrente. Além disso, o valor máximo de corrente que um o pode suportar depende do tipo do material do isolamento. Outro parâmetro importante é a situação de sua instalação. Por exemplo, um cabo dentro de um tubo tem muito mais diculdade para trocar • Instalações Industriais 19
calor com o ambiente do que um cabo ao ar livre. Assim sendo, um cabo instalado ao ar livre suporta mais corrente do que um cabo de mesma bitola dentro de um tubo. Outro parâmetro se reere à quantidade de os dentro de um tubo. A capacidade individual de um o reduz se no mesmo tubo existem os de outros circuitos. Existem na norma tabelas de capacidade de condução para várias seções padronizadas em unção da condição de instalação e do material do isolamento. Existem ainda atores de correção que devem ser aplicadas para a obtenção do valor correto da corrente máxima que um o pode suportar.
Linhas Elétricas Linhas elétricas são os meios por onde os condutores devem ser instalados. Sua unção básica é a proteção e a sustentação dos condutores elétricos. Existem vários tipos, sendo os mais utilizados os eletrodutos, canaletas, bandeja e escada. Veja:
Eletrodutos São tubos especícos para condutores. Podem ser metálicos ou de polímeros.
Canaletas São condutos de seção transversal retangular, normalmente instalados nas paredes.
Bandeja Perl metálico em orma de U destinado a ser instalado na parede ou suspenso por meio de tirante à estrutura do telhado. Muito utilizado em indústrias.
Escada Similar à bandeja, só que em vez do perl em U, temos uma estrutura similar a uma escada.
Formas de Instalação Podemos classicar as ormas da instalação em:
• Instalações Industriais 20
Embutida Quando a linha ca embutida no piso ou parede.
Aérea Quando os condutores cam suspensos ao ar livre. Exemplo: os num poste.
Subterrânea Quando a linha é embutida no solo.
Aparente Quando a linha elétrica ca aparente, ou seja, pode ser vista. Exemplo: tubos presos numa parede, eletrocalhas. Veja a seguir um exemplo de instalação com o uso de eletrocalhas:
As eletrocalhas e os leitos para cabos constituem um sistema condutor e distribuidor de os e cabos bastante versátil, podendo atender às mais diversas situações, devido à grande quantidade de acessórios disponíveis e à variedade de medidas. Proporcionam ácil acesso à rede elétrica, tanto para a manutenção como para a ampliação. Não é necessária a xação dos cabos às calhas para quase todas as situações. São abricados com chapas totalmente lisas, com chapas peruradas ou ainda com barras espaçadas e sustentadas por duas guias. Alguns modelos são próprios para instalação no piso (rede subterrânea).
Observações Os Dispositivos de Manobra e de Proteção - como por exemplo contatores, chaves seccionadoras, disjuntores,usíveis e relés - também são elementos de uma instalação elétrica. Você verá tais dispositivos na unidade V. • Instalações Industriais 21
- Os materiais estudados na unidade III de Instalações Elétricas Prediais são também elementos integrantes das instalações elétricas industriais. No presente material repetimos apenas alguns destes, como o aluno possivelmente deve ter observado. Veja agora como representar os componentes de um circuito: o chamado esquema elétrico!
Esquema elétrico Um esquema elétrico é ormado por diversos componentes, de acordo com as normas de símbolos grácos e símbolos literais. Veja a seguir o esquema com circuitos de manobra principais, representando uma instalação elétrica industrial.
T1
Q1 />
P3
P1
T2
A V
T3 P2 F1,2,3 Q2
Q4
Q3
F3,4,5
F6,7,8 F9,10,11
K1
Q5
F18
K2 F19
M 3~
K3 M 3~
K4 Q6 K5 F20
F12,13,14 />
K6 F21
F15,16,17
G1 M 3~
T1 - Transformador de alimentação Q1 - Disjuntor T2 - Transformador de medição para corrente T3 - Transformador de medição para tensão P1 - Amperímetro para medição de corrente P2 - Voltímetro para medição de tensão P3 - Equipamento para múltipla medição Q2 - Disjuntor para distribuição Q3 - Seccionador sob carga de distribuição F1,2,3 - Fusíveis para proteção na distribuição Q4 - Seccionador-fusível para manobra e proteção na distribuição F3,4,8 a F12,13,14 - Fusíveis retardados dos ramais de motores K1 e K5 - Contatores para manobra dos motores F18 a F21 - Relés de sobrecarga para proteção dos motores Q5 - seccionador para manobra direta da carga Q6 - Disjuntor de entrada para ramal de motor K6 - Contator de entrada para ramal de motor F15,16,17 - Fusíveis ultra-rapidos para proteção dos componentes eletrônicos de potência G1 - Partida suave (soft-starter)
• Instalações Industriais 22
M 3~
Conorme o seu objetivo, os diagramas elétricos podem ser eitos de acordo com os modelos unilar (visto acima) ou multilar. O diagrama unilar tem o objetivo de mostrar as interligações entre equipamentos, mas sem detalhes quanto aos pontos de conexão existentes nesses. Já o diagrama multilar é um elemento que detalha todas as conexões de um determinado quadro, mostrando a que ase um circuito terminal ou um quadro subordinado está conectado. Ele possui basicamente as mesmas inormações do diagrama unilar, porém detalha mais um único quadro, elucidando possíveis dúvidas de instalação. Tanto o diagrama multilar, como o unilar oram estudados em Instalações Elétricas Prediais. Mas no presente caso, que é o de uma rede triásica (L1,2,3), passaria a ser uma representação trilar. Ou senão, no esquema de comando (veja a seguir, exemplo do circuito partida estrelatriângulo, no tópico Circuito de Comando), o de uma representação bilar, pois nesse caso temos um circuito alimentado por dois condutores em orma monoásica ou biásica. Existem algumas condições básicas que devem ser respeitadas ao reunir os componentes de um circuito. Veja quais são: • A entrada do sistema deve possuir a melhor qualidade de operação e proteção para atender com segurança as piores circunstâncias, como
por exemplo, proteger os componentes contra a ação térmica e dinâmica da corrente de curto-circuito. • A estrutura do sistema é basicamente dada pela necessidade da divisão
de cargas, assegurando uma elevada praticidade e conabilidade ao sistema, bem como atender a certas imposições normalizadas, tal como no caso da partida de motores, com a inserção de métodos de partida para potências nas quais as normas o exigem. • Ao ser feita a montagem do circuito, devem-se observar os corretos
métodos de instalação, bem como, na hora de aplicar carga, atender à orientação da respectiva norma de “aplicação de carga”, para não prejudicar o seu desempenho uturo. • Semelhantemente ao item anterior, deve-se conhecer a metodologia
de manutenção citada na norma do produto em questão, para assegurar uma vida útil a mais prolongada possível. Com isso, são minimizados investimentos uturos para manter o sistema uncionando, o que eleva a rentabilidade da instalação industrial alimentada por esse circuito. Os circuitos de manobra principais têm, normalmente associados a eles, os circuitos de comando, no qual estão ligados os componentes para manobra manual e automática e de proteção. Um desses circuitos está representado na gura a seguir, e se trata do circuito de comando de uma partida estrela-triângulo, conorme estudado em Comandos Elétricos.
• Instalações Industriais 23
Circuito de comando Exemplo: Partida estrela-triângulo F21 F22
F23
}
F7
95 96
S2
S0
1 2
S1
3 4
K6
K6
43 K1 44
15
25
28 16 13 13 13 21 K2 K3 21 K1 14 K3 14 K2 14 22 22 A1 A1 A1 A1 A2
A2
K2
K1
A2
A2
H1
F21,F22,F23 - Fusíveis para proteção do circuito de comando T1 - Transformador para alimentação do comando F7 - COntator auxiliar (NF) do relé de sobrecarga S2 - Chave m de curso de proteção do sistema de partida S0 e S1 - Botões de comando de impulso para liga e desliga K6 - Relé de tempo e contatos temporizados K1,K2,K3 - Bobinas dos contatores e contatos auxiliares H1 - Sinalizações do regime de operação
Agora que você aprendeu sobre os elementos da instalação, vai estudar a seguir sobre as grandezas elétricas.
• Instalações Industriais 24
Grandezas elétricas
Conhecer as grandezas elétricas - como por exemplo a corrente nominal e a corrente de curto-circuito - é importante, pois tais grandezas caracterizam os equipamentos e dispositivos elétricos. São parâmetros, associados às curvas de cargas, que serão estudados na próxima unidade, utilizados para a correta seleção e aplicação de equipamentos e dispositivos de manobra e de proteção. O objetivo desta unidade é conceituar as grandezas elétricas relacionadas aos equipamentos e aos dispositivos existentes em uma instalação elétrica. Vejamos:
Corrente nominal Corrente elétrica nominal é a corrente elétrica, normalmente expressa em ampères (A) ou quiloampères (kA), que será observada (ou medida) em um determinado aparelho, quando este estiver operando adequadamente. Este parâmetro é denido pelo abricante do equipamento. Também é utilizada para expressar a capacidade máxima de um determinado aparelho, sendo, portanto um limite de corrente elétrica que pode ser exigido do equipamento, sem que este seja danicado.
Corrente de sobrecarga Corrente de sobrecarga num circuito é uma corrente superior à sua corrente nominal, mas inerior à vericada numa situação de curto-circuito. Normalmente os circuitos suportam sobrecargas, mas somente por um tempo determinado. A situação de sobrecarga é normal durante o arranque dos motores, dada a sua constituição e o seu princípio de uncionamento. Podem ainda surgir sobrecargas quando o motor ca sujeito a esorços superiores aos normais. Nestes casos a corrente toma valores anormais que produzem o aquecimento dos condutores. Se a situação se mantiver, pode haver deterioração dos isolamentos das bobinas que constituem o motor, conduzindo a curtos-circuitos entre condutores e à deterioração do motor. Por estas razões, é preciso limitar a duração das sobrecargas, de acordo com o valor da corrente.
Achou importante? Faça aqui suas anotações. • Instalações Industriais 25
Corrente de curto-circuito É uma corrente muito elevada e muitas vezes superior à corrente limite nominal dos condutores, que é gerada por um curto circuito. Esta corrente pode ser originária da rede elétrica ou de algum equipamento elétrico com as ases cruzadas. Como consequência deste enômeno é gerado um sobreaquecimento intenso no circuito, proporcionando o risco de incêndios e queima prematura de aparelhos elétricos.
Corrente de partida Corrente de partida é a corrente elétrica demandada por uma máquina elétrica (motor) no intervalo de tempo denominado de partida, que vai desde o instante inicial em que a energia elétrica é conectada aos terminais da máquina elétrica - e então o seu rotor principia o movimento a partir da velocidade zero - até o instante nal em que a plena velocidade correspondente é atingida pelo rotor.
Sobrecorrente Corrente cujo valor excede o valor nominal. Lembrando que o valor nominal é a capacidade de condução de corrente, ou seja, uma sobrecorrente pode ser devido a uma sobrecarga ou a um curto-circuito. Pelo ato de serem enômenos distintos, as ormas de proteção também são distintas. Portanto, é importante não conundir tais termos.
Capacidade de Interrupção A capacidade de interrupção de um disjuntor representa o valor máximo da corrente de curto-circuito que o abricante assegura que o disjuntor pode suportar sem sorer danos. Se tais valores orem superados na ocorrência de um curto -circuito, o respectivo disjuntor de proteção, ao invés de manter a integridade da instalação, poderá aumentar os danos ísicos e, consequentemente, as despesas com o conserto dos estragos ocorridos.
Resistência de contato É a resistência elétrica entre duas superícies de contato unidas em condições especícas. Esse valor é muito importante, por exemplo, quando duas peças condutoras são colocadas em contato ísico, passando a corrente elétrica de uma peça para a outra. É o que acontece entre o encaixe de usíveis na base e a peça externa de contato do usível, que não pode ser abricada com materiais que venham a apresentar resistência de contato elevada. Você vai aprender sobre usíveis na unidade dispositivos de proteção. • Instalações Industriais 26
Características do Componente / Equipamento quanto à grandeza elétrica Cada componente/equipamento que az parte das instalações industriais tem gravadas, em sua parte externa, as grandezas principais que o caracterizam. Nos manuais ou catálogos técnicos dos equipamentos outros dados importantes também podem constar. São indicações básicas no caso de componentes elétricos. Veja alguns exemplos. • Tensão (elétrica) nominal (Un) e corrente (elétrica) nominal (In) • Frequência nominal (fn) • Potência presente no circuito a que se destina (Pn) • Eventualmente a corrente máxima de curto-circuito, no caso de disjun -
tores (Icu / Ics) • Normas que se aplicam aos componentes, tanto as especicações
quanto os métodos de ensaio. Você estudou mais um item importante desta apostila: grandezas elétricas. Você estudará na próxima unidade as cargas elétricas.
• Instalações Industriais 27
• Instalações Industriais 28
Cargas Elétricas
Nesta unidade você estará analisando as cargas elétricas. O termo “cargas elétricas” reere-se aos receptores elétricos como, por exemplo, lâmpadas, motores elétricos, capacitores, entre outros O estudo das cargas elétricas é undamental para a correta denição dos dispositivos de manobra de circuitos elétricos, como os contatores, por exemplo, que serão estudados na unidade 06. Os grácos apresentados merecem atenção especial, bem como a correta compreensão desses. Não siga adiante sem sanar as dúvidas que porventura orem surgindo. Atente para o conceito de cada tipo de carga.
Tipos de cargas As cargas, elétricas (como as lâmpadas incandescentes) ou eletromecânicas (motores, por exemplo), alimentadas por um circuito elétrico, apresentam características elétricas. Basicamente, temos três tipos de cargas. Uma sempre predomina em cada componente/equipamento, porém sem deixar de existir uma parcela de outras ormas de carga simultaneamente presentes. Elas são indutivas, resistivas ou capacitivas. Veja.
Cargas indutivas São como a dos motores elétricos. Mas a presença de um certo eeito resistivo, maniestado pela existência das perdas joule, comprova que, ao lado dessa carga indutiva, encontramos, não sem importância, a carga resistiva.
Cargas resistivas São como as encontradas em ornos elétricos e lâmpadas incandescentes. Se uma carga puramente resistiva é conectada ao sistema, a corrente e a tensão mudarão de polaridade em ase. Nesse caso o ator de potência será unitário (1), e a energia elétrica fui numa mesma direção através do sistema em cada ciclo.
Achou importante? Faça aqui suas anotações. • Instalações Industriais 29
Cargas capacitivas São como as encontradas nos capacitores, sem com isso excluir a presença, em menor intensidade, de cargas indutivas ou resistivas nesse componente.
Curvas de Cargas Uma curva de carga é a representação gráca da evolução temporal do consumo de energia elétrica, em um determinado ponto da malha elétrica. Normalmente, são exibidas segundo um horizonte diário e uma discretização de 15 minutos. A curva de carga de um transormador consolida a demanda de todos os consumidores por ele servidos, assim como das perdas decorrentes da distribuição da energia elétrica. Você vai aprender mais detalhadamente sobre cada uma das três ormas de curvas de carga a seguir.
Cargas indutivas Caracterizam-se por uma corrente de partida, algumas vezes maior que a nominal, que vai atenuando sua intensidade com o passar do tempo, conorme o motor vai elevando sua velocidade. Isso pode ser visto no gráco a seguir que tem como unidade de medida no eixo dos tempos o segundo, e no eixo das correntes, o múltiplo da corrente nominal (x In). Carga Indutiva
( x/n ) Exemplo: Motor trifásico com rotor em curto-circuito
20 10
Pico de corrente na ligação 8 ./n (cos φ = 0,35)
-10 -20 0
0,5
1,0 ( s )
Essa corrente maior é consequente da necessidade de uma potência maior no início do uncionamento do motor, para vencer as inércias mecânicas ligadas ao seu eixo, que em última análise são as apresentadas pela máquina mecânica que o motor deve movimentar. Uma vez vencida a inércia, o motor reduz a corrente e alcança o seu valor nominal (In). Devido à corrente de partida maior que a nominal, surgem perdas elétricas e futuações na rede, que precisam ser controladas - lembrando que, para uma certa tensão de alimentação, a corrente é diretamente • Instalações Industriais 30
proporcional à potência . Os problemas citados são aceitáveis para cargas indutivas de pequeno valor, exigindo, porém, medidas de redução da potência envolvida para cargas de valor mais elevado. Nesse sentido, na área da baixa tensão, cujos circuitos devem atender à norma NBR 5410/1997, encontramos no seu circuito a determinação de que somente para potências motoras até 3,7 kW (5 cv) inclusive, a ligação dessa carga indutiva pode ser eita diretamente, sem a redução supramencionada. Acima dessa potência, o primeiro passo é a consulta à concessionária de energia, no local da instalação desse motor, sobre o limite até o qual é permitida a partida direta - a plena tensão - pois esse valor depende das condições de carga em que a rede de alimentação se encontra. É importante não esquecer esse detalhe na hora de denir o circuito de alimentação de uma carga motora, sob pena de azer um projeto errado.
Cargas resistivas Pela análise da curva de carga nota-se claramente que a relação tempo x corrente evolui de um modo totalmente dierente. De um lado, no eixo dos tempos, a escala é de milisegundos, demonstrando que a duração de um pico inicial de corrente é muitíssimo menor e consequentemente menores os eeitos daí resultantes - como é o caso do aquecimento - , enquanto que no eixo da corrente, continua ser o múltiplo da corrente nominal ( x In ). Por outro lado, é bem maior o pico de corrente, que chega a valores da ordem de 20 vezes o valor nominal. Mas no seu todo, o produto corrente x tempo se apresenta bem menos crítico do que no caso das cargas indutivas, o que vai ter uma infuência no valor da grandeza de manobra dos dispositivos. Assim, como podemos observar nas inormações relativas à capacidade de manobra de contatores, o valor numérico da corrente Ie / AC-1 de um dado contator é sensivelmente maior do que perante cargas motoras (Ie / AC-2 e AC-3), conorme ilustração a seguir. Carga resistiva (x/n) 30
Exemplo: Resistência para aquecimento
20
Pico de corrente na ligação 20 ./n (em poucos milisegundos)
10
-10 0
10
20
(ms)
• Instalações Industriais 31
Cargas capacitivas Na carga capacitiva você vai encontrar sobre eixos de coordenadas reerências de tempo e corrente similares ao caso anterior, alguns picos de sobrecorrente mais críticos, porém de curta duração. Portanto, o eeito de aquecimento e o dinâmico sobre os componentes do dispositivo é de importância, com um pico de 60 x In, o que pode comprometer uma manobra nessa etapa de carga. Por essa razão, dispositivos de manobra para capacitores precisam ser de tipo especial ou o usuário deve consultar o abricante sobre qual o dispositivo de manobra a ser usado. A seguir estão representadas nas guras as reeridas curvas de cargas. Carga capacitiva
Exemplo: Banco de capacitores
(X/n)
Pico de corrente na ligação (muito elevado) 60 ./n
60 40 20
-10 -20 0
10
20
(ms)
(Os contatores básicos devem ser adaptados a manobra de capacitores, diminuindo o efeito de pico através de resistência ou indutâncias ligadas em série).
Defnição da capacidade de manobra em unção da carga Em relação à análise das curvas de carga, você viu que, cargas de natureza dierentes (resistivas, indutivas, capacitivas) levam a capacidades de manobra também dierentes. Assim, justica-se que, perante cargas indutivas - que se caracterizam por correntes de partida bem mais elevadas que as nominais - os dispositivos de manobra (usualmente contatores) apresentam uma capacidade de manobra menor do que a encontrada perante cargas resistivas. Portanto, a capacidade de manobra de um contator depende do tipo de carga que é ligado. Além desse aspecto, cargas permanentemente ligadas conerem ao dispositivo, uma capacidade de manobra mais elevada do que a disponível, se as manobras obedecerem a um regime de serviço não contínuo ou intermitente. São, assim, duas as variáveis que devem ser conhecidas e que denem a capacidade de manobra de um dado contator: o tipo de carga e o regime de serviço. Tais atos são levados em consideração pela norma IEC 60947 ao criar • Instalações Industriais 32
uma caracterização da capacidade de manobra: a categoria de emprego ou de utilização. Essa categoria é denida separadamente para redes de corrente alternada (AC) e para corrente contínua (DC), aplicada em contatores de potência, auxiliares e seccionadores. Observe que as abreviaturas vêm da língua inglesa, que é a língua técnica internacionalmente utilizada. Na unidade 05, a seguir, você vai estudar sobre os dispositivos de proteção e, em seguida, na unidade 06, dispositivos de manobra como, por exemplo, os contatores aqui mencionados.
• Instalações Industriais 33
• Instalações Industriais 34
Dispositivos de proteção
São dispositivos destinados à proteção da instalação elétrica contra correntes de sobrecarga e curto-circuito. Os tipos de dispositivos de proteção utilizados nas instalações elétricas industriais são: Fusíveis, Disjuntores e Relés. Veja a seguir.
Fusíveis Fusível é um elemento de proteção que deve atuar em caso de curtocircuito. Os usíveis utilizados na proteção de circuitos com motores são do tipo retardado (tipo g), porque a usão do elo não ocorre instantaneamente após ser ultrapassada a corrente nominal do usível, podendo nem queimar, dependendo da duração e do valor atingido. Isso é para que o elo não rompa com o pico de partida dos motores. Quando o valor de corrente ultrapassa em cerca de 10 vezes ou mais a capacidade nominal do usível, a atuação é praticamente instantânea. Atenção: Nunca se deve substituir um usível sob carga (corrente), pois o arco elétrico provocado pode machucar e causar sérios danos.
Fusível Diazed Diazed é o modelo de usível utilizado em instalações industriais nos circuitos com motores. É do tipo retardado e abricado para correntes de 2 a 100 A. O conjunto de proteção Diazed é ormado por: tampa, anel de proteção – ou, alternativamente, cobertura de proteção –, usível, parauso de ajuste e base unipolar ou tripolar (com xação rápida ou por parausos). O usível possui, na extremidade, um indicador que tem a cor correspondente à sua corrente nominal, que é a mesma cor do parauso de ajuste. O indicador desprende-se em caso de queima, podendo ser visto pelo visor da tampa. Seu interior é preenchido com uma areia especial, de quartzo, que extingue o arco voltaico em caso de usão.
Achou importante? Faça aqui suas anotações.
O parauso de ajuste tem a unção de não permitir a substituição do usível por outro de maior valor, já que o diâmetro da extremidade que ca em contato com este é dierente para cada corrente (exceção para 2, 4 e 6 A, quando o parauso tem a mesma bitola, embora dierenciado nas cores). A xação deste parauso é eita com uma chave especial chamada de chave para parauso de ajuste (ou chave rapa). • Instalações Industriais 35
Na base, a conexão do o ase deve ser no parauso central, evitando que a parte roscada que energizada quando sem usível. Tabela- Código de cores dos usíveis Diazed Corrente nominal( A)
Base 25
Base 63
Base 100
2
Código de cor Rosa
4
marron
6
verde
10
vermelho
16
cinza
20
azul
25
amarelo
35
preto
50
branco
63
cobre
80
prata
100
vermelho
Fonte: SIEMENS. Compilado para manobra e proteção Figura- Componentes de um conjunto de segurança Diazed
tampa
anel de proteçao
base
fusível
parafuso de ajuste
chave rapa
cobertura de proteçao
Fusível NH O usível NH é usado nos mesmos casos do Diazed, porém é abricado de 6 a 1.250 A. O conjunto é ormado por usível e base. A colocação e/ ou retirada do usível é eita com o punho saca-usível. Existe nele um sinalizador de estado (bom/queimado), porém não em cores dierentes, como no Diazed. Fonte: SIEMENS. Compilado para manobra e proteção Figura- Componentes de um conjunto de segurança NH
• Instalações Industriais 36
fusível
base NH
punho
Como dimensionar um usível? Para determinar o usível de um circuito que terá um motor elétrico, deve-se conhecer a corrente nominal (In) do motor, a corrente de partida (Ip/In) e o tempo que o motor leva para acelerar totalmente. Com base nisso, consulta-se o gráco tempo X corrente ornecido pelo abricante de usíveis, como na gura a seguir. 2 1 30 20 10 8 4 2 1
40 20
10 8 4 2 1 500 400
200 100 50 40
20 10 8 4 2 1 2
8
10
20
40
60
80 100
200
400
800 900 1000
2000
4000
• Instalações Industriais 37
Fonte: SIEMENS. compolado para manobra e proteção. Figura - Curva característica tempo/corrente: fusíveis Diazed
Essa gura apresenta as chamadas curvas características que inormam como o usível vai atuar, ou seja, qual o tempo de que precisará para interromper uma dada corrente anormal. O elemento usível, para que possa uncionar de orma satisatória, ou seja, para desempenhar sua ação de interrupção no tempo certo, deve ser abricado de um metal que permita a sua calibragem em relação à corrente com alta precisão. Para tanto, o metal deve ser homogêneo, de elevada pureza e de dureza apropriada. O material usado para esta nalidade na área de usíveis de potência é o cobre. Os usíveis de eeito retardado mais comumente usados - NH e Diazed Retardado, vistos anteriormente - devem ser instalados no ponto inicial do circuito a ser protegido. É indispensável que os locais sejam arejados, para que a temperatura se conserve igual a do ambiente. Além disso, esses locais devem ser de ácil acesso, de orma a acilitar a inspeção e a manutenção. A instalação deve ser eita de tal modo que o operador tenha um manejo seguro, sem perigo de choque. Dentro do corpo dos usíveis usados em instalações industriais existe uma espécie de areia que tem por unção extinguir a chama proveniente da usão do elemento usível. Veja a seguir as guras explodidas dos usíveis Diazed e NH, indicando seus componentes: Diazed 1
2
3 4
5
• Instalações Industriais 38
1 - Contato superior 2 - Elo Fusível 3 - Corpo Cerâmico 4 - Areia de quartzo 5 - Contato inferior
NH 1
2
3
4 5 6
1 - Contatos e fusível e base 2 - Elo Fusível 3 - Corpo cerâmico 4 - Areia de quartzo 5 - Indicador de estado 6 - Terminal de conexão 7 - Base
7
Importante: Existem usíveis de atuação rápida que não são indicados para proteção de motores. Alguns são sicamente idênticos aos usíveis Diazed® e NH, mas não podem ser utilizados, pois queimarão no momento da partida. O contrário também deve ser observado: não instalar usíveis retardados em equipamentos que exijam usíveis rápidos.
Relés Relé é um disposit dispositivo ivo que pode ser eletromecâni eletromecânico co ou não, com inúmeras aplicações possíveis em comutação de contatos elétricos. É utilizado para ligar ou desligar dispositivos. Se o Relé or eletromecânico, a comutação será realizada alimentando-se a bobina do mesmo. A seguir, veja tipos de relés utilizados para a proteção de motores elétricos.
Relé Térmico de Sobrecarga É um componente utilizado para proteger os motores elétricos de sobrecargas. Mas... O que é uma sobrecarga? A sobrecarga é uma situação que leva a um sobreaquecimento por joule. Os materiais utilizados na instalação somente o suportam até um determinado valor e por tempo limitado. As sobrecargas são originadas por rotor do motor bloqueado, partida prolongada do motor e alta de ase, por exemplo. Imagine um o isolado em PVC cuja especicação técnica dene, dentre outros itens, uma temperatura admissível perante uma sobrecarga de 100° C e temperatura de 70°C permanentemente admissível no isolante. Se esses valores orem ultrapassados, o seu material isolante vai se deteriorar. Aí está a unção do relé de sobrecarga: atuar antes que esses limites de deterioração sejam atingidos, garantindo uma apropriada vida útil dos componentes do circuito. • Instalações Industriais 39
Existem basicamente dois tipos: Bimetálico e Eletrônico.
Relé Bimetálicos Os relés bimetálicos possuem três elementos pelos quais passa a corrente do motor. Quando é excedido o limite de corrente, ocorre o curvamento dos elementos bimetálicos por eeito Joule e isso az com que seja acionado um contato auxiliar que comuta de posição, motivo pelo qual os relés térmicos devem ser usados com contatores ou componentes de acionamento semelhante. Cada relé térmico de sobrecarga é abricado para uma aixa de corrente, sendo necessária sua regulagem, conorme a carga acionada. Os relés térmicos térmic os têm características de ação retardada, suportando, sem problemas, os picos de corrente da partida dos motores elétricos. Após atuarem, é necessário azer o rearme do relé. A maioria desses componentes possui sinalizador de armado/desarmado.
97
95
F1
96
98
R
S
T
L1 K1 97
95
F1 98
96
L2
M 3~
B1
Figura - Instalação do relé térmico de sobrecarga sobrecarga
• Instalações Industriais 40
PE
Veja a seguir a construção do relé de sobrecarga e o desenho em corte: Relé de sobrecarga bimetálico Princípio construtivo Para reame Automático
1
2 9897
95
1 - Botão de rearme 2 - Contatos auxiliares 3 - Botão de teste 5 4 - Lâmina bimetálica auxiliar 5 - Cursor de arraste 6 6 - Lâmina buimetálica principal 7 - Ajuste de corrente
3 Para reame manual
4
96
L1 T1 L2 T2 L3 T3
7 Desenho em corte 1
5
2 3
6
4 7 8 9 L1 L2 L3
T1
T2
T3
1 - Botão de teste (vermelho) 2 - Botão de rearme (azul) 3 - Indicador de sobrecarga (verde) 4 - Contatos auxiliares 1NA + 1NF 5 - Dial de ajuste da corrente 6 - Lâmina bimétrica auxiliar 7 - Cursores de arraste e alavanca
Relé Eletrônico Conorme visto anteriormente, o relé de sobrecarga bimetálico atua perante os eeitos térmicos da corrente elétrica. Mas... Podem ocorrer situações em que ocorram sobreaquecimentos prejudiciais a uma carga, que não são consequência de um excesso de corrente elétrica? Pode sim! É o que acontece, por exemplo, quando um motor elétrico tem suas aberturas dos radiadores de calor entupidos, o que diminui sensivelmente a troca de calor, e o relé de sobrecarga bimetálico não registra o calor daí gerado. É preciso então controlar a temperatura, seja ela oriunda de qualquer origem. Para atender a essa condição, usa-se um relé de sobrecarga eletrônico, pois este permite sensoriar a temperatura no ponto mais quente da máquina, através de um termistor, que por sua vez aciona o relé de sobrecarga eletrônico. Os relés térmicos eletrônicos são instalados da mesma maneira que os bimetálicos, porém através de TCs (transormadores de corrente) azem • Instalações Industriais 41
a leitura da corrente, tendo esses valores monitorados por um circuito eletrônico. Se os limites orem ultrapassados, o circuito comuta o contato auxiliar. Relé de sobrecarga eletrônico 3RB12
5
8
6 7
A1 A2 T1 T2/C1C2
1 2 3
60 50 Gnd Fault 40 Overload 30 25
Ready
Test/ Reset
4 NF 95
96 97
15 10 5
Y1 Y2
70 80 90
100
3RB12
A
11
20 25 30
12
Class
NA
NF
98
05 06 07 08
9
NA
10
1 - Sinalização pronto para operar (LED verde) 2 - Sinalização disparo por corrente de fuga (LED Vermelho) 3 - Sinalização disparo por sobrecarga ou pelos termistores (LED Vermelho) 4 - Rearme e teste 5 - Ligação para tensão de comando 6 - Ligação para temistores 7 - Ligação para corrente de fuga pelo transformador de corrente 3UL22 8 - Ligação para rearme à distância ou automático 9 - Contatos auxiliares 1NA + 1NF para sobrecarga ou termistores
Relé Falta de Fase Este relé é um componente eletroeletrônico que monitora um circuito elétrico, vericando a presença ou não das três ases. Ele desliga o circuito caso isso ocorra, evitando que a máquina uncione com alta. Alguns modelos vericam também a presença do neutro, sendo então chamados de relé alta de ase e neutro. A ligação desses componentes exige um circuito apropriado com dispositivos de controle à distância integrado (contator, por exemplo), pois a atuação ocorre com a modicação da posição de um contato auxiliar, que então deve atuar em um circuito de comando. Normalmente o contato que deve ser conectado em série ao circuito é o contato NA (normalmente aberto), pois echa assim que recebe os condutores energizados da rede elétrica. R S
T (N) L2
FF(N) ao circuito de força L1 Figura - Esquema básico para a ligação de u relé falta de fase
• Instalações Industriais 42
Disjuntores O disjuntor é um dispositivo capaz de manobrar o circuito nas condições mais críticas de uncionamento, ou seja, nas condições de curto-circuito. Eles podem ser monopolares, bipolares, tripolares, conorme o número de ases a proteger: uma, duas ou três, respectivamente. Então o disjuntor, além de ser um dispositivo de proteção, é também um dispositivo de manobra? Exatamente! A principal característica de um disjuntor é a capacidade de se rearmar manualmente após atuação. Não é o caso do usível, que ca inutilizado depois de proteger a instalação. O disjuntor interrompe a corrente em uma instalação elétrica, antes que os eeitos dessa corrente possam se tornar perigosos às próprias instalações. Por esse motivo, ele serve tanto como dispositivo de manobra, como de proteção de circuitos elétricos. Sua manobra também pode ocorrer pela ação de relés de sobrecarga e de curto-circuito. Nesse caso, os relés não desligam o circuito: eles apenas induzem ao desligamento, atuando sobre o mecanismo de molas, que aciona os contatos principais. Segue abaixo a representação dos componentes de um disjuntor tripolar. Conorme pode ser visto na representação, cada ase do disjuntor tem em série, as peças de contato e os dois relés. 5 4
1
3
U<
/> />
/>
1 - Contatos principais 2 - Relés de sobrecorrentes de sobrecarga e de curto-circuito 3 - Contatos auxiliares 4 - Relé de substensão 5 - Relé de desligamento à distância
2
Os valores nominais do disjuntor são gravados externamente na sua carcaça. Esses valores são obtidos segundo as normas de ensaio que se aplicam ao dispositivo, na orma individual, ou seja, uma unidade de disjuntor unipolar ou multipolar é ensaiada, perante condições de temperatura e altitude estabelecidas em norma. Você já ouviu alar em disjuntor motor? O disjuntor motor é utilizado para conduzir ou interromper um circuito sob condições normais, assim como interromper correntes sob condi• Instalações Industriais 43
ções anormais do circuito (curto-circuito, sobrecarga e queda de tensão). Nesses disjuntores a corrente é ajustada no valor exato do motor. O acionamento desses componentes é manual, através de botões ou alavanca. Alguns dispositivos auxiliares podem ser acoplados a esses disjuntores para atender a nalidades especícas. Exemplos: - Bloco de contatos auxiliares usado para sinalização (elétrica ou sonora), intertravamento, entre outros. - Bobina de impulso, usada para desligamento a distância , entre outros. - Bobina de subtensão, usada para desligamento à distância, proteção de quedas de tensão e outros.
Veja a seguir: dispositivos de manobra de circuitos elétricos.
• Instalações Industriais 44
Dispositivos de manobra
Nesta unidade você aprenderá sobre dispositivo de manobra, que é um dispositivo destinado a estabelecer ou interromper corrente, em um ou mais circuitos elétricos.
Seccionadores O seccionador ou chave seccionadora é um dispositivo de manobra mecânico que tem a unção de estabelecer ou interromper a corrente num circuito. Um seccionador-usível é uma combinação de um seccionador com os usíveis, localizados na posição dos contatos móveis do seccionador. Veja sua representação gráca e construtiva: 3NP4
Para pequenas cargas, como é o caso de ocinas e determinadas condições de operação dentro de um sistema elétrico, há por vezes necessidade de um dispositivo que opere eventualmente cargas de pequeno valor. Para esses casos, é possível utilizar o seccionador sob carga, que não é mais do que um convencional, com uma estrutura de contatos e câmaras de extinção, de características também limitadas a tais usos.
Achou importante? Faça aqui suas anotações. • Instalações Industriais 45
Seccionador sob carga Representação gráca
Representação Construutiva S32
S37
As chaves seccionadoras são ornecidas para trabalhar em circuitos de corrente contínua e alternada, sendo sua escolha realizada em unção da corrente nominal da carga. Dependendo do seu acionamento, as chaves seccionadoras podem ser do tipo rotativas ou acionadas por alavanca.
Rotativas São chaves acionadas pelo movimento rotativo geralmente por botões giratórios. A gura a seguir mostra uma chave seccionadora do tipo rotativa.
As chaves seccionadoras rotativas podem se apresentar de duas maneiras: Individual e em conjunto.
Individual A gura a seguir mostra a chave seccionadora com apresentação tipo “individual”, para montagem em quadros de comando e, nesse caso, podem ser xadas pela base ou pelo topo.
• Instalações Industriais 46
Em conjunto Veja a seguir a apresentação da chave seccionadora do tipo “em con junto”, construída em caixas (cores) para montagem exposta e também dotada de dispositivos de segurança (usíveis).
Por alavanca Quanto às chaves acionadas por alavanca, a dierença está justamente no seu acionamento que, ao invés de ser rotativo, é realizado através de uma ação na alavanca, azendo um movimento vertical.
Chave Reversora Tripolar Manual Esse tipo de chave é bastante empregado para o comando de motores de pequena e média potência. Os contatos da chave reversora tripolar manual podem se apresentar a • Instalações Industriais 47
seco, para baixos valores de corrente, ou imersos em óleo para correntes mais elevadas. O óleo utilizado nessas chaves é do tipo mineral e tem por nalidade aumentar a vida útil dos contatos da chave. Para melhor xar o aprendizado sobre chave reversora tripolar manual, veja sua classicação quanto a: EMPREGO
FUNCIONAMENTO
LIGAÇÃO
ESPECIFICAÇÃO
Emprego São dispositivos de comando, utilizados para se azer a partida e inversão no sentido de rotação de motores triásicos. Normalmente, essas chaves são utilizadas no comando de motores com potências até 5cv para circuitos de alimentação em 220 / 127V e até 7,5cv, para circuitos de alimentação em 380 / 220V.
Funcionamento As chaves reversoras tripolar manual, possuem seis jogos de contatos que echam e abrem através do acionamento do manípulo. Quando o manípulo é acionado, os contatos devem ser echados ou abertos simultaneamente. Estas chaves devem apresentar uma boa pressão de contato para impedir a danicação ou a soldagem dos mesmos. Os contatos estão inseridos no corpo da chave, que geralmente é abricado em baquelite ou resina enólica. Estes contatos podem ser do tipo de pressão ou do tipo deslizante.
Ligação As chaves reversoras tripolares manuais possuem seis bornes de conexão de condutores, em que três deles serão para a entrada dos condutores ase e os outros três, de conexão dos condutores provenientes do motor. Normalmente, os bornes destinados à ligação dos condutores ase, são identicados pela cor vermelha.
Especifcação Elas são especicadas de acordo com a intensidade de corrente a ser interrompida e a tensão nominal da rede. Essas chaves são abricadas para tensões até 500V e intensidades de corrente até 60A. • Instalações Industriais 48
Veja a seguir, o esquema multilar de um motor triásico comandado por chave reversora tripolar manual. M S T
O E
D
T1 T2 T3
M 3~
Simboligia multiliar SECCIONADORA TRIPOLAR
CHAVE REVERSORA TRIPOLAR MANUAL
FUSÍVEL
MOTOR TRIFÁSICO
M 3 ~
O esquema unilar de motor triásico, comandado por chave reversora manual, ca assim representado.
M 3~
• Instalações Industriais 49
Botões de Comando São dispositivos com a nalidade de interromper ou estabelecer momentaneamente, por pulso, um circuito de comando, para iniciar, interromper ou continuar um processo de automação.
Simbologia
3
1
B0
B
1
2
4
3
1
B0
B 2
1
4
Os botões de comando são compostos, basicamente, por um elemento rontal de comando (cabeçote) e um bloco de contatos.
Os botões de comando são abricados segundo um código internacional de cores, o que acilita a identicação do regime de uncionamento das máquinas comandadas pelos mesmos. O quadro a seguir mostra as cores e a indicação de suas unções.
• Instalações Industriais 50
Cor padronizada Vermelho Verde ou preto
Amarelo
Regime de uncionamento Parar-desligar Parada de emergência Acionamento. Início do ciclo de operação de máquina. Atenção,cuidado. Partida de retrocesso ora das condições normais de operação.
Branco ou azul claro
Partida de um movimento para evitar condições de perigo. Qualquer unção para a qual as cores mencinadas não têm validade. Inormações especiais
Atualmente, os botões de comando são abricados de orma que podemos inserir mais blocos de contatos NA e NF, de acordo com as necessidades do circuito. Os blocos de contatos são acessórios disponíveis no mercado de componentes elétricos. Vimos em Comandos Elétricos que as chamadas botoeiras são botões de comando bastante utilizados para acionamentos de motores elétricos. Recorde! Botoeira é um elemento de comutação acionado manualmente com reposição automática após a retirada da orça de acionamento, com uma posição de repouso. Veja a seguir a gura de uma botoeira com os contatos NA e NF. Botão
Bornes (abridor)
Elementos de contato Bornes (fechador)
Chave auxiliar tipo fm de curso Chave que opera em unção de posições predeterminadas, atingidas por uma ou mais partes móveis do equipamento controlado (NBR 5459).
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Simbologia
11
23
11
23
24
12
24
e 12
DISPOSITIVO DE ATAQUE
CONTATO NF. BORNES 11
BORNES 23 CONTATO NA.
12 BORNES SENTIDO DE DESLOCAMENTO DO COMANDO, QUANDO A FORÇA EXTERNA CESSAR
24 BORNES ACOPLAMENTO MECÂNICO
As chaves m de curso admitem uma grande variedade de contatos NA e NF, de acordo com o sistema de acionamento elétrico.
Contator São dispositivos de manobra mecânicos, acionados eletromagneticamente, operados à distância com orça de retrocesso. Construídos para uma elevada requência de operações e cujo arco é extinto no ar.
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Simbologia
1
3
5
13
21
33
2
4
6
14
22
34
A1 A2
2 NA + 1 NF
Os contatores são usados para manobra de circuitos auxiliares de vários tipos, execução de motores e outras cargas, tanto de corrente contínua como alternada. De acordo com as características elétricas e as condições de serviço, os contatores podem ser classicados em: contatores tripolares de potência e contatores auxiliares. Contator tripolar de potência destina-se a eetuar o acionamento de diversos tipos de cargas das instalações industriais, como motores elétricos, capacitores, resistências de aquecimento, entre outros. O acionamento do contator é eito através de uma bobina eletromagnética pertencente ao circuito de comando. Essa bobina é energizada e desenergizada normalmente através de uma botoeira liga-desliga.
Construção Existem contatores de tamanhos dierentes, cada um com suas particularidades construtivas. Porém, quanto aos componentes e ao princípio de uncionamento, são todos similares ao desenho explodido de um contator de potência que segue, e cujos componentes estão novamente representados na ilustração de uma peça em corte na página seguinte.
• Instalações Industriais 53
10 5 7
2 9 1
8
4
1 CONTATO FIXO 2 CONTATO MÓVEL 3 CÂMERA DE EXTINÇÃO 4 TERMINAIS DE CONEXÃO 5 CARCAÇA 6 BLOCO DE CONTATOS AUXILIARES 7 SUPORTE DE CONTATOS MÓVEIS 8 NÚCLEO MÓVEL 9 BOBINA 10 NÚCLEO FIXO
6
3
Contator de potência Peça em corte 1 2 3 4 5 6
1 - Teminais de conexão 2 - Câmera de extinção de arco 3 - Contatos de potência 4 - Bobina 5 - Sstema magnético (núcleo móvel) 6 - Contatos auxiliares 7 - Elemento de bloqueio quando retirada a câmera de extinção de arco
7 Análise e substituição dos contatos de contadores.
Contato normal de uso Contato desgastado
• Instalações Industriais 54
Funcionamento Quando a bobina do contator é alimentada por um dispositivo de comando (botoeiras, ns de curso e outros), cria-se um campo magnético no núcleo xo, que atrai o núcleo móvel. Estando os contatos móveis acoplados mecanicamente ao núcleo móvel, deslocam-se ao encontro dos contatos xos, echando o circuito. Para desligamento dos contatores, interrompe-se a alimentação da bobina, desaparecendo, então, o campo magnético, provocando por molas o retorno do núcleo móvel e separando assim os contatos que automaticamente desligam o circuito. 4 5
1 NÚCLEO FIXO 2 BOBINA 3 NÚCLEO MÓVEL 4 CONTATO FÍXO 5 CONTATO MÓVEL 6 CÂMERA DE EXTINÇÃO
1
6
3
2
CONTATOR 3TF56
Características - Podem possuir contatos principais e auxiliares. - Maior robustez de construção. - Facilidade de associação a relés. - Tamanho ísico de acordo com a potência da carga. - Potência da bobina do eletroímã varia de acordo com o tipo de contator. - Câmara de extinção de arco, geralmente. - Possibilidade de inserção de blocos de contatos auxiliares ornecidos pelo abricante. Os dados básicos de escolha de um contator são a sua tensão nominal (Un) e a requência nominal ( n ) , para as quais também a bobina eletromagnética do contator precisa ser adequada.
• Instalações Industriais 55
Deve-se conhecer também em que condições de carga o contator é ligado, para determinar o número de contatos auxiliares necessários para intertravamento, bloqueio, comandos auxiliares e outros, denindo-se assim o número de contatos normalmente echados ( NF ) e os normalmente abertos ( NA ). Um detalhe muito importante também é saber se a carga é predominantemente resistiva, capacitiva ou indutiva. Isso porque as respectivas curvas de carga são acentuadamente dierentes, conorme vimos na unidade I. No caso de carga capacitiva, as condições bastante críticas na ligação recomendam o uso de contatores especícos para tal carga. Uma consulta ao abricante talvez se aça necessário. Mais um aspecto a considerar na escolha do contator é a denição da sua categoria de emprego. Esta determina as condições de ligação e interrupção da corrente nominal de serviço e tensão nominal de serviço correspondente, para utilização normal do contator nos mais diversos tipos de aplicação para CA e CC. Veja a tabela a seguir. Corrente alternada AC - 1
Cagas resistivas ou pouco indutivas
AC - 2
Manobra de motores com anéis coletores, reio por contracorrente, reversão
AC -3
Manobra de motores com totor gaiola, desligamento em regime.
AC- 4
Manobra de motores com rotor gaiola,serviço, intermitente, pulsatório e reversão a plena marcha.
Corrente contínua DC -1
Cargas resistivas ou pouco indutivas
DC - 2
Motores em derivação , desligamento em regime
DC - 3
Motores em derivação, reio por contracorrente, reversão.
DC -4
Motores com excitação série, desligamento em regime.
DC -5
Motores comexcitação série, reiopor contracorrente,reversão
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Durabilidade ou vida útil A durabilidade dos contatos dos contatores, em meses e anos, pode ser estimada a partir de condições de aplicação especicadas por meio de um monograma. No entanto, os contatos devem ser inspecionados regularmente, porque sua vida útil, por diversos motivos, poderá ser maior ou menor do que a teoricamente esperada. Tais motivos podem ser não apenas tolerância de cargas elétricas, mas igualmente o ato de que, muitas vezes, é impossível prever todas as condições de serviço que determinam a durabilidade dos contatos. Inspeções podem ser eitas nos intervalos de uncionamento. Elas contribuem para a conabilidade de uma instalação e evitam interrupções durante o serviço. Por outro lado, é necessária uma inspeção visual após uma perturbação, como um curto-circuito. Note-se que, segundo as normas, é possível, após um curto-circuito, que os contatos de um contator venham a undir-se. Na inspeção visual, deve-se saber avaliar a necessidade de reposição dos contatos. É supérfuo, por exemplo, substituí-los porque se tornaram ásperos e chamuscados devido aos arcos voltaicos. Essas ocorrências são pereitamente normais e não intererem no seu uncionamento. Se um jogo de contatos ainda pode ser utilizado ou não, depende praticamente só do volume de material remanescente nas pastilhas de contato. Quando não or possível a inspeção visual, por impossibilidade de desativar o sistema, sugere-se o acompanhamento da evolução da temperatura de cada contato (polo) mediante os terminais de conexão do contator. Constatada a evolução dierenciada muito rápida de temperatura, desativar o sistema e vericar visualmente a situação dos contatos do contator. Ainda na atividade de manutenção, é importante localizar qualquer deeito que esteja acontecendo durante o ciclo de trabalho. Assim, por exemplo, seja pelas condições da rede de alimentação, seja por deeito dos componentes, podem ocorrer certos problemas, cujas causas mais requentes estão exemplicadas a seguir.
• Instalações Industriais 57
Deeitos
Causa
Ruídos de vibração
• Sub- tensão no comando
-Perda acelerada da massa dos contatos
- Transormador de comando sub- dimensiondo
- Destruição dos contatos
- Tensão de comando derivada da potência
- Destruição da bobina(1min)
- Falha de conexão e condução -
• Soldagem leve (separável) • Capacidade de ligação e condução
- Área de brilho osco Perda de massa com deormações do contato --Áreas undidas Soldagem intensa( inseparável) •• Perda acelerada da massa dos
contatos
• Capacidade de interupção
Destruião das partes adjacentes aos contatos • Destruiçãodas partes adjacentes
aos contatos
• Durabilidade de elétrica
Soldagem intensa (não separável) • Soldagem leve (separável)
- Área de brilho osco •Frequência de manobras
Destruição das parste adjacentes aos contato • Perda de massa com pingos de
derretimento • Curto- circuito
Destruição das partes adjacentes aos contatos
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Garantias de bom desempenho A seguir estão algumas recomendações para garantir um bom desempenho do contator: • Acompanhar o estado dos contatos através do cálculo da durabilidade
e registrar desligamentos por anormalidades, que certamente vão reduzir a vida útil. • Instalar os relés de proteção contra sobrecarga e os fusíveis máximos,
de acordo com o especicado no catálogo do abricante. • Avaliar as consequências de um curto-circuito (o contator não desliga,
mas vai conduzir a corrente de curto-circuito por tempo limitado ) presente no circuito. • Controlar as condições de aquecimento das peças de contato. Elas
podem ser danicadas por essa temperatura alta, sempre proveniente de condições anormais de utilização. • Praticar o uso de peças de reposição originais do próprio fabricante do
contator. A seguir , veja o acionamento de motores elétricos.
• Instalações Industriais 59
• Instalações Industriais 60
Acionamentos de motores elétricos
As maneiras de ligar um motor são basicamente divididas em dois grupos: partida direta e partida indireta. Já as ormas de comandar os motores são variadas e não existe um esquema denido, somente padrões (normas) de instalação. Vimos em Comandos elétricos os circuitos para partida de motores elétricos monoásicos e triásicos. Agora, você vai rever os sistemas de partida de motores triásicos com algumas inormações adicionais e também será dado um breve enoque em sot-starter, inversor de requência e CLP abordados com maiores detalhes em automação industrial, dada a importância desses dispositivos.
Partida direta Partida direta é o método de acionamento de motores de corrente alternada, na qual o motor é conectado diretamente à rede elétrica, ou seja, ela se dá quando aplicamos a tensão nominal sobre os enrolamentos do estator do motor, de maneira direta. Nesse tipo de partida, a corrente de pico (Ip) pode variar de 4 a 12 vezes a corrente nominal do motor, sendo a orma mais simples de partir um motor. Comumente, a vantagem principal é o custo, pois não é necessário nenhum outro dispositivo de suporte que auxilie a suavizar as amplitudes de corrente durante a partida. Veja os circuitos de orça e comando de uma partida direta automática de um motor triásico.
Força
Comando
A B C F5
F1 F2 F3
95
1 3 5 K1 2 4 6 1 3 5 F4
F4 96 1
B0
B1
Achou importante? Faça aqui suas anotações.
3 4
2 4 6
M 3~
2
K1
13 14
A1
K1
A2
• Instalações Industriais 61
A seguir estão os circuitos para partida automática com reversão no sentido de rotação do motor triásico. A B C
A
F1 F2 F3
F5 O F4 96 1
1 3
5
K1
1 3
5
B0 2
K2 2 4
6
2 4
6
3 B1
1 3
K1 4
5
13
3
B2 14
4
K2
22
F4 2 4
K1 21 A1
K1
21 A1 K2
A2
M
14
22
K2
6
13
A2
N
3~
Existem limites de potência para cada tensão de rede, conorme determinação da concessionária local, sendo na maioria dos casos de 5 cv nas redes de 220/127 V e de 7,5 cv nas redes de 380/220 V.
Partida indireta A alta corrente de partida solicitada por motores triásicos pode causar queda de tensão e sobrecarga na rede, aquecimento excessivo dos condutores e uma série de outros atores prejudiciais à instalação elétrica. Isso piora, à medida que aumenta a potência dos motores. Nesses casos, deve-se ter a preocupação de reduzir a corrente de partida do motor, aplicando-lhe uma tensão inerior à nominal no instante da partida. Assim, a potência do motor ca reduzida e, consequentemente, sua corrente. Depois que o motor atinge rotação nominal, eleva-se sua tensão ao valor correto. Dessa orma, não haverá grande pico de corrente na partida. São sistemas mais caros e trabalhosos, além do inconveniente de o motor não poder partir com plena carga, devido à redução do conjugado. As reduções de corrente, potência e conjugado são proporcionais ao quadrado da redução da tensão, isto é: reduzindo a tensão duas vezes, reduz-se a corrente, a potência e o conjugado quatro vezes. Esses sistemas só terão eeito se orem comutados corretamente, ou seja, somente quando o motor atingir rotação nominal, troca-se para a tensão plena. Caso contrário, o segundo pico de corrente que ocorre no momento em que o motor passa a receber a tensão nominal será muito alto, tornando o sistema sem unção. Essa comutação pode ser eita através de chave manual diretamente pelo operador – que deverá estar orientado – ou automaticamente por um temporizador. • Instalações Industriais 62
Ip/In 100%
CORRENTE SEM REDUÇÃO
CORRENTE COM REDUÇÃO
TROCA DAS TENSÕES
0 0
50
100 VELOCIDADE
Fonte: WEG. Manual de motores elétricos.
Gráco pico de corrente Os tipos de partida com tensão reduzida mais convencionais são: partida compensadora, partida série-paralelo, partida estrela-triângulo e sotstarter (chave de partida suave).
Partida compensadora A chave de partida compensadora alimenta o motor com tensão reduzida em suas bobinas na partida. Essa redução é eita através da ligação de um autotransormador em série com as bobinas, após o motor ter acelerado, elas voltam a receber tensão nominal. Aplicável a todos os motores triásicos, desde que uncionem com a tensão da rede elétrica local, não interessando o tipo de ligação nem o número de terminais. A redução da tensão é eita com um autotransormador de partida triásico, alimentando o motor com um percentual da tensão da rede, até sua aceleração total. Após isso, o transormador é retirado do circuito e o motor recebe tensão total. Os valores mais usuais disponíveis na saída dos autotraos são 50, 65 e 80%. Na partida compensadora, os valores da corrente na rede e no motor são dierentes, por terem tensões dierentes. A maior corrente será no motor, por ter a menor tensão, já que a potência de entrada é a mesma de saída (considerando um transormador ideal). Veja os circuitos de orça e comando.
• Instalações Industriais 63
Comando
Força R
A B C F1 F2 F3
F5 95
F4 96 1
1 3 5 K2 2 4 6
1 3 5 K1 2 4 6
T1
2 1
B0
2
1 3 5 F4
B1
80% 65%
T1 2 4 6
13
3
100%
4 65
D1
Y
66 K3 21
1 3 5 K3 2 4 6
K2
K1
13
K3
AUTOTRAFO TRIFÁSICO
14
31
21
32
K3 22
43
K1
43
K3
44
44
K1
14
22 A1
M 3~
K1
A2
A1
K2 K1
A2
A1
D1
A2
A1
K1
A2
L1
L2
tensão de saída 220 x 0,65 = 143 V potência na partida 1,5 x 0,65 = 0,634 KVA
corrente na rede
corrente no motor
I = P /(U x 3 )
I = P /(U x 3 )
I = 634 / (220 x 3 ) I = 1,66 A (I rede = tap x in)
M 3~
I = 634 / (143 x 3 ) I = 2,55 A (I motor = tap x in)
motor trifásico 1,5 KVA In = P /(U x 3 ) In = 1500 / (220 x 3 ) In = 3,93 A
- Esquematização de uma partida compensada
A partida compensadora tem como desvantagem o custo elevado, ocupar grande espaço ísico e ter o número de partidas por hora limitado devido ao autotrao. No entanto, é bem mais eciente que os outros sistemas tradicionais e é indicado para máquinas que necessitem partir com carga. Na partida, os valores da potência corrente (rede) e conjugado reduzem proporcionalmente ao quadrado da redução da tensão. A corrente no motor diminui conorme a saída do autotransormador. primário
taps (derivações)
{
secundário - Autotrafo trifásico
• Instalações Industriais 64
Correntes
TAPS
primário
taps
secundário
80%
0,64 x l
0,80 x l
0,16 x l
65%
0,42 x l
0,65 x l
0,23 x l
50%
0,25 x l
0,50 x l
0,25 x l
órmulas
(tap)2
(tap)
(tap)-(tap)2
Partida série-paralelo Na partida em série-paralelo é necessário que o motor seja ajustável para duas tensões, a menor delas igual à da rede e a outra duas vezes maior. Esse tipo de ligação exige nove terminais do motor e que este seja ajustável para quatro níveis de tensão (220/380/440/760 V, por exemplo). A tensão nominal mais comum é 220/440 V, ou seja, durante a partida o motor é ligado na conguração série (440), até atingir sua rotação nominal e, então, comuta para paralelo (220). A partida do motor é eita com as bobinas conectadas em série, azendo com que a tensão se divida entre elas. Depois que o motor atinge rotação nominal, az-se a troca das ligações para paralelo, recebendo, assim, cada bobina a tensão total. A corrente de partida ca reduzida em quatro vezes e o mesmo acontece com o conjugado e a potência. Assim, é extremamente recomendado azer a partida a vazio e somente em máquinas com baixo conjugado resistente de partida. Veja os circuitos para partida série-paralelo estrela sem reversão. Força (*) A B C F1 F2 F3
1 3 5
1 3 5
K12
K22
4 6 1 3 5
1 3 5
K3
4 6
2 4 6
1 3 5
K4
1 3 5
K5 2 4 6
K4
2 4 6
2 4 6
7 8 9 3 2 1
Comando
6 5 4
M 3~ 10 11 12
R F6 95
F4 F5
96 95 96 1
B0 2 3
B1
13
K1
4
55
D1 36
K3
A2
K3 1
14
A1
D1
A2
3
2
13
A1
K3 N
14
4
K1
A1
K1
A2
A1
K2
A2
A1
K4
A2
• Instalações Industriais 65
Observação: *O esquema de orça reere-se a motores 12 pontas (4 tensões – 220, 380, 440 e 760 V).
Partida estrela-triângulo Esse sistema é usado nos motores para duas tensões com relação Y-∆ e no mínimo seis terminais, devendo obrigatoriamente a menor delas coincidir com a tensão da rede. O que se az é uma ligação “errada” (de orma proposital e controlada), na qual se conecta o motor para a maior tensão (Y) no momento da partida, aplicando-lhe a menor tensão (rede -∆). Depois de embalar por completo, trocam-se as ligações para que quem corretas. motor de indução rede 220 v
220/380 v
Partida: Conecta-se O Motor Para 380 V (Ligação Estrela)
Tempo: o motor deve embalar completamente
Funcionamento: Conecta-se o motor para 220 V (ligação triângulo)
Placa de identicação
- Esquematização de uma partida estrela-triângulo para uma rede 220V
Uma partida estrela-triângulo oerece redução de três vezes do pico de corrente. Em igual proporção ocorre a redução do conjugado do motor, ato que indica uma partida sem carga. O sistema não é recomendado em máquinas que exigem grande torque inicial. Veja a seguir os circuitos de orça e comando.
Comando
Força R S
T
R
F1 F2 F3
F5 95
F4 1
3
1
5
K1 2 4 6 1
3
3
5
K2 2 4 6
1 3 5 K3 2 4 6
5
96 1
B0
2 3 4
B1
F4
13
13
K3
K1
14
D1
6 4 5
1
2
3
K2 M 3~
K3
68
14
65
2 4 6
67
D1
66 21
43
K3 14
44
21
K3
22 A2 A1
13
K2
A1
D1
A2
A1
K1
A2
K2
22 A1 A2
L1
L2
Sot-starter (partida suave) É um sistema microprocessado projetado para acelerar, desacelerar e proteger motores elétricos de indução triásicos, ornecendo aumento e/ou redução progressiva da tensão ao motor, através de tiristores. Com esta chave é possível ajustar os valores de torque e corrente em unção da solicitação da carga acionada, ou seja, a corrente exigida será a mínima necessária para o aceleramento do motor. Com a chave sotstarter é possível ter ajuste da tensão de partida por tempo pré-denido, pulso de tensão na partida para cargas com alta inércia; proteções contra alta de ase e sobrecorrente, aixa de limitação da corrente, rampas de aceleração e desaceleração, entre outros. • Instalações Industriais 66
Para a aquisição correta, é importante saber o número necessário de partidas por hora antes da instalação. Em paralelo ao sot-starter usa-se um contator (by-pass) que az a alimentação do motor, após terminado o processo de partida, evitando desgaste dos componentes. Exemplos de aplicação: ventiladores e exaustores, bombas centríugas e dosadoras, agitadores, misturadores, centríugas de açúcar, esteiras transportadoras e compressores. Fonte:
1L1 3L2 5L3
http://www.weg.com.br /contents/prod/automo cao/auto m_06_b.jpg
Full Speed
Power
10/04/2002
Fonte: http://200.170.17.200:99/ catologue/donnees/photo/ s/TL1/11282.gif 10/04/2002
2L1
4L2
6L3
alimentação
K1 softstarter
K2 comando à distância ou local
M 3~ Esquematização do funcionamento de uma partida soft-sarter
Após termos visto os tipos de partida mais convencionais, veja agora dois dispositivos também utilizados com bastante ecácia no acionamento de motores elétricos.Trata-se do inversor de requência e do controlador lógico programável.
Acionamento através de inversor de requência Um inversor de requência é um dispositivo capaz de gerar uma tensão e requência triásicas ajustáveis, com a nalidade de controlar a velocidade de um motor de indução triásico. A alimentação desses aparelhos pode ser monoásica ou triásica, dependendo de sua construção. Em geral, podem ser programados para os valores máximo e mínimo de requência de saída, conorme necessidade da instalação. A variação da velocidade é geralmente eita a partir de um potenciômetro de reerência externo. O esquema de ligação e as características como potência de acionamento, tensão de entrada e saída, variação da • Instalações Industriais 67
requência e outros são encontrados no manual que acompanha o aparelho.
Fonte: http://www.weg.com.br/contents/ prod/automacao/autom_01.jpg
Fonte: http://200.170.17.200:99/catalogue/ donnees/photes/TL2/14560.gif
- Inversores de freqüência
Acionamento através de controlador lógico programável (CLP) Um controlador lógico programável (CLP) é um computador especializado, baseado num microprocessador que desempenha unções de controle de diversos tipos e níveis de complexidade. Fisicamente o CLP é ormado por um circuito eletrônico, por entradas e por saídas. As entradas são os terminais onde se ligam todos os componentes que dão instruções ao circuito, determinando o que deve ser eito com base em uma programação pré-realizada (sotware). Incluemse os interruptores, m-de-curso, pedaleiras, sensores, contatos do relé térmico de sobrecarga. Nas saídas são ligados os componentes que seriam acionados em um circuito de comando tradicional, como por exemplo, contatores para acionamento de motores, lâmpadas, solenoides, entre outros. As entradas e saídas podem ser analógicas (valores variáveis) ou digitais (valores não variáveis, ou seja, ligado ou desligado, tudo ou nada). botões etc. s a d a r t n e
programação
CLP
contatores etc. s a d i a s
- Estrutura básica de um comando com CLP
Os CLPs trazem a vantagem de reduzir e acilitar a instalação ísica, excluindo os componentes da parte de comando, como os temporizadores e relés de comando (ou contator auxiliar). Além disso, qualquer mudança da parte lógica não implicará em mudança das ligações, sendo alterada somente a programação do CLP (sotware).
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+ -
+ 24 VDC
1.0
1.1
1.2
1.3
+ 1.4 C input 24 VDC
CLP
0.0
0.1
0.2
ouput 250 VAC max. 0.3 0.4 C
N F - Ligação básica das entradas e saídas (digitais) em um CLP
Fonte: http://200.170.200:99/catalogue/donnees/ photos/MOD/40921.gif
Fonte: http://200.170.200:99/catalogue/donnees/ photos/MOD/41055.gif
- Controladores Lógicos Programáveis (Fabricante TELEMECANIQUE)
Agora que você estudou sobre acionamentos de motores elétricos, verá no capítulo a seguir sobre o sistema de ornecimento ininterrupto de energia elétrica.
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Eletroeletrônica
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Ficha catalográfca elaborada pela Biblioteca do Senai-ES - Unidade Vitória
Dados Internacionais de Catalogação-na-publicação (CIP) SENAI. Departamento Regional do Espírito Santo. S492i
Instalações industriais./ Serviço Instalações Ser viço Nacional de Aprendizagem Industrial, Departamento Regional do Espírito Santo. - Vitória : SENAI/ ES, 2009. 88 p. : il. Inclui bibliograa 1. Instalações industriais. 2.Fator de potência. 3. Consumo. 4. Condutor. 5. Linha elétrica. 6. Corrente. 7. 7. No-break I. Título. CDU: 621 621.316 .316
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Apresentação
A busca por especialização prossional é constante. Você, assim como a maioria das pessoas que deseja agregar valor ao currículo, acredita nessa ideia. Por isso, para apoiá-lo na permanente tarea de se manter atualizado, o Senai-ES apresenta este material, visando a oerecer as inormações de que você precisa para ser um prossional competitivo. Todo o conteúdo oi elaborado por especialistas da área e pensado a partir de critérios que levam em conta textos com linguagem leve, grácos e ilustrações que acilitam o entendimento das inormações, além de uma diagramação que privilegia a apresentação agradável ao olhar. Como instituição parceira da indústria na ormação de trabalhadores qualicados, o Senai-ES está atento às demandas do setor. A expectativa é tornar acessíveis, por meio deste material, conceitos e inormações necessárias ao desenvolvimento dos prossionais, cada vez mais conscientes dos padrões de produtividade e qualidade exigidos pelo mercado.
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Introdução
Neste componente curricular você conhecerá as instalações elétricas industriais. O estudo começará conceituando os chamados “parâmetros undamentais de uma instalação”. Em seguida serão apresentados os elementos básicos desta, incluindo as ormas de instalação e, em seguida, o esquema elétrico. Serão também objetos de estudo as grandezas e as cargas elétricas, por ser de extrema importância o conhecimento destas para a correta seleção de dispositivos de manobra e proteção elétrica. Tais dispositivos também serão analisados, seguidos pelos tipos de acionamento de motores e Sistema de Fornecimento Ininterrupto de Energia Elétrica – UPS - com suas topologias principais. Finalizaremos o estudo com as baterias, utilizadas como onte portátil de eletricidade ou em situações de emergência, quando outras ontes de energias não estão disponíveis. Vamos começar?
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Parâmetros undamentais de uma instalação
Para um pereito entendimento sobre o assunto “Instalações elétricas industriais”, você deve conhecer alguns parâmetros básicos, importantes em um projeto elétrico. O objetivo desta unidade é conceituar tais parâmetros, abrindo-lhe caminho para obter sucesso no estudo que ora se inicia. Os parâmetros undamentais de uma instalação elétrica são: a carga instalada, potência demandada, ator de demanda, potência reativa, ator de potência e consumo. A seguir, o conceito de cada um deles.
Carga instalada Carga instalada é a soma das potências nominais dos equipamentos elétricos instalados na unidade consumidora, em condições de entrar em uncionamento, expressa em quilowatts (kW), como por exemplo, tomadas de corrente, lâmpadas, chuveiros, aparelhos de ar condicionado, motores e todos os demais.
Potência demandada Potência demandada é a potência elétrica realmente absorvida em um determinado instante por um aparelho ou por um sistema.
Fator de demanda Fator de demanda é a razão entre a potência máxima registrada por uma instalação e a carga instalada. É sempre menor ou igual a um.
Potência reativa Para você entender o que é potência reativa precisa saber o que é potência ativa e potência aparente. A potência ativa é a capacidade do circuito em produzir trabalho em um determinado período de tempo. Devido aos elementos reativos da carga, a potência aparente, que é o produto da tensão pela corrente do circuito, será igual ou maior do que a potência ativa.
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Portanto, a potência reativa é a medida da energia armazenada que é devolvida para a onte, durante cada ciclo de corrente alternada, e requerida por equipamentos que possuem bobinas, como motores e transormadores. É a energia que é utilizada para produzir os campos elétrico e magnético necessários para o uncionamento desses tipos de cargas.
Fator de Potência O ator de potência (FP) de um sistema elétrico é a razão entre a potência ativa e a potência aparente de uma instalação. Pode estar entre 0 e um.
Consumo É a energia ativa total “consumida” por uma instalação ao longo de um período de tempo, normalmente um mês. No capí tulo a seguir você vai aprender sobre os elementos de uma instalação elétrica.
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Elementos da instalação
A energia gerada pelas usinas não está na orma apropriada para o consumo e, para que ocorram poucas perdas na transmissão à distância, no local em que a usina produz energia, ela é transormada, ou seja, sua tensão é modicada. Partindo da usina em que é gerada, a energia passa por um primeiro transormador que eleva sua tensão para um valor da ordem de dezenas de milhares de volts a centenas de milhares de volts. Perto do centro de consumo, a energia sore uma transormação no sentido de baixar sua tensão para um valor menor, mais apropriado para as redes urbanas, para ser levada aos bairros em os colocados em postes comuns. Nos postes existem transormadores que azem o “abaixamento nal” da tensão, de modo que ela possa ser usada de orma mais segura nas residências e indústrias. Nesta unidade você vai conhecer elementos que azem parte de uma instalação elétrica. Vamos ao estudo!
Entrada de Força Entrada de Força é o ponto de entrega de energia. Também é o ponto onde é eita a medição do consumo da energia elétrica. A entrega de energia pode ser eita em duas categorias de tensão: a secundária e a primária. A entrada em tensão secundária é de baixo valor, ou seja, em que a tensão de ornecimento de ase e de linha são respectivamente iguais a 127V/220V ou 220V/380V. Dependendo da região, pode-se também ter tensão de 115V/230V ou 110V/220V, ou ainda apenas 220V. O ornecimento de energia pode ainda ser monoásico, biásico ou triásico, conorme a aixa de potência a ser atendida. O monoásico é o sistema de cargas pequenas e corresponde a 127 volts (V). Geralmente é utilizado em residências com um número reduzido de aparelhos, com apenas o básico como: luz elétrica, geladeira, televisor, ventilador, aparelho de som, erro elétrico e chuveiro elétrico.
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O biásico corresponde a 220 volts e normalmente é utilizado em residências com um número maior de aparelhos como computador, reezer, geladeira, chuveiro elétrico, ar-condicionado, videocassete, entre outros. • Instalações Industriais 13
O triásico engloba a energia das duas ases anteriores e possui um aumento de carga para evitar o desequilíbrio no sistema de distribuição. O sistema geralmente é utilizado no setor industrial, por causa da maior potência. Nos sistemas triásicos até 100 A por ase, o tipo de medição é a direta, em que a corrente de toda a instalação passa pelo medidor. Carga do Consumidor
Rede Medição Direta Medidor de kwh ou kWh/kWrh
Para o caso de carga instalada superior a 75 KW, a medição é dita indireta, com o uso de transormadores de corrente. Eles são também chamados de transormadores de instrumentos, utilizados em aplicações nas quais circulam, requentemente, altas correntes. Fornecem correntes sucientemente reduzidas e isoladas do circuito primário, de orma a possibilitar o seu uso por equipamentos de medição, controle e proteção. Chave Fusível
Vp
Vs
TCs
Carga da Unidade Consumidora
Fornecimento Transformador Kwh/kW/ KwAh
0h
Pára-Raios
O ornecimento em tensão secundária é até 75kW. Nesse caso, normalmente utiliza-se o transormador de distribuição da companhia e que está nas imediações, ou na própria rua onde se localiza a empresa. Assim sendo, os equipamentos de medição são instalados em uma caixa metálica, que são lacradas pela concessionária de energia local. Quando a potência instalada or superior a 75kW e até 2500kW, a solicitação é que o atendimento seja eito em tensão primária. A empresa é responsável por adquirir seu próprio transormador (trao) e a concessionária ornecerá a energia em tensão primária, com valores típicos de 11900V ou 13800V de linha. A orma como a entrada será eita depende da classe de potência. Porém, do ponto de vista de medição, existem basicamente duas classicações: até 225 kVA, em que a medição é eita na baixa tensão com TC’s (transormadores de corrente), e acima de 225 kVA, na qual a medição é eita na alta tensão com TC’s e TP’s (respectivamente, transormadores de corrente e de potência). • Instalações Industriais 14
Os tipos de entrada podem ser dois: Aérea - eita por cabos de alumínio nus - e Subterrânea - eita por cabos isolados. Dentro da própria planta das grandes indústrias, podem existir vários transormadores instalados próximos de centros de consumo. É normal o uso de cabinas nesses casos. A seguir, observe a ilustração de alguns tipos de entrada primária, muito usadas nas indústrias em poste singelo, em plataorma, em cabina e no solo.
EM PLATAFORMA
EM POSTE SINGELO
EM CABINA
NO SOLO (MEDIÇÃO NA BAIXA TENSÃO)
Alimentador geral (cabos alimentadores) Alimentadores gerais são utilizados para interligar a entrada de orça ao quadro geral de distribuição, sendo assim responsáveis pela distribuição principal de uma indústria. Geralmente são eitos de cobre isolado e divididos entre baixa e alta tensão. Os de baixa tensão são utilizados para alimentar quadros de baixa tensão. Os de alta tensão são utilizados em grandes indústrias que possuem unidades transormadoras próprias. Um aspecto importante a ser levado em conta é a máxima queda de • Instalações Industriais 15
tensão admissível. Isso se deve ao ato de que, do ponto de entrega até o ponto de utilização da carga, existe um valor denido para a queda de tensão máxima admissível. Portanto, se é perdida muita tensão sobre o alimentador, corre-se o risco de não atender a esse requisito ao longo de toda a instalação.
Quadros de distribuição geral Um quadro de distribuição é uma caixa metálica aonde chega o alimentador e de onde partem os subalimentadores para outros quadros menores, próximos à carga e aos quadros terminais. Às vezes, dependendo do porte das cargas, o quadro de distribuição geral também é o quadro terminal, ou seja, ele mesmo alimenta as cargas da indústria. O objetivo primordial do quadro de distribuição geral é abrigar os dispositivos de proteção dos subalimentadores, tais como usíveis e disjuntores. A seguir, veja a ilustração de um painel de distribuição usado em indústrias de porte.
Subalimentadores Semelhante ao alimentador, os subalimentadores destinam-se a interligar o quadro geral de distribuição aos quadros terminais ou a outro quadro de distribuição intermediário.
Quadro terminal O quadro terminal é utilizado para abrigar os dispositivos de proteção da instalação e é classicado de acordo com os dispositivos que abriga. Quando um quadro terminal, além de abrigar dispositivos de proteção, abriga também dispositivos de manobra de motores, ele é chamado de • Instalações Industriais 16
centro de controle de motores ou CCM. Quando o quadro abriga apenas elementos de comando e proteção de máquinas, ele é chamado de quadro de comando. Um quadro terminal é o último quadro entre uma instalação elétrica e seu ponto de utilização. A seguir, veja um exemplo de quadro terminal de pequena potência.
A seguir, veja um exemplo de CCM.
Observe os compartimentos similares a gavetas de armário. Cada compartimento contém os elementos de um dado motor
Circuitos Terminais Os circuitos terminais destinam-se a levar a energia elétrica dos quadros terminais até os pontos de utilização. Normalmente são cabos de baixa tensão, classicados - conorme a carga que alimentam - em monoásicos, biásicos ou triásicos, descritos anteriormente. A alimentação nos pontos de utilização para máquinas que requerem correntes de valores maiores, normalmente acima de 16 A, é realizada através de tomada industrial. Existem em diversas ormas ísicas e com variado número de polos (3F + N + T, 2F + N, 3F + N entre outros). Os tipos de tomadas mais usados são: • Instalações Industriais 17
a) Tomadas para ambientes normais (IP – 00) b) Tomadas para ambientes especiais (IP – 44, IP – 67 entre outros): - modelo à prova de explosão. - modelo à prova de umidade, gases, vapores e pós. É importante risar que, durante a instalação dessas tomadas, deve-se criar um padrão para a conexão dos os, evitando-se assim problemas com sequência de ases e outros condutores. A seguir, veja exemplos de tomadas e plugs industriais.
Fonte: STECK; plugs e tomadas blindadas Brasikon
Fonte: PIAL LEGRAND; material elétrico para instalações
- Tomadas e plugues industriais
Condutores Como o próprio nome diz, os condutores são os elementos responsáveis pela condução da corrente elétrica, levando-a da onte até o ponto de uso. Assim, são os elementos básicos de qualquer instalação. Como você viu, conorme sua unção, os condutores recebem a denominação de alimentadores, subalimentadores ou circuitos terminais. Observe sua constituição básica a seguir:
Nessa gura, vericam-se dois tipos de condutores: o o, cuja parte de metal é maciça (condutor mais à direita) e o cabo, cuja parte de metal é composta por vários os dispostos de orça levemente torcida, como você vê na gura à esquerda. • Instalações Industriais 18