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COMANDO E PROTEÇÃO DE MOTORES

Bibliografia:

Instalações Elétricas – Niskier-Macintyre

Catálogos: Siemens - Weg

1Fatec Mogi Mirim - Prof. Oswaldo Luiz

Walter

Conteúdo

• Introdução

• Elementos que compõem o circuito de comando e proteção

• Fusíveis

• Contatores

• Reles Térmicos

• Termistores

• Disjuntores

• Condutores p/ motores

• Dimensionamento do circuito de proteção

• Exemplos

Fatec Mogi Mirim - Prof. Oswaldo Luiz Walter

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Introdução


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Introdução

• Os equipamentos que permitem ligar e desligar um motor constituem o que chamamos de “circuito de comando e proteção do motor”.

• São indispensáveis para a utilização segura e para a proteção do mesmo.

• Podem estar instalados individualmente ou agrupados em painéis ou ainda em salas de controle.


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Finalidade do Comando e Proteção

• Ligar e desligar o motor.• Permitir que o motor possa ser ligado ou

desligado à distância.• Proteger o motor contra sobrecarga.• Proteger a rede elétrica do consumidor de

eventuais falhas que possam ocorrer no motor.• Proteger o equipamento acionado contra

sobrecargas ou falhas.• Permitir intertravamentos com o processo. • Oferecer total segurança ao operador.


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Principais Elementos do Circuito

1 – Fusíveis2 – Contator3-Relé Térmico4- Bobina do contator5- Contato do relé térmico6- Chave de Partida7- Motor


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Fusível

• Fusível é um equipamento elétrico que se funde quando a corrente ultrapassa a sua capacidade.

• Seu princípio de funcionamento está baseado na lei de Joule: P=I²R.

• O elemento fusível está dentro de um corpo de porcelana, cheio de areia especial, para extinguir o arco elétrico que se forma com a interrupção da corrente.


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Fusível - continuação

• Os fusíveis protegem os equipamentos elétricos quando ocorre um curto circuito, seja entre fases ou entre fase e terra.

• Eles não protegem contra sobre cargas.

• Os fusíveis tem alta capacidade de ruptura.

• O comportamento de um fusível, durante a passagem de corrente é dado pelo que se chama de curva tempo corrente.


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• Existem diversos tipos de fusíveis – diazed (rápidos,ultra rápidos e retardados) e NH.

• Em motores elétricos, devido as altas correntes de partida, utilizam-se os fusíveis diazed retardados e principalmente os fusíveis NH.

• Em um circuito de comando e proteção de motor, a finalidade do fusível é interromper o curto circuito, antes que seja danificado o contator ou o relé térmico.


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• Outro objetivo do fusível é interromper o curto circuito antes que ele provoque o desligamento de toda a rede elétrica (seletividade).

• Finalmente, também deve interromper o curto circuito antes que o mesmo danifique os cabos que alimentam o motor.

• Os fusíveis não protegem o motor contra sobre carga.


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Fusíveis NH

Base para fusível


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Fusíveis NH

Saca Fusível


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Curvas tempo corrente fusíveis NH


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Curvas tempo corrente fusíveis NH


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Contatores

• Contator ( chave magnética) é um eletroímã que aciona contatos elétricos, sendo o elemento responsável pelo “ligar” e “desligar” do motor.

• Quando sua bobina é energizada, o campo magnético criado movimenta a armadura do contator, fechando um conjunto trifásico de contatos, que por sua vez permitem a passagem da corrente e o conseqüente funcionamento do motor.


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Contatores Trifásicos


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Contator Trifásico


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Contatores


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Características do contator

• Corrente alternada ou contínua.• Máxima tensão de operação• Categoria de emprego ( AC-3/AC-2 para manobra

de motores com rotor gaiola)• Corrente nominal de serviço• Potencias máximas de motores trifásicos

padronizados• Fusível máximo permitido • Número de contatos auxiliares disponível• Tensão e freqüência de comando


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Características do contator


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Proteção contra sobrecarga

• Motor elétrico é um equipamento que transforma energia elétrica em mecânica.

• Quando, por algum motivo qualquer, a potência mecânica solicitada ao motor é maior que sua potência nominal, o motor está sofrendo uma sobrecarga.

• Esta sobrecarga provoca uma elevação de temperatura maior que a permitida e , dependendo do tempo de duração, danifica o isolamento dos enrolamentos do estator, provocando a falha do motor.


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Relé Térmico


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Relé Térmico ou Relé Bimetálico

• É basicamente formado por 3 elementos bimetálicos, através dos quais circula a corrente de cada fase que alimenta o motor.

• Quando esta corrente ultrapassa o valor ajustado a dilatação causada no elemento bimetálico aciona o contato do relé, que por sua vez interrompe a corrente da bobina do contator, desligando o mesmo.


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Relé Térmicocontinuação

• Para cada tamanho de contator existem diversos relés apropriados, com faixas de corrente que permitem ajustar à corrente nominal do motor.

• Devido ao princípio de funcionamento baseado no efeito térmico da corrente, o relé não deve atuar durante a partida do motor.

• A sua atuação também como os fusíveis, está relacionada com as curvas tempo – corrente.


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Relé Térmicocontinuação


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Relé TérmicoCurva característica de disparo


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Termoresistores, termístores e termostatos

• São elementos de proteção térmica que são instalados dentro do enrolamento do motor, durante a construção (bobinagem) do mesmo.

• A sua principal vantagem é que medem a temperatura do ponto mais quente do motor, com bastante precisão.

• A desvantagem é o custo e a necessidade de desmontar o motor para eventuais substituições.


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Termoresistores

• São elementos que variam a resistência elétrica com a temperatura, geralmente de platina, níquel o cobre.

• Possuem uma resistência calibrada que varia linearmente com a temperatura, possibilitando um monitoramento contínuo do aquecimento do motor, pelo display do controlador, com bastante precisão.

• Desvantagem : alto custo


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Termístores

• São sensores semicondutores que variam sua resistência bruscamente ao atingirem uma determinada temperatura.

• Comandam um relé auxiliar , que desliga o motor quando a temperatura é atingida.

• Existe um tipo para cada temperatura.

• São precisos e confiáveis, de custo menor que os termoresistores, mas também necessitam de relé auxiliar.


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Termostatos

• São detectores térmicos do tipo bimetálico com contatos de prata normalmente fechados, que se abrem quando ocorre determinada elevação de temperatura.

• São ligados em série com a bobina do contator, abrindo o circuito de comando quando atingem a temperatura projetada.

• Desvantagem: não permitem ajuste, existe um tipo para cada temperatura.


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Instalação de Termostato no motor


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Comparação entre os sistemas de proteção

Causas de sobreaquecimento Só fusível ou disjuntor

Fusível e relé térmico

Sondas térmicas no motor

Sobrecarga 20% Não protege Total Total

Regime intermitente Não protege Parcial Total

Frenagens,reversões e partidas freqüentes

Não protege Parcial Total

Mais de 15 partidas por hora Não protege Parcial Total

Rotor bloqueado Parcial Parcial Total

Falta de fase Não protege Parcial Total

Variação excessiva de tensão Não protege Total Total

Variação de freqüência Não protege Total Total

Temperatura ambiente alta Não protege Não Protege Total

Aquecimento externo mecânico

Não protege Não Protege Total


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Disjuntor termomagnético

• Os fusíveis tem uma desvantagem: não são reaproveitáveis, uma vez queimados precisam ser substituídos.

• Disjuntores termomagnéticos quando atuam podem ser religados.

• Disjuntor termomagnético, oferece uma proteção térmica (retardada) e uma proteção magnética (instantânea)


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Disjuntores Termomagnéticos

• A proteção térmica é usada para proteger o motor contra sobrecargas e a proteção magnética para proteger a instalação contra curto circuitos.

• Os disjuntores termomagnéticos possuem internamente os dois elementos, o térmico e o magnético.

• São bastante utilizados em motores de pequeno porte, nos motores maiores o custo fica muito alto.


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Dimensionamento dos condutores

• Para escolher a bitola mais apropriada do condutor deve-se considerar como corrente prevista a corrente nominal do motor In e multiplicá-la pelo fator de serviço Fs do mesmo. I projeto = In.Fs

• Depois é só aplicar os critérios de dimensionamento de condutores já vistos anteriormente,considerando tipo de instalação, temperatura ambiente, agrupamento de condutores,queda de tensão, etc. conforme NBR 5410.


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O fusível e a corrente de partida


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Fusível errado – funde durante a partida Fusível correto – as duas curvas nãose interceptam

Curva típica de Ip p/ motores trifásicos


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Dimensionamento dos fusíveis

• Para dimensionar os fusíveis deve-se em primeiro lugar verificar os fusíveis máximos que o contator e o relé térmico suportam.

• Em seguida, sabendo-se o tempo de aceleração do motor, verifica-se através das curvas tempo-corrente do fusível escolhido,se o mesmo irá suportar a corrente de partida do motor.


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Dimensionamento dos fusíveiscontinuação

• Utilize sempre o menor fusível possível, pois você estará protegendo sua instalação contra os danos dos curtos circuitos, porém tenha certeza de que o mesmo não irá queimar durante a partida do motor, pois o motor poderá ser danificado por falta de fase.

• As tabelas a seguir são apenas orientativas, consideram partidas até 6 segundos e instalações tipo B2 em temperatura ambiente de 30⁰C.


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Correntes e Fusíveis p/ motores

Potencia (CV) In 220V (A) In 380V (A) Fusível 220V (A)

Fusível 380V (A)

0,25 1,1 0,64 2 2

0,33 1,5 0,86 2 2

0,5 2 1,15 4 2

0,75 2,8 1,62 4 4

1 3 1,74 6 4

1,5 5 2,89 10 6

2 6,5 3,75 10 6

3 9 5,2 16 10

4 12 6,93 20 10

5 14 8,08 25 16


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Correntes e Fusíveis p/ motorescontinuação


Fusível 380V (A)

7,5 20 11,54 35 20

10 26 15 50 25

12,5 32 18,5 50 35

15 38 22 63 35

20 53 31 80 50

25 66 38 100 63

30 73 43 100 63

40 102 59 160 100

50 124 72 160 100

60 143 83 200 125


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Correntes e Fusíveis p/ motorescontinuação


Fusível 380V (A)

75 175 101 250 160

100 245 141 315 200

125 296 171 400 250

150 353 203 500 315

175 440 254 630 400

200 479 277 800 500

250 583 336

300 691 399

350 815 470

400 939 542


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Bitola mínima de condutores para motores trifásicos -30⁰C – B2

Potencia (CV) In em 220V (A) Condutor (mm²)

In em 380V (A) Condutor (mm²)

0,5 2 2,5 1,15 2,5

0,75 2,8 2,5 1,62 2,5

1 3,0 2,5 1,74 2,5

1,5 5 2,5 2,89 2,5

2 6,5 2,5 3,75 2,5

3 9 2,5 5,2 2,5

5 14 2,5 9 2,5

7,5 20 4 11,54 2,5

10 26 6 15 2,5


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Bitola mínima de condutores para motores trifásicos – 30⁰C – B2

Potencia (CV) In em 220V (A) Condutor (mm²)

In em 380V (A) Condutor (mm²)

15 38 16 22 4

20 53 25 31 10

25 66 35 38 16

30 73 35 43 16

40 102 70 69 35

50 124 95 72 35

60 143 95 83 50

75 175 150 101 70

100 245 240 141 95


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Exemplo de dimensionamento

• Dados do motor: 20 CV – IV polos – 220V –1760 RPM – In 52,8 – Ip/In =6,0 – FS = 1,15

• Escolha do contator: Siemens tamanho S3 -In 65A – Potencia máxima em 220V = 25CV –Fusível máximo 125A – Tensão comando 220V – 60Hz

• Escolha do relé térmico: Siemens tamanho S3 -faixa de 45 a 63 amperes – fusível máximo 125A


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Exemplo - continuação

• Escolha dos fusíveis:

• A corrente de partida será: Ip = 6.In = 6x 52,8 = 316,8 A.

• Verificando na curva tempo corrente do fusível NH de 125A constatamos que para uma corrente de 316,8A o tempo de fusão será de aproximadamente 40s até 400s.

• 400s com o fusível frio e 40s com o fusível quente.


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• Normalmente os tempos de partida estão abaixo de 10s.(Podemos calcular, desde que tenhamos as informações mecânicas da carga: momento de inércia e conjugado resistente).

• Verificando na curva do fusível de 100A, constatamos que seu tempo de fusão estará entre 10s e 150s.

• A mesma verificação mostra que um fusível de 80A estará entre 4s e 40s.


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• Sem dúvidas, o fusível de 125A é muito alto.

• Se a carga for normal, poderemos optar por 80A (recomendado também pela tabela) ; se for uma carga muito pesada, com tempo de partida muito alto, ainda podemos elevar até 100A.

• Escolha dos condutores – supondo isolamento de PVC, temperatura ambiente 30⁰C, cabo trifásico, instalação em eletroduto aparente (B2) e fazendo I=In.FS teremos uma corrente de até 60,72 A.


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• Conforme tabela de capacidade de corrente, constatamos que um cabo trifásico em eletrodutoaparente com seção de 25mm² suporta até 62A.

• Conclusão: – Fusíveis NH 80 A.

– Contator In 65 A tamanho S3

– Relé térmico faixa de 45 A até 63 A – tamanho S3

– Condutor: cabo trifásico 3x25mm² - isolamento de PVC.

– Ajustar relé térmico em 53 A.


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