O documento discute os símbolos, normas e convenções utilizados para representar elementos em esquemas de automatismos. Inclui informações sobre a simbologia dos elementos, normas de identificação de aparelhos, marcação de bornes, tipos de esquemas e suas características.
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Descrição original:
Iniciação ao estudo do automatismo elétrico residencial
Título original
Curso de Automatismo_PDF Automatismo Elétrico Com Contactores 3
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Simbologia
Todos os esquemas de uma instalação utilizarão os símbolos
representativos dos elementos que os compoem. Portanto, todo elemento de um circuito tem uma representação simbólica e umas referências normalizadas. Por exemplo, os simbolos mais utilizados nos circuitos são, entre outras, os mostrados nos quadros a seguir: Normas Segundo a norma EN-UNE os aparelhos utilizados nos circuitos eléctricos de automatismos são identificados através de um conjunto de 3 números e letras: Por exemplo: Normas Como exemplo de aplicação, temos: Normas De acordo com o exemplo anterior, o contactor principal nº 2 de um esquema é identificado como K2M. Também é muito utilizada a norma IEC-CEI similar à norma anterior. Nesta norma, apenas se muda a orden, colocando-se primeiro as letras que indicam o tipo de aparelho e a função, seguidas do número identificativo. Normas Por exemplo: Normas A seguir, temos a tabela de designação dos tipos de aparelhos usados em circuitos de automa- ção. Normas Também existe a tabela de designação de fun- ções dos aparelhos dentro do esquema. Marcação dos bornes A Norma diz que: Marcação dos bornes De acordo com a última recomendação da CEI- IEC, a marcação dos bornes são feitas com orientação vertical. Ou seja, as escrituras deverão estar alinhadas com os conductores de alimentação dos aparatos. As referências que se indicam são a que devem figurar na placa de características ou nos bornes do aparelho. De modo que a cada aparelho sejam assinala- dos por referências numéricas ou alfanuméricas próprias. Marcação dos bornes Por exemplo, a representação tradicional era feita da seguinte forma: Marcação dos bornes A representação segundo a última recomenda- ção das normas IEC, é: Marcação dos bornes Contactos principais de potência A referência dos seus bornes consta de apenas um número: De 1 a 6 em aparelhos tripolares De 1 a 8 em aparelhos tetrapolares Os números ímpares se situam na parte superior e a progressão se efectua no sentido descendente e de esquerda para a direita. Marcação dos bornes Contactos auxiliares As referências dos bornes de contactos auxiliares constan de dois números: a) O primeiro número (número das dezenas) indica el nº de ordem do contacto no aparelho. Este número é independiente da disposição dos contactos no esquema, onde o número 9 (também o zero , se for necesario) ficam reservados para os conta- ctos auxiliares dos relés de protecção contra sobre- cargas (relés térmicos), seguido da função 5 - 6 ou 7 - 8. O segundo número (número das unidades) indica a função do contacto auxiliar, sendo os números ímpares os que se correspondem à entrada do contacto e os pares as de saída dol mesmo: Marcação dos bornes Por exemplo: Marcação dos bornes Contactos temporizados A identificação dos contactos temporizados é resumida no quadro seguinte. O primeiro número (marcado com um ponto) indica a ordem do contacto dentro do elemen- to. Marcação dos bornes Identificação e marcação dos contactores Num contactor, os contactos principais e auxiliares são marcados de acordo com o que já foi visto anteriormente. No caso dos contactos auxiliares, vimos que o primeiro dígito indicava a ordem do contacto no aparelho e o segundo, a sua função. Estes contactos auxiliares definem o número característico do contactor, um número de 2 dígitos em função do número de contactos normalmente abertos (primero dígito) ou fechados (segundo dígito) de que disponha. Marcação dos bornes Identificação e marcação dos contactores Por exemplo: Nº Contactor 21: 2 contactos NA + 1 contacto NC; Nº Contactor 12: 1 contacto NA + 2 contactos NC. Marcação dos bornes O dígito marcado por um ponto (.) indica a ordem que ocupa o contacto no aparelho. Num apaelho com vários contactos NC e NO, o segundo dígito nos indica a função e o primeiro a ordem dentro do elemento Marcação dos bornes O número característico de um contactor nos indica o número de contactos NO ou NC que tem, da seguinte forma: Primeiro dígito: Número de contactos NO; Segundo dígito: Número de contactos NC; Marcação dos bornes Bobinas de comando electromagnético e sinalização A marcação das bobinas, se faz da seguinte forma: Bobina normal: A1, A2; Bobina com 3 bornes: A1, A2 e A3 Bobina com 2 enrolamentos: A1, A2 e B1, B2 Marcação dos bornes Bobinas de comando electromagnético e sinalização Bobinas de accionamento por corrente de trabalho: C1, C2; Bobinas de accionamento por tensão mínima: D1, D2; Bobina de encravamento: E1, E2. Marcação dos bornes Lâmpadas de sinalização ou de iluminação Se se desejar expressar a color ou o tipo das lâmpadas de sinalização ou de iluminação nos esquemas, elas serão representadas com as siglas da seguinte forma: Esquemas de automatismo De acordo com as normas UNE, tanto os esquemas de comando como os de força, são representados preferencialmente no papel A4. Para as espessuras dos traços, se recomenda 0.5mm para o desenho de esquema de comando e 0.7mm para o da força. Se ambos os desenhos forem feitos num mesmo plano, o esquema da força é desenhada à esquerda e o do comando à direita. Esquemas de automatismo Se são desenhados em planos diferentes, no primeiro plano deverá estar o circuito da força e no segundo o do comando. A seguir, é mostrado algumas características para cada tipo de esquema, a saber: Esquemas de automatismo Esquema de força ou de potência Nos esquemas de força ou de potência são representados o circuito de alimentação dos actuadores, com os seguintes elementos: Dispositivos de protecção (disjuntores, relés, etc.); Dispositivos de conexão e desconexão (interruptores, contactores, etc.); Actuadores (motores, fios condutores,etc.). Esquemas de automatismo Esquema de força ou de potência Todos os elementos estão identificados: Pela sua classe de aparelho; Pelo seu número dentro do conjunto; E pela sua função. Também é aconselhável, se o esquema fore muito complexo, incluir referências às bobinas e contactos auxiliares. Esquemas de automatismo Esquema de comando Os esquemas de comando é uma representa- ção lógica dos elementos que compõe o automatismo. Nesse esquema, são representados os seguintes elementos: Bobinas dos elementos de comando e protecção (Contactores, relés, etc.); Esquemas de automatismo Esquema de comando Contactos auxiliares dos aparelhos; Elementos de “diálogo” homem-máquina (pulsadores, fins-de-curso, etc.); Dispositivos de sinalização (lâmpadas, sirenes, etc.) Esquemas de automatismo Esquema de comando Todos os elementos estão identificados: Pela sua classe; Pelo seu nº dentro do conjunto; Pela sua função (principal, auxiliar ou outras). É habitual dividir o plano em quadrículas, marcada nas bordas do papel do desenho com: Letras no sentido vertical; Números no sentido horizontal. Esquemas de automatismo Esquema de comando É conselhável incluir a tabela de referência cruzada em baixo das bobinas de cada contactor. Nessa tabela se indica onde se utiliza os possíveis contactos auxiliares do aparelho, como por exemplo: Em KM1 é utilizado 3 contactos auxiliares, 2 NO (nas colunas 9 e 12) e um NC (na coluna 10); Esquemas de automatismo Esquema de comando
Em KM2 é utilizado 3 contactos auxiliares, 2
NO (nas colunas 11 e 13) e um NC (na coluna 8). Esquemas de automatismo Esquema de conjunto O esquema de conjunto é assim chamado porque todos os símbolos dos aparelhos de um mesmo conjunto estão representados próximos entre si. No entanto, a conexões entre os mesmos devem estar claramente identificados. A sua utilização em esquemas complexos é desaconselhável, dada a confusão que pode gerar em instalações de grandes dimensões ou com muitos aparelhos. Esquemas de automatismo Esquema de conjunto Na imagem a seguir, poderemos ver o arranque directo de um motor trifásico com encrava- mento e protecção térmica. Esquemas de automatismo Esquema semi-desenvolvido Nos esquema semi-desenvolvido, os símbolos de um mesmo aparelho ou conjunto estão separa- dos. Mas suficientemente próximos para aperceber- mos as conecões mecânicas dos dispositivos. Os circuitos de comando e de potência apare- cem claramente diferenciados. A figura seguinte mostra-nos o esquema anterior nesta versão, onde aqui se marca claramente os encramentos mecânicos. Esquemas de automatismo Esquema desenvolvido Neste tipo de esquema, os desenhos dos esquemas de potência e de comando são feitos em separados, não incluindo as conexões mecâ- nicas. Para que não se confundam com conexões elétricas, no caso de ser imprescindível o dese- nho das conexões mecânicas, estas serão feitas co linhas finas e descontínuas. Esquemas de automatismo Esquema desenvolvido O que se pretende é facilitar a compreensão do funcionamento do esquema. Mais que ver como se fará a implantação real da instalação, propriamente dita. O esquema de arranque directo de um motor trifásico utilizado como exemplo até aqui, no esquema desenvolvido é mostrado na figura seguinte: Contactores e relés auxiliares Introdução O contactor está enquadrado como um elemento de controlo de potência, nos sistemas automáticos elétricos. Uma propriedade que caracteriza o contactor é a produção de uma separação galvânica total entre o circuito que entrega a energia eléctrica e aquela que a recebe. Isso o diferencia dos recentes contactores elec- trónicos onde existe sempre uma pequena cor- rente. Contactores e relés auxiliares Introdução Com os contactores, podemos manipular potên- cias com valores muito alto (de 0 a 750KW). O que esses aparelhos não permitem é a regulação para obtermos valores intermédios. Ou seja, a corrente passa ou não passa, pois não existem zonas intermédias de funcionamento´. Nas figuras a seguir, é-nos mostrado a sua simbologia com as referências e alguns modelos reais de contactores da marca Siemens e Telemecanique Contactores e relés auxiliares Constituição e funcionamento do contactor a) Electroíman O eletroíman é o elemento chave do contactor e é formado por um circuito magnético (eletro- íman) e uma bobina. O circuito magnético possui uma parte fixa e a outra móvel (armaduras) separadas por um entre-ferro. O entre-ferro evita todo o risco de remenência, sendo feito por corte ou inserindo um material amagnético Contactores e relés auxiliares Constituição e funcionamento do contactor a) Electroíman Uma mola força a armadura móvel a voltar à sua posição inicial. O circuito magnético (materiais ferromagnéticos) para contactores AC, são constituídas por lâmi- nas magnéticas fortemente comprimidas. Isto para evitar as perdas por histeresis e corren- tes de Foucault, devido às variações dos sinais AC. Contactores e relés auxiliares Constituição e funcionamento do contactor a) Electroíman Já os contactores para DC, porque o sinal não variam, estes são diferentes dos contactores AC. A bobina produz um fluxo magnético necessário para a atracção da armadura móvel do electro- íman. A armadura é solidária com os pólos principais móveis do contactor e desta forma são atraídos e entram em contacto físico com os pólos principais fixos do contactor. Contactores e relés auxiliares Constituição e funcionamento do contactor a) Electroíman Dessa forma, o circuito se fecha e a corrente passa para o outro lado do contactor. A bobina é fabricada para resistir a choques mecânicos produzidos pelo fecho e abertura do contactor. A figura a seguir, mostra-nos um esquema simpli- ficado do núcleo magnético e os contactos principais de um contactor. Contactores e relés auxiliares Constituição e funcionamento do contactor b) Pólos do contactor Os pólos de um contactor são os responsáveis no estabelecimento ou interrupção da circulação da corrente num circuito de potência. Devem ser bem dimensionados para permitir a passagem da corrente nominal do contactor em serviço contínuo, sem aquecimento anormal. Como já se disse, existem os pólos móveis e os fixos, sendo normalmente feitos de prata, óxido de cádmio. Contactores e relés auxiliares Constituição e funcionamento do contactor b) Pólos do contactor Esses elementos são inoxidáveis para grande resistência mecânica e ao arco eléctrico. Podendo estes estarem equipados com um dis- positivo de extinção do arco eléctrico. Em certos automatismos, se necessitar de conta- ctos principais que estejam fechados na posição de repouso (eletroíman sem alimentação), são chamados de ruptores. Contactores e relés auxiliares Constituição e funcionamento do contactor c) Contactos auxiliares Os contactos auxiliares são utilizados para: A auto-alimentação do próprio contactor; Para a alimentação do circuito de coman- do; Encravamento; E sinalização. Existem vários tipos ou funções realizadas pelos contactos auxiliares. Contactores e relés auxiliares Características dos contactores As principais características dos contactores são os seguir mencionados: a) Abre e fecha correntes de elevado valor (as dos receptores) a partir de pequenas corren-tes ( o necessário para activar a bobina do contactor); b) Pode funcionar de uma forma contínua ou intermetente; Contactores e relés auxiliares Características dos contactores c) Dá a opção do comando à distância com condutores de pequena secção em gran- des potências, conforme dispomos os ele- mentos de comando; d) São robustos e fiáveis; e) Têm uma duração prolongada se operarem em condições normais. Ou seja, se não forem submetidos a sobrecar- gas do tipo elétrico e condições atmosféricas desfavoráveis. Contactores e relés auxiliares Características dos contactores f) Protege o receptor contra quedas de tensões importantes (Abertura instantânea quando atingir uma tensão mínima); Muitos tipos de receptores podem danificar quando alimentados por uma tensão inferior ao valor nominal (subtensão). Ao diminuirmos a tensão, temos que aumentar a corrente, conhecida como sobrecarga. Este aumento de corrente implica um aumento de temperatura e às vezes, provoca efeitos dinâmicos. Contactores e relés auxiliares Características dos contactores g) De acordo com o contactor, podemos realizar circuitos simples ou muito comple- xos. Por exemplo, utilizando os contactores auxilia- res, podemos realizar circuitos e combinações tão complexos que se desejar. No entanto, para circuitos muito complexos, se recomenda utilizar outros sistemas, como autó- matos que controlam por sua vez os conta- ctores de potência. Contactores e relés auxiliares Características dos contactores Nos quadros a seguir, é-nos mostrado as catego- rias de aplicação dos contactores segundo a norma IEC 947-4 (UNE-EN 60947-4): Contactores e relés auxiliares Critérios de selecção dos contactores Para seleccionar bem um contactor que mais se ajusta às nossas necessdades, devemos ter em conta os seguintes critérios: a) Tipo de corrente, tensãode alimentação da bobina e a frequência; b) Potência nominal da carga; c) Condições de serviço (ligeira, normal, dura, extrema. Existem manobras que modificam a corrente de arranque e corte. Contactores e relés auxiliares Critérios de selecção dos contactores d) Se o contactor se destina ao circuito de potência ou de comando e o número de contactos que precisa; e) Para trabalhos silenciosos ou com frequên- cias de manobra muito alta, recomenda-se o uso de contactores estáticos ou de esta- do sólido; f) Pela categoria de aplicação. Contactores e relés auxiliares Critérios de selecção dos contactores Existem três considerações importantes que devemos ter em conta quando pretendermos escolher um contactor: a) Poder de fecho O valor da corrente independentemente da tensão, que um contactor pode estabelecer de forma satisfatória e sem perigo que os seus contactos “colem”. Contactores e relés auxiliares Critérios de selecção dos contactores b) Poder de corte O valor da corrente que um contactor pode cortar, sem riscos de danos dos contactos e da câmara apaga-faíscas. A corrente será menor quanto maior for a tensão do circuito da potência. Contactores e relés auxiliares Critérios de selecção dos contactores c) Intensidade de serviço A intensidade de serviço é o valor da corrente permanente que circula pelos contactos principais. Contactores e relés auxiliares Critérios de selecção dos contactores Toda a informação necessária se encontra na placa de características do contactor. Normalmente, essa placa está localizada numa das faces laterais do corpo do contactor. Em caso das informações contidas nessa placa suscitar dúvidas, podemos ainda consultar as especificações técnicas no catálogo do fabri- cante do contactor. Contactores e relés auxiliares Contactores de manobra e relés auxiliares O princípio de funcionamento destes tipos de aparelhos é o mesmo que o do contactor. No entanto, eles utilizam um dimensionamento menor e nunca é utilizado no circuito de força, apenas no circuito de comando. Dependendo das condições de operação, podem ser do tipo robusto, similares a um conta- ctor de potência. Contactores e relés auxiliares Contactores de manobra e relés auxiliares Mas os seus contactos suportam uma corrente menor ou muito mais pequenas se as condiçoes não forem excessivamente severas. Uma das suas aplicações mais habituais é na saída dos autómatos programáveis. De modo que em caso de defeito no circuito, afecte apenas o relé, sem provocar danos no autómato. A figura a seguir mostra-nos um exemplar deste aparelho. Contactores e relés auxiliares Temporizadores Em muitos sistemas automáticos, é necessário a utilização de retardos em acções a realizar. Existe um elevado número de sistemas de tem- porização, atendendo ao sistema físico em que se baseam, como por exemplo: Magnético; Electrónico; Térmico; Pneumático; Etc. Contactores e relés auxiliares Temporizadores Este tipo de aparelho podem ser colocadas sobre o contactor (“cabeças” temporizadas) ou de forma independente. Existem três tipos principais de temporização: a) Retardo à conexão A passagem dos contactos abertos e fechados se realiza um tempo depois da conexão do órgão de comando; Contactores e relés auxiliares Temporizadores b) Retardo à desconexão Os contactos passam de fechados a abertos transcurrido um tempo de retardo; c) Retardo à conexão-desconexão É uma combinação dos dois tipos anteriores num único aparelho. As figuras a seguir, mostra-nos alguns exemplares de temporizadores, símbolos e gráficos de temporização dos mesmos. Protecção de circuitos Perturbações nas instalações eléctricas As principais causas que perturbam o bom funcionamento de um sistema elétrico são: a) Perfuração do isolamento de máquinas e conductores por envelhecimeto, corrosão ou aquecimento; b) Descargas atmosféricas (raios, ionozação, etc.) e sobretensões interiores; c) Influência de animais (ratos e insectos principalmente); Protecção de circuitos Perturbações nas instalações eléctricas d) Perturbações mecânicas (queda de árvores ou ramos sobre a linha, esgotamento ou embalamento de máquinas; e) Factores humanos (abertura de um seccionador em carga, manobras incorrectas com a maquinaria, etc.); Protecção de circuitos Perturbações nas instalações eléctricas
g) Excesso de carga conectada a um linha,
tranformadores e geradores; h) Ligação acidental à massa (terra) produzi- das pela humidade do terreno. Protecção de circuitos Perturbações nas instalações eléctricas Todas essas causas se traduz em alguns dos seguintes efeitos: a) Curto-circuito Se produz quando existir conexão directa entre dois ou mais condutores de fase diferente. O resultado é o aumento extraordinário da corrente que atravessa o circuito eléctrico. Protecção de circuitos Perturbações nas instalações eléctricas b) Sobrecarga Consiste em fazer operar a instalaçã com um maior valor de corente que aquela que foi projectado. c) Retorno de corrente Se verifica sobre todo o circuito DC, quando a corrente diminui até se tornar negativa, o que provoca a inversão do sentido da corrente. Protecção de circuitos Perturbações nas instalações eléctricas d) Sobretensão Consiste num aumento do valor da tensão acima do valor nominal. Pode ser provocado por causas atmosférica (queda de um raio) ou por manobras incor- rectas na rede. Protecção de circuitos Perturbações nas instalações eléctricas e) Subtensão Aparece quando a tensão atinge valores infe- riores ao valor nomial. Pode ser muito prejudicial já que a carga conectada ao sistema pode diminuir a sua potência que absorve. E como a tensão é menor que a prevista, esta é compensada com o aumento da corrente, o que provoca uma sobreintensidade (sobrecar- ga). Protecção de circuitos Perturbações nas instalações eléctricas f) Derivação Sucede quando através de elementos metálicos da instalação, umaparte da corrente é derivada à massa (terra). Isso é um defeito muito perigoso para os operá- rios, porque pode provocar contactos indire- ctos. E para a instalação porque a corrente de fuga poderia provocar um incêndio (Aquecimento por efeito de Joule). Protecção de circuitos Perturbações nas instalações eléctricas O quadro seguinte, mostra-nos os diferentes elementos de protecção mais usados circuitos de automação elétrica: Protecção de circuitos Seccionadores Os seccionadores são elementos de comando e manobra que se utilizam para a separação de circuitos. Normalmente, esta separação em relação aos elementos anteriores ao seccionador é realizado para proteger as pessoas e a instalação quando se está a fazer manutenção na instalação. Protecção de circuitos Seccionadores Pelas características técnicas deste aparelho, a velocidade de abertura depende da rapidez com que se realiza a operação (existem mode- los accionados a motor). Não sendo um corte brusco da corrente, como acontece em muitos casos, o seccionador não é feito para cortar correntes em funcionamento. Isto é, os cortes com o seccionador devem acontecer em vazio, ou seja, em tensão mas sem a carga conectada. Protecção de circuitos Seccionadores A corrente deve ser cortada por um elemento capaz de suportar o arco elétrico que se produz ao abrir o circuito. Em muitos casos, o seccionador dispõe de con- tactos auxiliares, onde um deles se conecta em série com a bobina do contactor. Ao abrir-se o seccionador acidentalmente, a ali- mentação do contactor é interrompida. Protecção de circuitos Seccionadores E o contactor se abre antes que o seccionador, pois os pólos auxiliares do seccionador se abrem com antecedência em ralação aos pólos principais. Os outros pólos do seccionador, podem ser utlizados para a sinalização ou comando. A normativa exige que se disponha de um corte visível, isto é, a abertura totalmente visível dos pólos do seccionador. Protecção de circuitos Seccionadores Muitos modelos, dependendo do tipo de instala- ção em que são utilizados, dispõem de mecanis- mo de encravamento ou bloqueio. Esse mecanismo evitam que o circuito se feche intempestivamente ou por acidente do seccio- nador. Uma variante de seccionador é o seccionador porta-fusível, que inclui o porta-fusível para a proteção da instalação (ver figura a seguir). Protecção de circuitos Seccionadores Este tipo de aparelho é muito utilizado nas insta- lações de Baixa Tensão (BT). Pois um único dispositivo permite separar a insta- lação da rede e atua como protecção da insta- lação. Os seccionadores são fabricados normalmente em blocos tripolares (3 pólos) ou tetrapolares (4 pólos), com um dos contactos auxiliares de pré- corte. Protecção de circuitos Seccionadores O contacto auxiliar de pré-corte é encarregada de cortar a alimentação do contactor. De modo que este abra o circuito antes do seccionador, evitando a aparição do arco. A simbologia utilizada para representar um sec- cionador ou um seccionador porta-fusível tripola- res é o mostrado na figura seguinte: Protecção de circuitos Interruptores Os interruptores são dispositivos de comando e manobra mecânico. Este dispositivo é capaz de estabelecer, suportar e interromper as correntes de um circuito em fun- cionamento normal. Não desempenha nenhuma função de protec- ção no circuito, apesar de que a normativa obriga a que sejam capazes de suportar corren- tes de defeitos durante curto período. Protecção de circuitos Interruptores O comando manual está associado a um mecanismo do tipo mecânico. Este mecanismo garante a abertura e o fecho dos contactos a grande velocidade. Por essa razão, este tipo de dispositivo está desenhado para trabalhar em carga e neste caso o corte visível não é obrigatório. Protecção de circuitos Interruptores a) Interruptor seccionador É uma variante mais usual e combina as características do interruptor (abertura e fecho em carga) com as do seccionador (corte visível, distância de abertura dos contactos ou a resis- tência a uma onda de choque). Na imagem a seguir, poderemos ver dois interru- ptores de comando giratório. Observe que este dispositivo apresenta uma parte transparente de forma que o corte seja plenamente visível. Protecção de circuitos Interruptores Na imagem a seguir, é mostrado a simbologia utilizada para representar o interruptor e o interruptor seccionador tripolares. Protecção de circuitos Interruptores As características de funcionamento dos apare- lhos de manobra ( interruptores e seccionadores) estão resumidas na tabela seguinte: Protecção de circuitos Interruptores Página 20 do PDF “Automatismo elétrico com contactores”