Na maioria dos casos, motores elétricos não são danificados devido a curtos-circuitos. Normalmente, eles param de funcionar devido ao superaquecimento causado pela operação contínua a 110% da corrente nominal por 40 minutos devido a mancais secos ou fluxo restrito através de bombas ou outras falhas similares que passaram despercebidas até que o isolamento do enrolamento falhou. O único dispositivo capaz de detectar a falha é um relé de sobrecarga, que é a parte de proteção mais econômica do motor de partida.
As informações abaixo explicam o que o relé de sobrecarga fornece no circuito de controle do motor, como cada tipo de relé funciona, quais classes de disparo selecionar, o que causa o disparo e como ajustar o relé.
Resumidamente, um relé de sobrecarga de motor é um dispositivo em um motor de partida que mede a corrente e interrompe o circuito de controle se o motor consumir corrente excessiva por tempo prolongado. Portanto, este dispositivo não fornece proteção contra curto-circuito, que é realizada pelo disjuntor. Os tipos térmicos utilizam tiras bimetálicas aquecidas pela corrente, enquanto os tipos eletrônicos dependem de transformadores de corrente e um modelo do motor. O ajuste é a corrente nominal do motor, enquanto a classe de disparo definida em 7,2 vezes essa corrente deve considerar o tempo de partida do motor.
O que um Relé de Sobrecarga Faz em um Circuito de Controle de Motor
O relé de sobrecarga elétrica tem um papel específico no controle do motor. O propósito de um relé de sobrecarga no sistema é proteger o motor contra a queima do enrolamento, mais do que proteger o cabo ou o contato. Isso explica muito no processo de ajuste desta máquina.
O protetor atuará em diferentes situações, então cada dispositivo será responsável pelo seu tipo de falha. O primeiro é um dispositivo de curto-circuito, como fusível e disjuntor em caixa moldada, que pode lidar com a corrente de curto-circuito de até milhares de amperes literalmente em milissegundos. O segundo tipo de protetor é o contato que realiza trabalho elétrico ao ligar a carga. O relé de sobrecarga é usado entre ambos os dispositivos para identificar quando o motor opera em condição de enrolamento danificado e motor superaquecido.
Portanto, ele funciona de acordo com sua função principal e não permite o superaquecimento ou dano do motor. Ao detectar uma falha, o relé abre um pequeno contato que é usado no circuito do contato. Após o contato do contato ser aberto, o motor para de funcionar, mas o relé requer reinicialização manual.
Portanto, de fato, o relé protege a capacidade térmica do motor, já que a corrente é apenas um indicador indireto disso. Se o motor estiver operando quente, será mais difícil para o relé parar o motor do que se o equipamento estiver operando em modo frio, pois deve levar em consideração o calor acumulado do motor antes de sua operação.
A prática mostra que, se o motor tiver proteção adequada, não importa o quão grande seja o relé. O principal problema com o relé é se ele funciona ou não; aumentar a capacidade do relé não significa nada a menos que a causa raiz do problema seja descoberta. A versão integrada de todo o conjunto, contatores mais sobrecarga mais invólucro, é o que um motor starter deste tipo pacotes, e comprá-lo como uma unidade elimina o risco de incompatibilidade entre o contator e o relé que causa a maioria dos erros de instalação.
Como Funciona um Relé de Sobrecarga de Motor, Tipo por Tipo
O mercado é caracterizado por dois mecanismos predominantes e um mecanismo que acabou de surgir.
- O primeiro é o Bimetálico, que utiliza aquecimento indireto. Cada fase passa por um elemento aquecido pelo componente bimetálico, que consiste em dois metais diferentes que se expandem em taxas diferentes, fazendo com que ele se dobre com o calor. Ao dobrar, atua na barra de soma e em uma alavanca, que libera o mecanismo de disparo e abre o contato 95-96. Aquecimento indireto significa que o aquecedor é responsável por aquecer o bimetal, ao contrário da corrente elétrica que transmite calor através do bimetal. A vantagem é que é possível usar uma estrutura para diferentes níveis de corrente alterando o aquecedor. O resultado desse design é que o efeito de tempo inverso é alcançado. Com corrente dupla nominal, o bimetal se dobra lentamente; com seis vezes a corrente, a dobra é rápida. Isso corresponde ao comportamento físico de um motor, que tem capacidade para suportar alta corrente por um curto período e baixa corrente em marcha lenta. Existe um bimetal diferente para fins de compensação que cancela a influência da temperatura ambiente.
- O segundo tipo é Eletrônico. Transformadores de corrente monitoram o valor da corrente para cada fase e, com base nisso, um circuito eletrônico toma uma decisão de acordo com o modelo térmico e ativa um pequeno relé ou um transistor que liga o circuito. Não há aquecedor nesse processo – e o DVR é capaz de comutar várias correntes apenas alterando a configuração. Esses dispositivos elétricos são usados para proteção de motores, combinando em um único dispositivo as funções de dispositivos magnéticos de curto-circuito e de sobrecarga térmica.
Independentemente do tipo de proteção usado, a conexão elétrica é a mesma: os terminais 95-96 são os contatos de disparo normalmente fechados conectados em série com a bobina do contator, enquanto os terminais 97-98 são normalmente abertos e usados como contatos indicativos ou para sinalizar PLC. O relé conectado através dos terminais 97-98 em vez dos terminais 95-96 nunca dispararia, e esse erro ocorre com frequência suficiente para ser verificado com o medidor toda vez que se recebe um painel. O lado da bobina do mesmo circuito está coberto nestas especificações de contatores AC, que indicam as tensões da bobina que o circuito de controle deve corresponder.
Térmico ou Eletrônico: A Comparação Honesta
Ambos são respostas corretas para trabalhos diferentes, e a diferença de preço é menor do que a diferença de recursos.
| Fator | Térmico (bimetálico) | Eletrônico |
|---|---|---|
| Precisão | ±10% a 20% em torno da configuração | Tipicamente ±5% ou melhor |
| Compensação ambiente | −20 a +60 °C na maioria das estruturas | −25 a +60 °C, mais amplo em algumas |
| Classe de disparo | Fixa na compra, geralmente Classe 10 | Seletiva, frequentemente 5E a 30E |
| Memória térmica | Por resfriamento físico, que é realista | Por modelo e estado armazenado |
| Diagnósticos | Disparo ou não disparo | Corrente por fase, carga térmica, causa do disparo |
| Preço | Menor | De duas a cinco vezes térmica, decrescente |
| Melhor para | Bombas padrão, ventiladores, partidas simples | Acionamentos críticos, cargas de alta inércia, plantas em rede |
A desvantagem do relé térmico é que ele utiliza bimetal que opera da mesma forma que o motor, mas não de maneira a eliminar suas limitações. O relé térmico não indica a razão do disparo e é afetado pela temperatura no painel. Além disso, a precisão do relé térmico é afetada por outros fatores, como as tolerâncias do aquecedor.
A desvantagem do relé eletrônico é sua dependência de configurações corretas e alimentação elétrica. Se houver um problema na saída, nenhum sinal será emitido. No entanto, há um benefício devido ao fato de que as leituras obtidas do relé eletrônico podem ser utilizadas pela equipe de manutenção para outras aplicações. O comportamento do lado do contator sob a mesma carga está descrito nestes Diretrizes para seleção e fiação de contatores AC, porque um relé protege um motor somente se o contator sobreviver tempo suficiente para interrompê-lo.
Classe de Disparo: A Configuração Que Causa a Maioria dos Disparos Indesejados
De acordo com a norma IEC 60947-4-1, a classe de disparo refere-se ao tempo necessário para disparar a 7,2 vezes a corrente pré-ajustada quando o motor está frio. Foi desenvolvida para permitir que os motores passem pelo processo de partida sem detectar corrente até que o motor pare completamente.
| Classe | Tempo de disparo a 7,2 × configuração, a frio | Carga típica |
|---|---|---|
| 10A | 2 a 10 s | Partida rápida, baixa inércia, refrigeração hermética |
| 10 | 4 a 10 s | Bombas, ventiladores, pequenos transportadores, uso geral |
| 20 | 6 a 20 s | Transportadores carregados, compressores, ventiladores maiores |
| 30 | 9 a 30 s | Trituradores, moinhos, centrífugas, cargas de alta inércia |
A demanda pelo uso da faixa de tolerância E em relés eletrônicos é que as taxas mínimas para as classes são inferiores às de outras, 3 segundos para 5E, 5 segundos para 10E, 10 segundos para 20E e 20 segundos para 30E, com as taxas superiores sendo iguais às das outras classes.
Para decidir a classe de disparo adequada, os requisitos iniciais podem ser simplificados: deve ser maior que o tempo de partida do motor. Ainda assim, apesar da simplicidade da regra descrita, há risco de erro na seleção do relé. Ao usar um relé Classe 10 com um motor que leva 14 segundos para atingir a velocidade de trabalho, ele disparará em toda tentativa, então a tentação será ajustar a corrente de ajuste em vez de mudar a classe do relé, o que resolverá o problema, mas privará o motor da proteção.
As pessoas frequentemente cometem erros ao calcular a corrente possível no caso do uso do motor estrela-triângulo. A corrente que passa pelo relé de sobrecarga instalado no contato principal é igual a 0,58 da corrente nominal do motor. Se houver um relé de sobrecarga adicional protegendo o motor durante a fase estrela, ele será ajustado para atuar em um terço do valor da corrente.
O que causa o disparo de um relé de sobrecarga, e o que não causa
A lista de causas reais é pequena comparada à longa lista de causas alegadas associadas a sobrecargas.
Uma sobrecarga do motor ocorre quando a corrente efetiva excede a classificação por tempo suficiente para ultrapassar o limite térmico. Existem quatro causas principais de sobrecargas: problemas mecânicos, como um rolamento preso, ou o impulsor bloqueado ou desalinhado; problemas de alimentação, como baixa tensão, onde a corrente aumenta; mudanças de uso, como a peça de trabalho ser mais pesada, ou o amortecedor estar fechado; e uma partida falhada, onde o motor não altera sua velocidade e permanece no modo de corrente bloqueada.
No entanto, deve-se observar alguns erros que as pessoas cometem em suas interpretações de sobrecarga. Alguns deles são: curto-circuito relacionado ao disjuntor; falha à terra, que requer proteção pelo DR; contatos principais queimados de um contato que levam a um circuito aberto; e uma falha no circuito de controle que se manifesta em uma falha de travamento. Esta última é a interpretação errada mais comum, pois produz o mesmo sintoma: parada completa do motor, que precisa ser reiniciado. Um contato que perdeu uma fase devido à erosão do contato puxará mais corrente nas fases restantes e parecerá exatamente uma sobrecarga até que alguém o inspecione, e os sintomas dessa falha são apresentados nesta análise de Sintomas de falha do contator de AC.
Repetições de disparos em um motor usado por anos são um problema mecânico, não de sinal. Repetições de disparos em uma instalação nova são provavelmente um erro de ajuste ou classe. Quaisquer disparos ocorrendo apenas durante o verão provavelmente estão relacionados à temperatura. Quaisquer disparos ao iniciar são provavelmente um erro de classe ou um erro de ajuste estrela-triângulo. A maneira mais rápida de classificar um disparo é pelo seu tempo.
Ajustando o Disco: Corrente Nominal, Não Corrente de Disparo
O disco é calibrado de acordo com a corrente nominal de carga total do motor escrita na placa de identificação e não para um valor que impeça o disparo. A norma IEC 60947-4-1 especifica que o relé não deve disparar sob condições onde a corrente exceda esse valor por um fator de 1,05, e deve disparar dentro de 2 horas onde a corrente exceda esse valor por um fator de 1,2. O valor no disco torna-se o ponto de partida para o traçado das características de tempo inverso para o relé.
A faixa típica dos ajustes é 1,5:1, por exemplo 7,5-11 Amperes, e deve garantir que o motor opere dentro da faixa especificada em vez de nos valores extremos para permitir pequenos reajustes posteriormente. Em situações onde o fator de serviço do motor excede 1,0, seria razoável ajustá-lo ligeiramente acima do especificado na placa de identificação. Se o fator de serviço for igual a 1,0, então deve ser ajustado conforme os dados da placa ou ligeiramente abaixo desse valor.
Uma vez concluida a comissionamento, os seguintes três passos devem ser seguidos. A corrente de operação do conjunto completo deve ser medida e comparada com a da placa de identificação. O ajuste em si deve ser registrado no cronograma do painel. O último passo seria escolher o modo de alteração, manual ou automático, dependendo se uma pessoa irá observar o equipamento ou não.
Onde a Perda de Fase Muda Tudo
A perda de fase pode criar a condição de sobrecarga mais perigosa que um motor trifásico terá que enfrentar. Quando uma fase falha e o motor continua a funcionar com duas fases, a corrente que passa pelas bobinas restantes aumenta abruptamente e assume parte da carga de corrente do relé bimetálico. Um relé bimetálico simples pode ser lento o suficiente para permitir uma primeira progressão da falha da bobina.
A construção sensível à perda de fase, às vezes chamada de diferencial, incorpora uma segunda barra de soma que detecta a diferença na deflexão entre as fases. Uma fase representada como desequilibrada ou ausente disparará o relé mais rápido do que uma sobrecarga simétrica com a mesma magnitude. Os números publicados trazem o efeito para a realidade. Em uma família comum de relés, a corrente máxima de disparo é 120% da carga total, e com perda de fase, é 115%. Relés IEC modernos são sensíveis à perda de fase por padrão; estoques antigos e importações baratas frequentemente não são, e a ficha técnica nem sempre informa isso claramente em inglês.
Escolhendo um Relé por Aplicação
Cinco situações comuns e o que especificar para cada uma.
| Aplicação | Especificação que importa | Tipo sugerido |
|---|---|---|
| Bomba ou ventilador, direto na linha | Classe 10, sensibilidade à perda de fase, reset manual | Relé térmico, montado no contator |
| Transportador carregado ou compressor | Classe 20, memória térmica, reset remoto | Relé eletrônico com classe selecionável |
| Britador, moinho, centrífuga | Classe 30, detecção de rotor travado, corrente por fase | Relé eletrônico com comunicações |
| Partida estrela-triângulo | Ajuste em 0,58 vezes a corrente nominal, segundo relé na estrela | Térmico, dimensionado para o contator principal |
| Motor único, pequena potência | Combinado magnético e térmico, um dispositivo | Disjuntor de proteção de motor |
Nos casos em que uma instalação fabrica seus próprios starters em vez de comprá-los, o relé faz parte de uma tríade de elementos necessários para tomar a decisão. A coordenação entre o relé e o contator deve ocorrer para que o starter não seja danificado como resultado da eliminação de falhas; esta é, de fato, a essência do significado da coordenação tipo 2, e o grau de sucesso em alcançá-la depende inteiramente da seleção do dispositivo a montante. Disjuntor miniatura de quadro 63 A é a escolha usual a montante em starters pequenos, e sua curva deve corresponder à corrente de partida do motor ou a primeira partida desligará o disjuntor em vez do relé.
FAQ
Qual é a função de um relé de sobrecarga em um circuito de motor?
Para proteger o enrolamento do motor contra sobrecorrente prolongada, o método consiste em abrir o circuito de controle uma vez que a duração da corrente seja suficiente para ultrapassar a capacidade térmica do motor. Ele não elimina curtos-circuitos e não pode substituir o disjuntor ou fusível à frente do circuito de controle.
Qual é o propósito de um relé térmico de sobrecarga em um starter de motor?
Este mecanismo de proteção opera usando tiras bimetálicas que são aquecidas pela corrente do motor. Sua vantagem em um interruptor de partida é que não requer nenhuma fonte de energia adicional e se comporta como o motor em características de temperatura e corrente. Assim, este tipo de proteção permanece o padrão para starters simples direto na linha.
Como funciona um relé de sobrecarga de motor?
O calor produzido pela corrente em um bimetal ou em um transformador de corrente é comparado com um modelo térmico. No entanto, caso o sinal resultante ultrapasse o limite conforme a classe de disparo, um contato normalmente fechado abre e o contator desarma. O contator permanece travado até o reset.
Qual é um tipo de relé de sobrecarga usado em um starter de motor?
Quatro tipos de relés são geralmente usados em aplicações práticas. São eles o relé térmico bimetálico, relé eletrônico de sobrecarga, disjuntor de proteção de motor que combina as propriedades dos relés térmico e magnético, e o bloco de sobrecarga estado sólido que usa métodos eletrônicos para medir sobrecarga mas tem as mesmas dimensões dos relés acionados termicamente.
O que causa o disparo de um relé de sobrecarga?
The occurrence of mechanical overload, low voltage supply, changes in the operational load, or a motor that fully fails to attain speed. In an older installation, a potential mechanical problem will show signs of multiple trips; however, a new installation could simply indicate the need for a different trip class or the wrong trip setting.
Does an overload relay protect against short circuit?
No, it is purposely made slow so that it can be able to pass through the starting of motors. Hence, it does not work for fault current. Hence, separate protection has to be provided against short circuit failures. These two devices have to be chosen together, so that starter survives the failure without being damaged.
Can I set the overload relay above the motor’s rated current?
The service factor can only be set higher if there is a valid reason for that. Putting the service factor higher to avoid nuisance trips defeats the purpose of having the motor in the first place, and instead of a trip, the next failure will be a winding.
Referências
- Siemens — SIRIUS Overload Relay Technical Documentation
- ABB — Thermal and Electronic Overload Relays
- Newark — Overload Relay and Motor Protection Components
- Grainger — Motor Controls and Overload Relays
- NEMA — Motor Control Equipment Standards
Conclusão
An overload relay is slow at its work, guarding the appliance energetically. The essence of its task is to detect slight prolonged overcurrent, which implies setting its dial at motor rated current, the trip class just over the start time, and understanding that a trip is information only.
The only defects to watch for are a relay set too high and a relay 95-96 contact not connected to the coil circuit. In both cases, a motor is still unprotected even with a seemingly fully assembled panel, and checking for both cases doesn’t take more than a minute.
