[ARTIGO] Tipo de carga

Tipo de carga: por que importa?
Ao se especificar um relé, devemos
responder a uma pergunta
extremamente importante: Qual o
tipo de carga ele irá comutar?
O tipo de carga influenciará no valor de
corrente que os contatos poderão conduzir.
Nos catálogos técnicos, o termo “corrente
nominal”, normalmente se refere ao valor
de corrente que o contato poderá conduzir
para cargas resistivas em corrente alternada
(AC). Existem outros tipos de cargas e,
consequentemente, a capacidade de
comutação será diferente, podendo ter um
comportamento mais danoso ao relé. O
tipo de corrente de alimentação também
influencia (AC ou DC).
Existem basicamente três tipos de cargas:
resistivas, capacitivas e indutivas.
As cargas indutivas são compostas por
indutores, também conhecidos como
bobinas. Um indutor é qualquer material
condutivo que, quando percorrido por
uma corrente elétrica, gera um campo
magnético ao seu redor. Quando esse
condutor está enrolado em formato de
espiras (bobina), o campo magnético
será maior. Eles são aplicados em
diversos equipamentos, como: disjuntores,
contatores, transformadores, solenoides
e motores.
De acordo com a norma IEC 947-4-1,
cargas altamente indutivas, alimentadas em
corrente contínua, cuja constante de tempo
(L/R) seja de aproximadamente 40ms, isto
é, o valor da indutância (H) dividido pela
resistência (Ω), são chamadas de cargas
DC13. Exemplos típicos desse tipo de carga
são bobinas de comando de disjuntores de
média e alta tensão.
Em corrente contínua, a comutação de
cargas indutivas é mais difícil do que
outros tipos de carga. Isso porque há um
armazenamento de energia na bobina
devido a sua indutância. Quanto maior for
indutância da bobina, mais energia ela
irá armazenar. No momento de abertura
dessa carga, uma força contra eletromotriz
é gerada, com valores que podem chegar a
15 vezes a tensão de alimentação original
do circuito.
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+
V
+
VL = V
i
–
V
–
Figura 1: Indutor em regime DC.
Essa tensão é alta o suficiente para romper
a rigidez dielétrica do ar, presente entre
os terminais do contato (também chamado
de gap), gerando um arco voltaico que
permite a corrente continuar circulando pelo
contato do relé, mesmo com ele aberto. A
tensão e corrente mínima para geração do
arco dependem do material de contato e da
distância entre os terminais.
+
V
+
–
i
–
Figura 2: Manobra de Indutor DC.
+
Carga
–
i
corrente
do contato
Figura 3: Arco voltaico gerado no momento da
abertura do contato com carga DC13.
Devido à alta temperatura gerada pelo arco,
entre 6.000 e 10.000ºC, há um aquecimento
da superfície dos contatos, podendo haver
a fusão dos mesmos (o que popularmente é
chamada de “contatos colados”) e perdas
de materiais por eletroerosão, reduzindo
drasticamente sua vida útil. Ainda em casos
extremos, quando o poder de ruptura do relé
for excedido, pode ocorrer a combustão do
invólucro plástico.
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A seguir, fotos de produtos submetidos
a ensaios destrutivos com cargas
DC13, com valores acima do especificado
em catálogo. É possível visualizar os
problemas citados acima por não levar
em consideração o tipo de carga:
corrente através dele. A fim de aumentar a
capacidade de ruptura do contato de um
relé, caso ele possua mais de um contato, é
possível ligá-los em série, fazendo com que
o arco seja dividido em arcos de intensidade
menor. Isso diminuirá o aquecimento dos
contatos e facilitará a extinção do arco,
consequentemente, aumentará a capacidade
de condução do relé, isto é, a carga a ser
comutada poderá ter uma corrente maior.
Figura 4: Superaquecimento do contato
Figura 5: Perda de material por eletro erosão
+
V
–
i
correntes
dos contatos
Carga
Figura 6: Relé com Invólucro danificado
Figura 7: Contatos ligados em série para
diminuir arco voltaico com carga DC13
Alguns fatores podem influenciar a extinção
do arco, o primeiro deles é a distância entre
os terminais do contato (gap). Quanto maior
for à distância, mais difícil será para o arco
manter o ar ionizado e continuar conduzindo
Outro fator importante é a liga metálica
utilizada para a fabricação das pastilhas
do contato. Existem materiais como AgCdO
e AgSnO2 que possuem características
mais robustas quanto ao ponto de fusão,
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resistência ao desgaste e resistência
mecânica, que aumentam a capacidade
de condução do relé para acionamento de
cargas DC13. Os Relés Finder Série 6E
e Série 6M possuem contatos com estes
materiais.
Uma alternativa bastante eficaz é a utilização
de relés com dispositivo de extinção de
arcos por sopro magnético, neste caso, o
arco é repelido por um campo magnético
fixo, dificultando o fluxo de corrente, até que
haja a completa extinção do arco. Esta ação
aumenta a capacidade de comutação do relé
para cargas DC. Um exemplo de produto
Finder com essa característica é a Série 6M.
.
Em corrente alternada, a própria Fonte de
alimentação série 78 ajuda a extinguir o arco,
já que ele colapsa quando a corrente é muito
baixa ou atinge o zero (para alimentação 60
Hz, isso ocorre a cada 16,67 ms).
Devido aos problemas ocasionados pelo
arco voltaico, o valor da corrente nominal
do relé, para esse tipo de carga, é
consideravelmente menor do que para as
cargas resistivas. Desta forma, é necessário
atenção quando for especificar um relé ou
contator para acionar cargas indutivas em
corrente contínua, o valor nominal da carga
deve estar dentro da capacidade de ruptura
especificado pelo fabricante.
Arco Voltaico
F
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Imã Permanente
Figura 8: Extinção por sopro magnético
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