Material dos contatos

Material dos Contatos: por que importa?
Se um relé “funciona” bem, por
que se preocupar com o material
dos seus contatos?
Norman Carnt, Technical Manager da Finder
U.K., explica a importância da escolha correta
do material dos contatos.
A maioria das pessoas, ao escolher um
relé, opta pela versão “standard” e,
com isso, abraça a oferta relativamente
padrão em termos de material de contato.
Muitos ficam completamente satisfeitos,
nunca terão qualquer problema e não se
preocupam com materiais alternativos. No
entanto, para algumas aplicações, o uso
de diferentes materiais de contato pode ser
mais adequado.
Comutação de potência dos relés
Os relés industriais possuem geralmente
uma comutação de potência até 50 A,
enquanto correntes mais elevadas são
geralmente reservadas a contatores.
Os principais materiais de contatos,
normalmente utilizados para relés com
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potência de contatos nominais entre 5 e
50 A, são Prata Níquel, Prata Óxido de
Cádmio e Prata Óxido de Estanho.
A Série 34 de
mini relés para
circuito impresso
utiliza contatos
Prata Níquel,
um material de
contato universal
de baixo
custo e bom
desempenho.
Figura 1: Relé Série 34
Prata Níquel
A combinação Prata Níquel tem sido
utilizada praticamente desde sempre. O
teor relativamente baixo de Níquel (10%)
destina-se principalmente para endurecer
mecanicamente a Prata e a aumentar a
resistência elétrica à erosão das superfícies
de contato, tornando-se muito mais resistente
às cargas elétricas mais elevadas. É ideal
para cargas resistivas com valor máximo da
corrente nominal do contato e para outras
cargas nas quais a corrente não seja tão
elevada. É um material universal, econômico
e de bom desempenho e é muitas vezes o
material padrão para muitos relés de potência.
Prata Óxido de Cádmio
A Prata Óxido de Cádmio tem sido
amplamente utilizada há cerca de 50
anos, principalmente pelo seu excelente
desempenho em comutação de cargas
indutivas e motores. Possui alta resistência a
desgaste e, em particular, o material tem uma
boa resistência para a fusão dos contatos
em situações de corrente de pico de breve
duração, resultante da comutação de grandes
bobinas de contatores, pequenos motores e
lâmpadas incandescentes.
Infelizmente, embora praticamente todos
os especialistas concordem que o teor de
Cádmio nos contatos do relé é tão baixo e tão
ligado à massa de prata que não apresenta
um risco real para o meio ambiente, a sua
utilização tem sido limitada pela Diretiva
Europeia “RoHS” 2002/95/EC. Essa,
em primeira instância, proibia totalmente
o uso; liberando após revisão, em caráter
de exceção, para os contatos elétricos. A
chamada “RoHS II” 2011/65/EC ainda o
permitia, sendo fixado um prazo final em
Julho 2016 para aplicações diversas e, em
Julho de 2024 para equipamentos de controle
industrial. Por essa razão e pelo fato de que
em determinados mercados importantes
(automotivo, países fora da União Europeia
como os EUA ou os BRICS...) a presente
diretiva não ser aplicável, a Finder mantém
disponível para algumas versões relés com
contatos de Prata Óxido de Cádmio.
Prata Óxido de Estanho
Prata Óxido de Estanho é uma
inovação mais recente e, como a AgCdO, é
fabricado por um processo de pulverização/
sinterização, ao contrário da AgNi, que é uma
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verdadeira liga. As partículas resultantes da
moagem são extremamente finas, na ordem
de sub-microns, a dispersão uniforme deles
dentro da prata pulverizada e moldagem à
alta pressão para formar o contato final são
procedimentos que requerem um controle
do processo absolutamente minucioso.
A princípio, o controle de qualidade de AgSnO2
e, consequentemente, o desempenho desses
materiais sinterizados não era tão consistente
com o que é exigido. Hoje, no entanto,
pode-se contar com a alta performance de
AgSnO2, especialmente no que se refere à
gestão de altas correntes de pico causadas
principalmente por capacitores de correção
do fator de potência associados com
lâmpadas fluorescentes e outras lâmpadas
de descarga de gás, e ao circuito de entrada
associado com lâmpadas econômicas,
lâmpadas fluorescentes compactas ou LED.
O principal problema de chavear cargas
capacitivas consiste no fato de que praticamente
não existem limitações da corrente no circuito.
As correntes de partida são limitadas pela
impedância da fonte e da linha, e serão da
ordem de centenas ou milhares de amperes.
Correntes de pico semelhantes acontecem
quando são ligadas fontes de alimentação e
inversores frequência.
Não é de se surpreender que a solda dos
contatos tenha sido historicamente um grande
problema nestas aplicações, mas com uma
cuidadosa avaliação da aplicação contra
o desempenho conhecido do relé sob tais
condições, muitas vezes é possível prever a
provável melhoria que uma alteração para
AgSnO2 traria.
Entretanto, o fabricante do relé precisará de
um extenso banco de dados de desempenho
e capacidade de testar experimentalmente
e avaliar de um modo repetitivo e, em uma
curta escala de tempo.
Figura 2: Contatos do relé mostrando os graves
efeitos da sobrecorrente devido ao uso impróprio.
Comutação confiável
a baixos níveis de potência
O outro extremo da escala das correntes
não aborda a erosão dos contatos ou o fato
de que eles podem ser soldados, mas sim o
fato de que os contatos criam uma conexão
confiável e de baixa resistência.
De forma simples, quanto menores forem as
tensões e correntes comutadas, mais difícil é
produzir uma boa conexão entre as superfícies
de contato. Naturalmente, os fabricantes de
relé procuram de todas as maneiras garantir
que haja pressão adequada entre os contatos
e, durante a produção, sejam mantidos altos
níveis de limpeza.
Qual material escolher?
Há escolhas que o usuário pode ou
deve efetuar quando se trata do material
dos contatos. Em geral, deve-se evitar a
utilização relés com materiais de contato
para aplicações depotência, porque
as características que os tornam bons
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interruptores de potência tendem a ser
contrárias a uma comutação de confiança a
um baixo nível.
No entanto, ocasionalmente, é
necessário comutar contatos de potência
ou de baixo nível; portanto, a única opção
seria a escolha de um relé de potência com a
aparente anomalia de ter contatos folheados
a ouro:
“Anomalia” porque não é muito sensato
revestir os contatos de potência com ouro, já
que ele é caro e seria queimado durante a
comutação de cargas de alta potência;
“Aparente” porque sabemos que é
improvável que isso resolva uma vasta gama
de aplicações de comutação misturando
confiabilidade em ambas as extremidades
da escala. Há, porém, um aspecto muito
importante em relação ao que é relatado.
O ouro deve ser banhado para ter uma
espessura significativa, evitando qualquer
sugestão de usar um flash de ouro de
0,2 microns.
Isto não é somente pelo fato de que um
revestimento muito fino será desgastado
mecanicamente ao longo de alguns
milhares de operações; portanto, não
cometa o erro de pensar que porque o
relé é usado em sua aplicação uma vez
ao mês, tudo ficará bem: não, não será
assim. Para comutação confiável a baixo
nível o revestimento de ouro é excelente,
mas o flash de ouro provavelmente vai ser
pior do que somente prata. Isso é porque
se trata de uma mistura muito complexa
de substâncias físicas e químicas que está
além do escopo deste artigo.
Voltando um pouco “para trás, o que
se entende por comutação de baixo nível?
Normalmente, um relé de potência
16A da gama Finder tem uma carga de
comutação mínima especificada de 10 V
/ 10 mA / 1000 mW, o que para um relé
especialmente concebido para alternar
cargas de até 4 kW é um bom valor.
A especificação indica que você deve
atender todos os três valores mínimos.
Um relé de potência média de 7 A com
contatos AgNi tem especificações mínimas
de comutação de 5 V / 5 mA / 300 mW,
mas mais uma vez, em termos práticos, a
tensão é o parâmetro mais importante. Este
relé também está disponível com contatos
banhados a ouro, onde os valores revistos se
tornam 5 V / 2 mA / 50 mW.
Se for necessário comutar de forma
segura uma tensão muito baixa, considere
dois contatos em paralelo. Isso reduz
drasticamente a comutação de carga mínima:
dois contatos banhados a ouro em paralelo
permitem lidar com cargas de até 0,1 V / 1
mA / 1 mW. Pode ser útil considerar que,
estatisticamente, a falta de confiabilidade
dos dois contatos em paralelo é igual à falta
de confiabilidade de um único contato para
o aumento da potência dos dois. Assim, por
exemplo, um circuito de comutação não
confiável em 1% se torna não confiável em
0,01%, por outras palavras, é obtida uma
melhoria de 100x na confiabilidade. Para
três contatos em paralelo, a confiabilidade
Confira outras informações técnicas
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