Radiografia 54 Relés e contatores O Setor Elétrico / Outubro de 2009 Relés e contatores Os relés eletromagnéticos e contatores têm funções semelhantes, mas, com características próprias, se diferem em comportamento e aplicação. Conheça mais sobre eles e suas peculiaridades nesta radiografia. Por Lívia Cunha condições são satisfeitas nos circuitos de entrada campos magnéticos, constituindo as bases do são os equipamentos radiografados dessa que controlam os dispositivos. eletromagnetismo. O funcionamento de diversos edição, é necessário retornarmos cerca de equipamentos 180 anos na história das invenções elétricas. norte-americano Joseph Henry estudava a ação instalações atuais, como relés, contatores, geradores, Relés eletromagnéticos e contatores têm dos eletroímãs, dispositivos que utilizam correntes motores, é baseado nesse fenômeno físico. Para falar de relés e contatores, que Entre os anos de 1820 e 1830, o cientista importantes para as nossas origem nos estudos de eletroímãs e campos elétricas para gerar campos magnéticos, a exemplo eletromagnéticos das primeiras décadas do dos campos existentes nos ímãs naturais, quando, o criador do relé eletromagnético, foi só quase século XIX. São equipamentos eletromecânicos simultaneamente a Michael Faraday, descobriu 50 anos após sua morte, em 1878, que esse que funcionam à base da excitação elétrica de o eletromagnética. dispositivo passou a ser utilizado em larga escala. seus componentes. Faraday, entretanto, ficou com o crédito pela O uso comercial do relé foi iniciado pelo inventor descoberta. Como consequência dos estudos, a americano Samuel Morse com a criação do O Dicionário Brasileiro de Eletricidade fenômeno da indução Apesar de Joseph Henry ser considerado Henry foi creditada a invenção do primeiro relé telégrafo, em 1937. O equipamento, um sistema eletromagnético. de comunicação e transmissão de informação que tem uma única posição de repouso e é Os estudos sobre eletroímãs que confluíram gráfica a longa distância, utilizava um eletroímã capaz de estabelecer, conduzir e interromper na criação de relés e contatores por Henry e para funcionar, como o desenvolvido por Joseph. correntes em condições normais do circuito. outros cientistas foram continuidade das pesquisas “Este foi o primeiro relé eletromecânico, que foi Enquanto isso, relé é um dispositivo elétrico realizadas pelo físico dinamarquês Hans Christian utilizado durante muitos anos e é largamente que tem como objetivo produzir modificações Oersted, quem descobriu que eletricidade e utilizado até hoje”, relata o engenheiro eletricista súbitas e predeterminadas em um ou mais magnetismo estavam intimamente ligados. Oersted e diretor comercial da Finder Componentes, circuitos elétricos de saída, quando certas percebeu que correntes elétricas poderiam criar Juarez Guerra. classifica contator como um dispositivo mecânico de manobra de operação não manual, 55 O Setor Elétrico / Outubro de 2009 A esse relé eletromagnético é dado o nome do Controle de Qualidade da Pextron, comenta popular de “tudo ou nada”. A partir da metade que “os relés digitais hoje produzidos oferecem do século XX, influenciado pelo desenvolvimento grandes vantagens se comparados aos relés tecnológico, começaram a surgir outros tipos de eletromecânicos, possibilitam coordenação do relés no mercado elétrico. Na década de 1950, sistema de proteção e melhor sensibilidade apareceram os relés de estado sólido, também devido os ajustes melhores e mais precisos que chamados de SSR. Diferente dos eletromecânicos, essa tecnologia proporciona”. que têm contatos que se movimentam durante a operação do relé, o que naturalmente reduz a sofreram Os avanços tecnológicos que os relés vida útil do dispositivo pelo desgaste das peças, o contatores. Inicialmente eletromecânicos, depois relé de estado sólido é um dispositivo eletrônico vieram os SSR e mais recentemente os eletrônicos. foram sentidos também pelos que não tem partes móveis para funcionar, utiliza Os dois produtos radiografados nessa edição têm elementos da elétrica, eletrônica, ótica dos funcionamento semelhante e estrutura parecida, materiais semicondutores e dos componentes mas são equipamentos distintos. Apesar de serem elétricos. originalmente Poucos anos depois, em 1954, o italiano Piero dispositivos eletromecânicos, que tem a função de comandar a manobra de Giordanino criou o relé de impulso, também circuitos, a operação dos dois é distinta. conhecido como telerruptor ou relé de passo, uma variação do relé eletromecânico. Este dispositivo, no circuito em que estão instalados, abrindo e Hilton Moreno explica que “ambos atuam muito utilizado em instalações residenciais e fechando cargas. Mas, enquanto o contator atua comerciais, permite uma programação variável basicamente pelo princípio eletromagnético, de atuação do equipamento, feita por meio de embora existam contatores de estado sólido cames – peça mecânica semelhante a uma roda também, o relé pode atuar por eletromagnetismo, dentada –, tem até dois contatos e pode realizar calor (relés térmicos), luz (relés fotoelétricos), diferentes sequências de acionamento, de acordo movimento com a programação. praticamente como se o contator fosse um (relés de presença), etc. É à exemplo de relé eletromagnético, enquanto que tecnologia empregada na sua construção. Os existem diversos relés que atuam por outros eletromecânicos, por exemplo, são chamados princípios”. Os relés são classificados quanto relés de primeira geração. Nas décadas de 1950 e 1960 foram desenvolvidos os primeiros relés de manobra de cargas, construídos e certificados Tanto relés quanto contatores são dispositivos da chamada segunda geração. O engenheiro a partir de normas específicas para cada um deles. eletricista Escola Juarez Guerra, da Finder, ressalta alguns outros Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli/ pontos de diferenciação desses dois dispositivos USP) José Antônio Jardini conta que foi nesse elétricos: “basicamente um contator tem a função período que “os relés começaram a ser feitos de chaveamento de cargas importantes, já os relés com eletrônica, mas fazendo as mesmas coisas são destinados à multiplicação de sinais”. e professor doutor da que um eletromecânico fazia. Foi quando surgiram Relés os relés da segunda geração”. Esses dispositivos utilizavam eletrônica analógica como princípio de funcionamento, quando surgiram os SSR. produzir modificações súbitas e predeterminadas O relé é um dispositivo elétrico destinado a Nas décadas de 1980 e 1990 surgiram os em um ou mais circuitos elétricos de saída, relés digitais, chamados de terceira geração, quando alcançadas determinadas condições no que trabalham com microcomputadores e, por circuito de entrada, que controla o dispositivo. meio desses, analisam os sinais e as informações Assim, o relé não possui a função de interromper digitais para fazer a manobra de um circuito. o circuito principal, mas sim de fazer atuar o seu O engenheiro eletricista e consultor Hilton sistema de manobra. Moreno conta que “há um avanço no uso cada vez mais acentuado de relés eletrônicos em instalação, tem substituição aos eletromecânicos”. Por isso, funcionamento de outros aparelhos conectados esses dispositivos são a principal tendência para ao mesmo ou em outro circuito elétrico que Esse equipamento, quando ligado a uma como função permitir o o mercado de relés. estejam ligados ao relé, devido a uma alteração nas condições do equipamento pela passagem O engenheiro eletricista Hamilton Nicoletti, Radiografia 56 Relés e contatores O Setor Elétrico / Outubro de 2009 da corrente elétrica. Funciona como uma chave automática comutadora que atua pela alteração de algumas variáveis predeterminadas como temperatura, corrente elétrica, ar e campo magnético. Os relés eletromecânicos são utilizados para controlar o fluxo de correntes e são comumente aplicados em instalações industriais de baixa tensão. Apesar disso, Nicoletti, da Pextron, ressalta que “existem relés para baixa, média e alta tensão e que é necessário especificar”. Os relés podem ser encontrados em automação predial, em sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, em máquinas e equipamentos em geral. Como esses equipamentos são componentes construtivos de manobras de motores, é por meio destes que os relés estão presentes em outros ambientes como residências, comércios e automóveis, atuando Princípio construtivo de um relé de sobrecarga bimetálico no controle de circuitos elétricos, permitindo a ligação, o desligamento ou a alteração do circuito de dispositivos elétricos, um relé pode ser ligado dependendo de sua ligação. a dois circuitos diferentes e fazer a comutação Com funcionamento simples, mas de vital de cargas de um para o outro. Em geral, os importância para a atuação dos equipamentos relés são usados para retransmissão de sinais, elétricos, os relés eletromecânicos, baseados especialmente os eletromecânicos, que podem no princípio eletromagnético, são compostos, ter de um a oito contatos. “Já os relés de estado de modo geral, por um eletroímã, em forma sólido não possuem contatos, conduzem a de bobina; uma armadura metálica, que possa corrente em função de um sinal (tensão) na sua ser atraída pelo campo magnético criado pelo entrada”, comenta Guerra. eletroímã; uma mola e um conjunto de contatos Tipos elétricos, que serão abertos, fechados ou comutados, conforme a configuração de cada relé. Além de serem eletromagnéticos, de estado Quando a corrente elétrica percorre a bobina e sólido ou digitais, os relés podem funcionar dá origem a um campo magnético, a armadura devido a diferentes componentes e assumir, é atraída por essa força que altera a posição assim, diversos dos contatos, abrindo, fechando ou comutando, entre os formatos mais tradicionais, no caso dependendo da posição e do tipo de relé, fazendo dos eletromecânicos. Além disso, o número de tipos construtivos, mesmo o dispositivo atuar. Quando a corrente da bobina contatos pode variar bastante. Os tipos mais é interrompida, o campo magnético se anula e os comuns de relés são os eletromagnéticos, cujo contatos, pela ação da mola, retornam à posição sistema de funcionamento já foi explicado. original. A bobina é o principal componente do produto da Siemens, Olimpio Correa, relata O engenheiro e gerente de marketing de relé porque a operação do relé só acontece se que os relés podem ser do tipo que atuam em o campo magnético for gerado em torno dela, sobrecorrente (de sobrecarga ou de curto- com a ação de passagem da corrente elétrica, circuito) ou relés que atuam diante de uma quando o relé é energizado. Quando o campo é variação inadmissível de tensão. Segundo ele, formado, os contatos móveis alteram seu estado “os relés de sobrecarga, por razões construtivas, inicial, que são, em geral, normalmente abertos podem ser térmicos (quando atuam em função ou normalmente fechados. É comum ainda que os do efeito Joule sobre sensores bimetálicos) ou relés contenham invólucros protetores em volta eletrônicos (podendo assumir adicionalmente do conjunto de componentes dos dispositivos. outras funções, como supervisão dos termistores – componentes semicondutores – ou da corrente Além de funcionar como um interruptor eletromecânico que faz a ligação e o desligamento de fuga)”. O Setor Elétrico / Outubro de 2009 55 57 anos do relé de impulso “Empregamos então muita energia e, naturalmente, um considerável período de estudo e projeto”, Piero Giordanino, relatando o período anterior à invenção do relé de impulso. O relé de impulso, também chamado de telerruptor ou relé de passo, foi criado em 1954 pelo italiano Piero Giordanino, presidente da Finder Componentes. Neste ano, completa 55 anos de criação. Desde o lançamento do produto, entretanto, o equipamento teve sua construção muito alterada da original, apesar de manter o princípio de funcionamento. Giordanino, em entrevista à revista O Setor Elétrico, contou que, nesses 55 anos, “aconteceu uma evolução e uma mudança total no nível tecnológico. Os relés atuais Série 20, 26 e 27 são completamente diferentes dos relés que construímos com as primeiras patentes. Surgiram muitas melhorias ditadas no progresso da tecnologia, da exigência dos usuários, do surgimento de novas normas e homologações”. O relé de impulso tem o mesmo princípio de funcionamento de um relé eletromecânico, porém, não precisa que sua bobina fique sempre energizada para mudar o estado de seus contatos. Para que essa mudança aconteça ele utiliza apenas um pulso de tensão. Isso é possível porque não é o campo magnético que faz com que os contatos permaneçam comutados, mas sim a catraca mecânica do dispositivo. Além disso, permite uma programação variável de operação. Com até dois contatos, pode operar tanto em corrente contínua quanto em alternada. O diferencial que o relé de impulso trouxe à área de instalações elétricas na metade do século XX foi ter um “novo tipo de circuito, com ligação comum interna (jumper), e uma mudança mecânica dos componentes internos do relé através de uma mola”, relata Giordanino. “Este tipo de inovação mecânica substituiu os velhos relés que possuíam o mecanismo acionado por gravidade”, conta. Assim, “os instaladores e eletricistas também passaram a usufruir da grande vantagem de poder instalar o relé em qualquer posição (primeiramente o funcionamento por ‘gravidade’ obrigava o instalador a posicionar o relé verticalmente).” Apesar do lançamento do produto na década de 1950, Piero comenta que o conceito do relé de impulso já existia antes disso. Mas só depois de muito tempo de estudo e projeto, o protótipo ganhou forma. Logo no ano do lançamento do relé já foram iniciados projetos para melhorar o equipamento apresentado. Por isso, o fato de o produto final ser diferente do original é encarado como um processo de evolução natural. Esse tipo de relé é muito utilizado no setor civil, em instalações comerciais e residenciais, em circuitos de iluminação. Podem ser empregados em outros campos, como em alarmes e acionamento de bombas. Além disso, Giordanino ressalta que, como “não são produtos para uso tipicamente industrial e então, para qualquer aplicação devem-se respeitar os dados reportados em catálogo”. Radiografia 58 Relés e contatores A exemplo dos outros tipos, os relés podem O Setor Elétrico / Outubro de 2009 materiais utilizados e a forma construtiva desses ser construídos com princípio de atuação elementos determinam a eficiência e a atuação térmica, pneumática ou de impulso. Nesse caso, do dispositivo. A bobina do relé, por exemplo, é outras variáveis são responsáveis pela operação enrolada com um fio esmaltado. A espessura do do dispositivo. No relé térmico, como citado por fio e o número de são características de cada Correa, ao invés de a ação do campo magnético relé. De forma geral, nos relés mais sensíveis, nos ser a responsável pela operação do aparelho, é a quais circulam correntes elétricas baixas, existem temperatura que o faz. Quando uma determinada milhares de espiras de fios esmaltados muito temperatura predefinida é atingida, o relé dispara. finos. Essa elevação térmica pode ser provocada, por exemplo, por uma corrente de sobrecarga ou de material metálico que possa ser atraído pelo A armadura, por sua vez, deve ser de um curto-circuito. campo magnético gerado pela corrente. Em geral, Nesse tipo de dispositivo, o elemento são utilizados materiais ferromagnéticos flexíveis. sensor da temperatura é uma lâmina bimetálica, Nela, podem ser acopladas articulações e molas composta por dois ou mais metais trefilados com para garantir mobilidade à peça. Enquanto isso, diferentes coeficientes de dilatação. Quando os os contatos, que variam de número e disposição metais são aquecidos, eles dilatam de maneira de acordo com a aplicação do relé, devem diferente entre si, provocando uma deformação ser de materiais condutores resistentes para entre as lâminas. Essa deformação faz com que o suportarem possíveis altas correntes. É comum bimetal seja curvado, os contatos móveis alteram a utilização de materiais como cobre, prata e suas posições iniciais e o relé atua. tungstênio. Já no pneumático, sua operação é provocada “O dimensionamento correto de todos os pelo esgotamento do ar, também em um dado componentes, material utilizado, como cobre, período de tempo, existente no ambiente em elastômeros de qualidade, núcleo de ferro de que o relé se encontra. Para que o equipamento boa qualidade, assim como material do contato opere com o escoamento do ar são utilizados (que podem ser entre outras, de prata níquel ou temporizadores para controle ambiente. prata mais oxido de cádmio) garantem uma boa performance do relé”, explica Guerra. Existem ainda os relés de impulso que são uma variação de um relé eletromagnético. Com Esses contatos podem ser de algumas o mesmo funcionamento de um dispositivo formas diferentes, garantindo aos relés diversas eletromecânico, o de impulso não necessita que configurações, que podem ser divididos em três bobina fique sempre energizada para mudar o grupos de contatos: contato NA ou normalmente estado de seus contatos. Para isso, o equipamento aberto; contato NF ou normalmente fechado; e precisa de apenas um pulso de tensão, pois não é contato comum ou central, também chamado de o campo magnético que faz com que os contatos contato C. permaneçam comutados, mas sim a catraca mecânica. em que os contatos estão abertos, ou seja, Relés que têm contatos NA são aqueles O engenheiro Juarez Guerra explica desligados, quando a bobina não está energizada. que as principais aplicações de relés de No momento em que a corrente elétrica começa impulso, que este ano completa 55 anos a percorrer a bobina, os contatos se fecham e o de invenção, são em instalações de uso relé começa a operar. A utilização de dispositivos comercial e residencial. “A aplicação de relés com contatos normalmente abertos é feita de impulso em outros países em especial quando se quer ligar uma carga externa a partir na Europa é muito grande. Aqui no Brasil da energização da bobina. estamos iniciando a aplicação deste produto Os normalmente fechados, ao contrário, principalmente em sistemas de automação têm seus contatos fechados, ou seja, ligados, ou pré-automação residencial.” quando o relé está desenergizado. Quando a bobina recebe corrente elétrica, os contatos se Componentes abrem e interrompem a circulação de corrente Os relés são formados basicamente de pela carga externa. Usa-se esse tipo de relé para um eletroímã, uma armadura, uma mola e um desligar uma carga externa ao fazer uma corrente conjunto de contatos elétricos. A composição, os percorrer a bobina do relé. comando, ele faz o controle de cargas em um circuito de potência. “O contator é o dispositivo de manobra mais utilizado na indústria e nas instalações elétricas prediais, sejam públicas ou privadas. É um dispositivo de manobra que permite, por exemplo, a partida direta de motores assíncronos trifásicos, suportando uma corrente de partida Esquema construtivo de um relé eletromecânico O central, ou C, é o contato comum dos relés. várias vezes maior que a designada”, conta Olimpio Correa. Assim como os relés, estes também são No momento em que o contato NA fecha, e a chaves circulação de corrente por ele é interrompida, é com o processo de evolução tecnológica que com o C que se estabelece a condução elétrica, da a área técnica experimentou em meados do originalmente eletromagnéticas que, mesma forma pode ser feito com o NF. Esse tipo século passado, desenvolvendo e aprimorando de contato é comum aos normalmente fechados e a eletrônica, passaram a ser fabricados também normalmente abertos, por isso, contato C. com sistema de funcionamento eletrônico, como no caso do contator de estado sólido, por Vantagens exemplo. Cada dispositivo elétrico deve ser aplicado em uma instalação dimensionada para ele, levando em conta as características e as peculiaridades de cada circuito. Mas, em termos gerais, existem algumas vantagens em utilizar relés ao invés de outros equipamentos elétricos com ação semelhante. Uma dessas é que eles podem ser energizados com correntes muito pequenas, comparada à corrente que o circuito controlado utiliza nominalmente. Dessa forma, eles são utilizados para controlar correntes elétricas Visão de corte de um contator de potência de grande intensidade usando uma pequena corrente elétrica. Isso é importante porque em muitas aplicações o valor de corrente circulante Os contatores são constituídos para é tão alto que o controle com outros tipos de realizarem um elevado número de manobras em dispositivos elétricos ficaria. Essa característica corrente nominal. Esse número, para contatores permite que circuitos de altas correntes sejam mecânicos, varia conforme o tipo de carga ligada controlados diretamente. ao dispositivo, especialmente devido aos efeitos de arco sobre as peças de contato durante a Um relé permite ainda que seja acionado mais de um circuito ao mesmo tempo com operação e ao desgaste dos contatos. Funcionamento e componentes um único sinal. Entre outras características do dispositivo, pode-se destacar que os sinais de saída são isolados e independentes dos sinais de Os contatores também são divididos em entrada; a tensão da bobina pode ser diferente, eletromecânicos e eletrônicos. Compostos por muito menor que a dos contatos; além de poder contatos móveis, os eletromecânicos podem ser controlar sinais de corrente contínua por meio divididos em dois tipos principais: os contatores de tensão alternada, assim como o inverso. auxiliares e os de potência, classificação relacionada à disposição de seus contatos no dispositivo. O primeiro é utilizado para ligar CONTATORES Como um dispositivo mecânico de manobra, e desligar circuitos de comando, sinalização, o controle, contator pode estabelecer, conduzir e interface com processadores interromper correntes elétricas em condições eletrônicos, etc., enquanto o de potência é normais de cargas como motores, iluminação, usado como chave de ligação e desligamento de banco de capacitores, resistências e circuitos motores e outras cargas elétricas. auxiliares, etc. Assim, a partir de um circuito de Olimpio Correa, da Siemens, relata que “os Radiografia 60 Relés e contatores O Setor Elétrico / Outubro de 2009 contatos principais são a parte mais delicada comando, sinalização e intertravamento elétrico. do contator e são construídos com ligas de Esses contatos podem ser normalmente aberto, prata especiais. Dessa forma, garante-se não ou NA, ou normalmente fechado, chamado de NF, somente uma manobra efetiva, mas também assim como nos relés. uma vida útil muito elevada, evitando que os contatos se grudem ou se destruam durante seu no interior da carcaça que é constituída de duas funcionamento normal”. partes simétricas (tipo macho e fêmea), unidas Os componentes do contator ficam alojados O funcionamento padrão dos contatores por meio de grampos, e, normalmente, fabricadas dá-se da seguinte forma: quando a bobina a partir de plásticos de engenheira. No Brasil, eletromagnética é energizada, forma-se um esses equipamentos, desde seus componentes até campo magnético que se concentra na parte sua montagem, são elaborados conforme a norma fixa do dispositivo e atrai o núcleo móvel, onde ABNT NBR IEC 60947-4-1:2008 - Dispositivo de estão localizados os contatos móveis, que, manobra e controle de baixa tensão - Parte 4-1: por consequência, também são deslocados. O Contatores e partidas de motores - Contatores comando da bobina é feito por meio de uma e partidas de motores eletromecânicos. botoeira com duas posições, que tem seus elementos ligados à bobina. A velocidade de ficam por conta do comando à distância, do As vantagens de utilização de contatores fechamento dos contatos é uma junção da força elevado número de manobras, da grande vida útil proveniente da bobina e da força mecânica mecânica, do pequeno espaço para montagem e das molas de separação que atuam em sentido da tensão de operação de 85% a 110% da tensão contrário. As molas de compressão são também nominal prevista para contator. Mas assim como as responsáveis pela velocidade de abertura do qualquer outro dispositivo elétrico, sua seleção circuito, quando a alimentação da bobina cessa. para uma dada instalação deve levar em conta as particularidades do circuito. Para especificar Os contatos principais tem como função estabelecer e interromper correntes elétricas um contator, é preciso considerar a corrente de motores e chavear cargas resistivas ou nominal do dispositivo, a tensão e a frequência capacitivas. No contato são utilizadas placas de da rede, a tensão e frequência de acionamento e prata. Enquanto isso, os contatos auxiliares são a quantidade de contatos auxiliares, fazendo uma utilizados para comutar circuitos auxiliares de previsão de que como o contator irá operar. Categorias de emprego de contatores* Corrente alternada AC - 1 Cargas não indutivas ou de baixa indutividade AC - 2 Motores com rotor bobinado (anéis) Resistências Partida com desligamento na partida e regime nominal AC - 3 Motores com rotor em curto-circuito (gaiola) Partida com desligamento em regime nominal Motores com rotor em curto-circuito (gaiola) AC - 4 Partida com desligamento na partida, partida com inversão de rotação, AC - 5a Lâmpadas de descarga em gás (fluorescentes, vapor de mercúrio ou sódio) AC - 5b Lâmpadas incandescentes manobras intermitentes AC - 6a Transformadores AC - 6b Banco de capacitores AC - 7a Cargas de aparelhos residenciais ou similares de baixa indutividade AC - 7b Motores de aparelhos residenciais AC - 8 Motores-compressores para refrigeração com proteção de sobrecarga DC - 1 Cargas não indutivas ou de baixa indutividade DC - 3 Motores de derivação (shunt) Corrente contínua Resistências Partidas normais, partidas com inversão de rotação, manobras intermitentes,frenagem DC - 5 Motores série Partidas normais, partidas com inversão de rotação, manobras intermitentes, frenagem Lâmpadas incandescentes * De acordo com a IEC 60 947.