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Horimetro
modelo H-1115
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Afinal qual a corrente que determinado rele
suporta?
Não há uma resposta simples para
esta questão.
1- Vamos supor o caso mais imediato: seria o de
uma carga puramente resistiva, ou seja, fator de potência
unitário (cos a =1).
Se o rele estiver dentro da tensão
de trabalho para os contatos, basta observar o valor da corrente
resistiva. O fabricante nunca deixa claro mas devemos tomar como
base estes valores a 25°C.
Para temperatura mais altas esse valor de corrente deverá
ser menor.
Por exemplo vamos tomar como base um rele, cuja
especificação, nos informa 10A resistivos. Se a
tensão de trabalho for até 250Vca, parte do
problema está resolvido, mas somente para a corrente de
regime, não levando em consideração outros
variáveis.
Temos que avaliar ainda a fenômenos
que ocorrem na comutação. O problema mais relevante
é o da facilidade de formação de arco
voltaico em tensões acima de 80V, com o aumento da
temperatura, o arco se forma com tensões cada vez mais
baixas. Estes causam a fusão do material dos contatos.
A
durabilidade dos contatos está intimamente ligada a
formação de arco na comutação.
Para se aplicar os valores indicados, pelo
fabricante do rele, a única saída é evitar
formação de arco, através de snubber
(circuitos RC) se em corrente alternada ou o uso de diodos para
circuitos em corrente contínua (veja circuitos à
esquerda).
Com o uso de diodos temos o inconveniente de
aumentarmos em até 3 vezes o tempo de abertura do rele.
Existem outras técnicas para conciliar o tempo de
abertura, com o uso de diodos zener ou com varistores.
2- Cargas Indutivas:
Podemos dividir estas
cargas em indutivas com baixa corrente e indutivas para médias
e altas correntes.
Na primeira classe podemos citar bobinas de
contatores, bobinas solenóides e bobinas de reles. Nestes
casos é de suma importância o controle da formação
de arco. Pois certamente, ao desligar, serão geradas
tensões muito acima da especificada para os contatos,
podendo até mesmo ser ultrapassada a tensão de
isolação elétrica entre a bobina e os
contatos.
Cabe observar que reles para baixa corrente, de 1 a
3A, devemos considerar a corrente inicial (de acionamento) de um
contator ou rele.
Um contator ou rele, quando em repouso (não
energizado) a bobina tem um enorme gap de ar, fazendo com que a
corrente inicial seja limitada praticamente pela resistência
elétrica do fio. A medida que o gap vai fechando, a
corrente vai caindo e quando fecha estabelece um loop magnético
fechado em ferro. Neste momento a corrente de regime é bem
mais baixa, mas com uma indutância bastante elevada.
Devido
ao circuito ferromagnético e alta indutância,
teremos agora uma grande tensão ao desligar, gerada pelo
colapso do campo eletromagnético em função
da auto indutância. Este fenômeno ocorrerá
tanto em corrente contínua ou alternada.
Como há
formação capacitiva, na bobina, de contatores ou
reles, vamos ter um circuito RLC com freqüência
variável, conforme o gap vai aumentando ao se afastar os
contatos, irradiando ondas eletromagnética de freqüência
variável. Ë por isso que o desligamento de contatores
e reles costumam derrubar o funcionamento de instrumentos
microprocessados posto na linha onde está essa bobina
ligada, ou próximos aos contatores, solenóides ou
reles.
Novamente a única solução é
dissipar essa energia resistivamente através de snubber
RC, RC com diodos, ou somente diodos, nos casos mais simples.
3-
Motores e lâmpadas com reatores acionados por contatos.
Determinar o valor da corrente na comutação,
neste caso, é o mais complexo. Note que um fabricante que
disponibiliza um rele para 30A resistivos, em 220Vca, o mesmo é
indicado para um motor de apenas 2 HP e 1 HP em 127Vca. Mesmo
para um fator de potência de 0,5 este valor ainda está
muito abaixo do esperado para o rele. A razão disto está
na formação do arco.
Por exemplo em um motor com fator de potência
com 0,5 indutivo, a corrente circulante pelos contatos do rele
será o dobro da corrente de responsável pelo
trabalho útil (mecânico ou resistivo). Este fato
ocorre também com reatores de lâmpadas
fluorescentes. Alguns fabricantes de reatores chegam a F.P=0,3.
Desta forma, 40 lâmpadas fluorescente convencional de 40W
em 220Vca teria uma potência de =1600W (potência real
resistiva, trabalho útil por segundo) e uma corrente de
1600 / 220 = 7,2A . Muitos fazem os cálculos até
esse ponto, e adquirem um produto para 10 A resistivos, até
com aparente margem de segurança.
Considerando o
fator de potência de 0,5 temos a corrente nos contatos de 2
x 7,2 = 14,4 A , muito acima dos 10 amperes resistivos do rele.
Os outros 7,2A são responsáveis pela formação
do campo eletromagnético nos reatores. Esta corrente não
é usada para o trabalho útil, como luz, no caso, e
será devolvida ao circuito, sobrepondo-se à
corrente que gera trabalho útil (devolvida à
fonte).
O maior problema ainda estará no desligamento
dessa carga com vários reatores. Uma enorme tensão
devido a auto indutância será gerada.
O exemplo
acima é válido para motores também. A melhor
solução para que a corrente caiba sob medida em um
rele para 10A, na situação acima, seria a correção
do fator de potência através de um capacitor em
paralelo com a carga. Podemos chegar facilmente a um fator de 0,9
em cargas com corrente constatante, mas colocamos um outro
problema, a corrente de acionamento sobre um capacitor
descarregado, ou pior, acionamento em um capacitor carregado com
o valor do pico da tensão da linha com valor contrário
ao que está sendo aplicado no momento de fechar os
contatos.
A corrente de partida de motores, por exemplo pode
exceder de 6 a 10 vezes a corrente de regime, pode ser um
problema a mais, se esta não tiver curta duração
até atingir a corrente de regime. Se o sistema tem o fator
de potência corrigido por capacitores em paralelo com o
motor, teremos um aumento ainda maior na corrente de partida que
os contatos dos reles terão que suportar.
É
exatamente este o motivo da fusão, seguida de aderência,
de contatos dos reles, ou contatores, em acionamento de lâmpadas
com capacitores na entrada, lâmpadas a vapor pré-aquecidas
por fialmento. É preferível que o capacitor esteja
descarregado, ao fechar os contatos. Usar um resistor com um
valor de compromisso entre descarregar o mais rápido
possível, o capacitor, sem que esta corrente signifique um
grande consumo em instalações com muitas
lâmpadas.
A saída mais adequada para esse caso é
o uso de sistemas com zero crossing (acionamento por passagem
pelo zero da linha). Outro recurso é o uso de PTC quando a
carga for pequena e em outros caso, carga pesada, partida suave
(soft start).
Lâmpadas com filamento comum e halógenas
(sem uso de reatores)
Cabe notar que com lâmpadas com filamento,
a partida a frio será equivalente a um curto circuito
quase sempre fulminando os contatos do rele ou contator.
Para
esse tipo de carga, o uso de contatos feito com liga de AgSnO2 é
o mais indicado.
Mínima corrente nos contatos.
Os reles têm uma limitação
para a menor corrente nos seus contatos. Por exemplo quando
indicado para 300mW, 5V/5mA , este trio de valores, significa que
a menor potência que os contatos devem trabalhar é
de 300mW, não ser menor que 5 V ou menor que 5mA.
Se
sob 5 V a menor corrente deverá ser no mínimo de
60mA. Se em 12V a menor corrente será 300 / 12 = 25 mA se
em 60V teremos 300 / 60 = 5mA e assim por diante. Note que com
100V temos 300 / 100 = 3mA corrente abaixo da permitida de 5 mA.
Neste caso temos que forçar uma potência maior, com
um resistor em paralelo com a carga, para ficarmos acima dos 5
ma.
A razão dessa limitação é
devido a vários fatores, um deles devido a resistência
dos contatos que apesar de baixa ela existe. Outro é o
fato de corrente contínua formar eletrólise, pois
nenhuma atmosfera é perfeitamente inerte e sem oxigênio.
Nestes casos teremos a formação de óxidos
isolantes e a interrupção do sinal. Caso seja
imprescindível o usos de reles, em baixa corrente, deve-se
eleva-la sempre bem acima desses valores para ocorrer uma
“limpeza” nos contatos. O mais indicado seria o uso
de estado sólido, quando a tensão facilitar essa
opção.
Podemos concluir que para aplicar um rele
corretamente, devemos evitar a formação de arco.
Nota: Todas os nomes de marcas citadas acima são
propriedades de seus respectivos donos.
Texto produzido pela
assessoria tecno-educacional Rodelta.
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