Por que os Contatores Sempre Queimam? É Necessário Implementar Simultaneamente a Proteção Contra Sobrecarga e Curto-Circuito

Os contatos são usados para fechar e abrir cargas que requerem tais operações durante o uso normal, especialmente para atividades específicas como iluminação pública de média tensão e motores elétricos industriais.

O controlador de combinação de contatores de média tensão + fusível (F-C) pode controlar motores de até 12 kV. No entanto, os controladores de média tensão também são adequados como alimentadores para outros tipos de cargas, especialmente transformadores. Para essas cargas, os contactores geralmente são modificados para incluir travamento mecânico, para que o contato não se abra automaticamente quando a tensão do sistema cai.

Os contactores com travamento mecânico são basicamente os mesmos em estrutura que os contactores mantidos eletromagneticamente. No entanto, em vez de depender de uma bobina principal energizada continuamente para manter o contato fechado, os contactores com travamento mecânico usam travamento mecânico para manter o estado fechado. Em essência, os contactores com travamento mecânico simulam disjuntores de média tensão. No entanto, é importante lembrar que existem diferenças distintas entre contactores e disjuntores.

Considerações para Circuitos de Controle

Uma vez que um contato tradicional mantido eletromagneticamente está fechado, ele permanece fechado enquanto a bobina principal estiver energizada. Mais comumente, a fonte de alimentação de controle para o circuito da bobina principal é um transformador de potência de controle, que é parte integrante do controlador inteiro. Portanto, para cargas de motor, quando a tensão do sistema cai, o motor se desconecta automaticamente, evitando danos ao motor.

Em contraste, os contactores com travamento mecânico permanecem fechados quando a tensão do sistema cai. Isso é particularmente necessário quando a carga é de um tipo que precisa ser reenergizada automaticamente quando a tensão do sistema é restaurada, como transformadores de iluminação.

Os contactores mantidos eletromagneticamente se abrem quando os contatos no circuito de controle da bobina principal se abrem. Por outro lado, os contactores com travamento mecânico são desbloqueados pelo fechamento dos contatos no circuito de travamento, permitindo que o contato se abra. Assim, o controle necessário para contactores com travamento mecânico é algo semelhante ao de disjuntores de média tensão.

Os contactores com travamento mecânico requerem uma fonte de alimentação de controle confiável para disparo. Uma fonte de alimentação de corrente contínua (bateria) é preferida, mas se a única fonte de alimentação de controle for um transformador de potência de controle conectado à fonte de tensão primária, um dispositivo de disparo de capacitor de corrente alternada é adequado para uso.

O circuito de fechamento deve usar botões de contato momentâneo para que a bobina principal seja energizada apenas durante o período de fechamento. Da mesma forma, o circuito de disparo (liberação do travamento) deve usar botões de contato momentâneo. Para o disparo automático de relés de proteção, um contato normalmente aberto deve ser conectado no circuito de disparo (liberação do travamento), e um contato normalmente fechado do relé de proteção deve ser conectado no circuito de fechamento. O propósito do contato normalmente fechado do relé no circuito de fechamento é garantir que o circuito da bobina principal seja desenergizado durante o disparo. É também desejável incluir uma função de bloqueio (86) de relé, seja através da função 86 em alguns relés multifuncionais de microprocessador ou via um relé de bloqueio separado.

Importante, o circuito de controle externo do usuário não deve incluir contatos de retenção no circuito de fechamento. Os contactores com travamento mecânico funcionam da mesma maneira que os contactores mantidos eletromagneticamente, com a adição de um travamento mecânico. Se o circuito da bobina principal estiver energizado continuamente, o contato permanecerá fechado mesmo se o travamento de disparo for acionado.

As fontes variam em suas estimativas do tempo que deve ser permitido entre a interrupção de falha e a subsequente reenergização. A maioria das fontes indica que deve haver pelo menos seis ciclos entre a interrupção do arco (quando se abre) e o fechamento dos contatos na operação de fechamento subsequente.

Considerações de Curto-Circuito e Sobrecarga

Os contactores usados para fornecer energia a transformadores diferem daqueles usados para fornecer energia a motores apenas nas características dos fusíveis limitadores de corrente. Os fusíveis usados para proteger circuitos de motores são fusíveis Classe M, cujas características de proteção são adequadas para as exigências de aplicação dos motores. Para alimentadores de transformadores, os fusíveis devem ser da Classe T, projetados para fornecer proteção apropriada para transformadores.

Contatores sem fusíveis têm apenas capacidade limitada de interrupção. Portanto, os contactores devem sempre ser usados em combinação com fusíveis limitadores de corrente. A combinação de um contato (que interrompe a corrente de carga normal e corrente de sobrecarga moderada) e um fusível limitador de corrente (que interrompe correntes que excedem a capacidade do contato sozinho) fornece capacidade completa de interrupção de sobrecorrente e curto-circuito.

Relés de sobrecorrente devem ser usados para fornecer proteção contra correntes de sobrecarga moderada, a fim de evitar a operação desnecessária dos fusíveis. Essa proteção deve ser coordenada com a capacidade de condução de corrente contínua da combinação fusível-contato. Como os fusíveis geram uma quantidade significativa de calor, não é incomum que os fusíveis sejam dimensionados ligeiramente maiores do que recomendado para a corrente contínua. Portanto, os relés de sobrecorrente fornecem proteção contra sobrecarga não apenas para o transformador, mas também para a combinação fusível-contato. Isso é apropriado porque a função do fusível é fornecer proteção contra curto-circuito, não proteção contra sobrecarga.

Proteção Monofásica

Os dispositivos modernos de proteção contra sobrecarga de motores geralmente incluem uma função de proteção para desconectar automaticamente o motor quando uma fase da alimentação de entrada é perdida. No entanto, para alimentadores não-motores, essa "proteção monofásica" pode não ser necessária ou desejável. Por exemplo, cargas de capacitores ou iluminação geralmente não são danificadas por condições monofásicas. No entanto, os usuários devem considerar se a proteção monofásica é apropriada. O método mais comum de implementar essa função é fornecer um acessório de disparo de fusível, que é acionado mecanicamente por um êmbolo no fusível limitador de corrente. Com essa opção, quando qualquer fusível limitador de corrente primária opera, o êmbolo indicador no fusível aciona uma alavanca de disparo, fazendo com que o contato se abra.

Outras Considerações de Aplicação

Os contactores com travamento mecânico compartilham muitas características de aplicação com contactores mantidos eletromagneticamente. Diferentemente dos disjuntores, os contactores são projetados para operação frequente, com 200.000 operações elétricas. O tamanho do transformador que pode ser alimentado por um contato, é claro, é limitado pelos fusíveis disponíveis (especialmente em 7,2 kV) e pela capacidade de corrente contínua do contato.

Os contactores são projetados para ter requisitos de potência de controle de baixa energia. Portanto, suas velocidades de fechamento e abertura podem ser relativamente lentas. Um tempo típico de fechamento é de 40 ms para 400 A e 70 ms para 720 A, enquanto o tempo de abertura é de 90 ms para 400 A e 35 ms para 720 A. Embora esses tempos sejam muito mais longos que os tempos de operação dos disjuntores, eles geralmente não requerem nenhuma consideração especial para os circuitos de controle ou procedimentos de operação do sistema. Contatores com travamento são integrados no design dos controladores de média tensão, eliminando as seções de transição e os grandes gabinetes de comutação necessários para disjuntores. Como os contactores com travamento usam fusíveis para proteção contra curto-circuito, os fusíveis podem operar em caso de falha grave. Se isso ocorrer, o tempo de inatividade associado à substituição dos fusíveis é maior do que o necessário quando se usam disjuntores. No entanto, a experiência mostrou que falhas graves são relativamente raras, então isso é improvável que seja um problema significativo.

Resumo

Os contactores têm sido usados para fornecer energia a transformadores e outras cargas não-motores há décadas, e seu uso aumentou significativamente nos últimos anos. O uso de contactores com travamento mecânico é particularmente apropriado quando transformadores são alimentados por contactores de média tensão.