Proteção de Motores: Tipos Falhas e Dispositivos
Um sistema de proteção de motor é um conjunto de dispositivos e métodos que protegem um motor elétrico de várias falhas e danos. Um motor elétrico é um componente crucial em muitas aplicações industriais e domésticas, desde pequenos eletrodomésticos até grandes máquinas. Portanto, é importante garantir o funcionamento adequado e a segurança do motor e de seu circuito.
Neste artigo, discutiremos os tipos de falhas de motor, os tipos de dispositivos de proteção de motor e como selecioná-los de acordo com o National Electrical Code (NEC) e as características do motor.
O que é uma Falha de Motor?
Uma falha de motor é uma condição que faz com que o motor opere anormalmente ou falhe. As falhas de motor podem ser classificadas em duas categorias principais:
Falhas externas: Estas são falhas que originam-se da rede de fornecimento de energia ou da carga conectada ao motor. Alguns exemplos de falhas externas são:
Tensões desequilibradas: Isso ocorre quando as tensões trifásicas não são iguais em magnitude ou ângulo de fase. Isso pode causar correntes de sequência negativa no motor, que produzem perdas adicionais, aquecimento e pulsos de torque.
Subtensão: Isso ocorre quando a tensão de alimentação cai abaixo do valor nominal do motor. Isso pode causar redução de torque, aumento de corrente e superaquecimento do motor.
Inversão de sequência de fases: Isso ocorre quando a ordem das fases de alimentação é invertida. Isso pode causar rotação reversa do motor, que pode danificar a carga ou o próprio motor.
Perda de sincronismo: Isso ocorre quando um motor síncrono perde seu bloqueio magnético com a frequência de alimentação. Isso pode causar escorregamento excessivo, caça e instabilidade do motor.
Falhas internas: Estas são falhas que originam-se do motor ou da planta acionada. Alguns exemplos de falhas internas são:
Falha nos rolamentos: Isso ocorre quando os rolamentos que suportam o eixo do motor se desgastam ou travam devido ao atrito, problemas de lubrificação ou estresse mecânico. Isso pode causar ruído, vibração, desalinhamento do eixo e parada do motor.
Superaquecimento: Isso ocorre quando a temperatura do motor excede seu limite térmico devido a sobrecarga, resfriamento insuficiente, condições ambientais ou quebra de isolamento. Isso pode causar deterioração do isolamento, danos nas bobinas e redução da eficiência do motor.
Falha nas bobinas: Isso ocorre quando as bobinas do motor estão curto-circuitadas ou em circuito aberto devido a quebra de isolamento, estresse mecânico ou falhas externas. Isso pode causar faíscas, fumaça, incêndio e perda de torque no motor.
Falha a terra: Isso ocorre quando um condutor de fase do motor entra em contato com uma parte aterrada do circuito ou equipamento. Isso pode causar correntes de falha elevadas, danos ao isolamento e equipamento, e potenciais riscos de choque.
As falhas de motor podem ter consequências graves para o desempenho, segurança e vida útil do motor e de seu circuito. Portanto, é essencial detectá-las e proteger-se contra elas usando dispositivos e métodos apropriados.
O que é um Dispositivo de Proteção de Motor?
Um dispositivo de proteção de motor é um dispositivo que monitora e controla um ou mais parâmetros do motor ou de seu circuito, como corrente, tensão, temperatura, velocidade ou torque. O objetivo de um dispositivo de proteção de motor é prevenir ou minimizar danos ao motor e a seu circuito em caso de falha ou condição anormal.
Existem diferentes tipos de dispositivos de proteção de motor, dependendo de sua função, princípio e aplicação. Alguns tipos comuns são:
Fusíveis: São dispositivos que interrompem o circuito quando uma corrente alta flui através deles devido a um curto-circuito ou sobrecarga. Eles consistem em uma tira ou fio metálico que derrete quando aquecido pela corrente de falha. Os fusíveis são dispositivos simples, baratos e confiáveis que fornecem proteção rápida contra curtos-circuitos. No entanto, eles têm algumas desvantagens, como:
Eles não são reutilizáveis e precisam ser substituídos após cada operação.
Eles não fornecem proteção contra sobrecargas ou subtensões.
Eles não fornecem indicação ou isolamento da localização da falha.
Disjuntores: São dispositivos que interrompem o circuito quando uma corrente alta flui através deles devido a um curto-circuito ou sobrecarga. Eles consistem em um par de contatos que abrem ou fecham por um mecanismo eletromecânico acionado por um elemento de detecção. Os disjuntores são mais avançados que os fusíveis, pois fornecem o seguinte:
Reutilização e redefinição após cada operação.
Proteção contra sobrecargas e subtensões ajustando suas configurações de disparo.
Indicação e isolamento da localização da falha por operação manual ou automática.
Relés de sobrecarga: São dispositivos que interrompem o circuito quando uma corrente alta flui através deles devido a uma sobrecarga. Eles consistem em um elemento de detecção que mede a corrente e um contato que abre ou fecha por um mecanismo eletromecânico ou eletrônico. Os relés de sobrecarga são projetados para proteger os motores de superaquecimento e danos ao isolamento devido a sobrecargas prolongadas ou tensões desequilibradas. Existem dois tipos principais de relés de sobrecarga:
Resposta mais rápida e melhor proteção contra correntes de curto-circuito ou falhas a terra.
Imunidade à temperatura ambiente e sem necessidade de ajuste.
Maior precisão e repetibilidade devido ao processamento digital.
Recursos adicionais, como detecção de falta de fase, detecção de rotação inversa, comunicação e diagnóstico.
Eles são lentos para responder e podem não proteger contra correntes de curto-circuito ou falhas a terra.
Eles são afetados pela temperatura ambiente e podem precisar ser ajustados conforme necessário.
Eles têm precisão e repetibilidade limitadas devido ao desgaste mecânico.
Relés de sobrecarga térmica: São dispositivos que usam uma lâmina bimetálica ou um elemento de aquecimento para detectar o aumento de temperatura da corrente do motor. Quando a corrente excede o valor pré-definido, o elemento térmico se curva ou derrete, fazendo com que o contato abra ou feche. Os relés de sobrecarga térmica são dispositivos simples, baratos e confiáveis que fornecem proteção inversa de tempo, ou seja, eles disparam mais rapidamente para sobrecargas maiores. No entanto, eles têm algumas desvantagens, como:
Relés de sobrecarga eletrônicos ou digitais: São dispositivos que usam um transformador de corrente ou um resistor shunt para medir a corrente do motor e um microprocessador ou circuito de estado sólido para controlar o contato. Quando a corrente excede o valor pré-definido, o elemento eletrônico envia um sinal para abrir ou fechar o contato. Os relés de sobrecarga eletrônicos ou digitais são mais avançados que os relés de sobrecarga térmica, pois fornecem:
Relés de proteção diferencial: São dispositivos que comparam as correntes nos terminais de entrada e saída do motor ou de sua bobina. Quando a diferença entre as correntes excede um certo valor, indicando uma falha na bobina, o relé interrompe o circuito. Os relés de proteção diferencial são dispositivos muito sensíveis e confiáveis que fornecem proteção rápida contra falhas fase-fase e fase-terra em motores de baixa e alta tensão.
Relés de proteção contra rotação inversa: São dispositivos que detectam a direção de rotação do motor e impedem que ele funcione em rotação reversa. A rotação reversa pode danificar o motor ou a carga, especialmente em aplicações como esteiras transportadoras, bombas ou ventiladores. Os relés de proteção contra rotação inversa podem usar diferentes métodos para detectar a direção de rotação, como:
Detecção de sequência de fases: Este método usa um relé de tensão ou um relé de wattímetro para medir a sequência de fases da tensão de alimentação. Se a sequência de fases for invertida, indicando rotação reversa, o relé interrompe o circuito.
Detecção de sequência negativa: Este método usa um relé de corrente ou um relé de potência para medir o componente de sequência negativa da corrente do motor. Se o componente de sequência negativa for alto, indicando rotação reversa, o relé interrompe o circuito.
Detecção de velocidade: Este método usa um sensor de velocidade ou um tacômetro para medir a velocidade do eixo do motor. Se a velocidade for negativa, indicando rotação reversa, o relé interrompe o circuito.
Como Selecionar Dispositivos de Proteção de Motor?
A seleção de dispositivos de proteção de motor depende de vários fatores, como:
O tipo e tamanho do motor
As características e classificações do motor
O tipo e gravidade das possíveis falhas
Os requisitos do NEC e outras normas
O custo e a disponibilidade dos dispositivos
O Artigo 430 do NEC fornece regras e diretrizes gerais para a seleção de dispositivos de proteção de motor com base nesses fatores. No entanto, também é importante consultar as recomendações e especificações do fabricante para cada motor e dispositivo.
Alguns passos gerais para a seleção de dispositivos de proteção de motor são:
Determine a corrente de carga total (FLC) do motor a partir de sua placa de identificação ou da Tabela 430.250 do NEC para motores CA ou da Tabela 430.251(B) para motores CC.
Selecione um dispositivo de proteção contra sobrecarga que possa lidar com pelo menos 115% da FLC para motores com fator de serviço de 1.15 ou superior ou com um aumento de temperatura de 40°C ou menos; ou 125% da FLC para outros motores. O dispositivo de proteção contra sobrecarga pode ser um relé de sobrecarga térmica, um relé de sobrecarga eletrônico ou digital, ou um relé de proteção diferencial, dependendo do tipo e tamanho do motor.
Selecione um dispositivo de proteção contra curto-circuito e falha a terra que possa lidar com pelo menos 150% da FLC para motores com fator de serviço de 1.15 ou superior ou com um aumento de temperatura de 40°C ou menos; ou 175% da FLC para outros motores. O dispositivo de proteção contra curto-circuito e falha a terra pode ser um fusível ou um disjuntor, dependendo do tipo e tamanho do motor.
Selecione um dispositivo de proteção contra rotação inversa se o motor ou a carga não puder tolerar rotação inversa. O dispositivo de proteção contra rotação inversa pode ser um relé de detecção de sequência de fases, um relé de detecção de sequência negativa ou um relé de detecção de velocidade, dependendo do tipo e tamanho do motor.
Selecione os tamanhos dos condutores para o circuito do motor de acordo com a Tabela 310.15(B)(16) do NEC para fiação geral e a Tabela 430.250 do NEC para circuitos de ramificação de motor. Os condutores devem ter uma capacidade de corrente não inferior a 125% da FLC para motores com fator de serviço de 1.15 ou superior ou com um aumento de temperatura de 40°C ou menos; ou 115% da FLC para outros motores.
Selecione os dispositivos e métodos apropriados para controle, partida, parada, regulação de velocidade e comunicação de acordo com o tipo e aplicação do motor.
Conclusão
A proteção de motores é um aspecto vital da engenharia elétrica que garante a segurança e a eficiência dos motores elétricos e seus circuitos. Os dispositivos de proteção de motor são selecionados com base no tipo e tamanho do motor, no tipo e gravidade das possíveis falhas, nos requisitos do NEC e de outras normas, e no custo e disponibilidade dos dispositivos. Os dispositivos de proteção de motor incluem fusíveis, disjuntores, relés de sobrecarga, relés de proteção diferencial e relés de proteção contra rotação inversa. Os dispositivos de proteção de motor monitoram e controlam parâmetros como corrente, tensão, temperatura, velocidade e torque para prevenir ou minimizar danos ao motor e seu circuito em caso de falha ou condição anormal.
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