Como Escolher um Relé Térmico para Proteção de Motores

Relés Térmicos para Proteção Contra Sobrecarga de Motores: Princípios, Seleção e Aplicação

Nos sistemas de controle de motores, os fusíveis são principalmente usados para proteção contra curto-circuito. No entanto, eles não podem proteger contra o superaquecimento causado por sobrecarga prolongada, operações frequentes de inversão de sentido ou operação com sub-tensão. Atualmente, os relés térmicos são amplamente utilizados para proteção contra sobrecarga de motores. Um relé térmico é um dispositivo de proteção que opera com base no efeito térmico da corrente elétrica e, essencialmente, é um tipo de relé de corrente. Ele funciona gerando calor através da corrente que flui em seu elemento aquecedor, fazendo com que uma lâmina bimetálica (feita de dois metais com diferentes coeficientes de expansão) se deforme. Quando a deformação atinge um determinado limite, ela atua em um mecanismo de acoplamento, abrindo o circuito de controle. Isso desenergiza o contato e desconecta o circuito principal, protegendo o motor contra sobrecarga.

Os relés térmicos são classificados pelo número de elementos aquecedores: tipos de dois polos e três polos. Os relés de três polos são ainda divididos em modelos com e sem proteção contra falta de fase. Séries comuns incluem JR0, JR9, JR14 e JR16. A característica tempo-corrente (característica ampere-segundo) dos relés térmicos geralmente exibe um comportamento de tempo inverso que corresponde à curva de sobrecarga permitida do motor: quanto maior a corrente de sobrecarga, menor o tempo de disparo; e vice-versa, quanto menor a corrente de sobrecarga, maior o tempo de disparo. Com a seleção adequada, o relé pode disparar antes que o motor atinja seu limite térmico, aproveitando plenamente a capacidade de sobrecarga do motor, enquanto evita danos.

Devido ao seu tamanho pequeno, estrutura simples e baixo custo, os relés térmicos são extensivamente utilizados em aplicações industriais para proteção de motores.

I. Proteção de Motores por Relés Térmicos

O tipo de conexão das bobinas do estator de um motor determina as características de corrente de sobrecarga e falta de fase, que, por sua vez, ditam o tipo apropriado de relé térmico.

Bobinas do Estator Conectadas em Estrela (Y)

Na conexão em estrela, a corrente de linha é igual à corrente de fase. Durante a sobrecarga do motor, todas as três correntes de fase geralmente aumentam. Quando a tensão trifásica de alimentação está equilibrada e as correntes do motor são simétricas, um relé térmico de dois polos pode proteger eficazmente um motor trifásico. No entanto, se a tensão trifásica estiver severamente desequilibrada (por exemplo, 4% de desequilíbrio de tensão pode causar até 25% de desequilíbrio de corrente), ou se ocorrer um curto-circuito monofásico onde a corrente de falha não passa pelo elemento aquecedor, o relé de dois polos pode não fornecer proteção adequada. Nesses casos, deve-se usar um relé térmico de três polos.

Bobinas do Estator Conectadas em Triângulo (Δ)

Em operação normal, a corrente de linha (I) = 0,58 × corrente de fase (Iφ), e a corrente de fase Iφ = 0,58 × corrente de linha I. Quando uma fase de alimentação é perdida (por exemplo, um fusível queima), conforme mostrado na Figura 1 (com a fase B aberta), devido à impedância igual das bobinas, Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, e Ib = (2/3)Ic. Isso mostra que a corrente de linha não reflete mais precisamente a corrente de fase, então usar a corrente de linha para proteção não detecta a verdadeira sobrecarga de bobina.

Quando ocorre falta de fase sob carga total, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—esta corrente excessiva é suficiente para que um relé térmico de três polos padrão dispare. No entanto, com 64% da carga nominal e falta de fase, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. A corrente excessiva devido à falta de fase é inferior a 20%, portanto, um relé de três polos padrão pode não disparar, mas uma fase carrega 58% a mais do que a corrente normal, arriscando a queima do motor. Portanto, para motores conectados em triângulo, relés térmicos de três polos padrão não fornecem proteção eficaz; devem ser usados relés de proteção contra falta de fase.

Quando uma bobina do estator se rompe (por exemplo, uma conexão solta entre o fio de bobina e o terminal, como aberto entre A e B, conforme mostrado na Figura 2), então Ia = Ic = Iφ, e Ib = Iφ. Aqui, uma corrente de linha é igual à corrente de fase, assim como na operação normal. Nesse caso, um relé de proteção contra falta de fase ainda pode fornecer proteção, enquanto dispositivos de proteção contra falta de fase que dependem da detecção de falta de fase do lado da alimentação não funcionarão.

II. Seleção de Relés Térmicos

Escolher e usar relés térmicos corretamente é um tópico bem conhecido, mas acidentes de queima de motores devido à seleção e uso inadequados ainda ocorrem frequentemente. Portanto, iniciantes devem observar os seguintes pontos, além de seguir as diretrizes padrão:

• Entenda o modelo, especificações e características do motor a ser protegido.

• Seleção do Tipo: Em áreas rurais com frequente desequilíbrio de tensão trifásica, use relés térmicos de três polos padrão para motores conectados em estrela, e relés de proteção contra falta de fase para motores conectados em triângulo.

• Seleção da Corrente Nominal: Selecione a corrente nominal do relé térmico com base na corrente nominal do motor, depois escolha a corrente nominal do elemento aquecedor. O intervalo ajustável da corrente de configuração do elemento aquecedor pode ser encontrado em tabelas do fabricante. Se a corrente de partida do motor for cerca de 6 vezes a corrente nominal e o tempo de partida for inferior a 5 segundos, defina a corrente do elemento aquecedor igual à corrente nominal do motor. Para motores com tempos de partida mais longos, cargas de impacto ou onde a parada não é permitida, defina a corrente em 1,1–1,15 vezes a corrente nominal do motor.

• Exemplo: Um motor tem uma corrente nominal de 30,3 A, corrente de partida 6 vezes a nominal, tempo de partida curto e sem carga de impacto. Modelos apropriados incluem JR0-40, JR0-60 ou JR16-60. Usando JR16-60: a corrente nominal do relé é 60 A, tipo de três polos. Selecione um elemento aquecedor de 32 A, ajustável para cerca de 30,3 A.

• Seleção do Fio de Conexão: Usar fios muito grossos ou muito finos afeta a dissipação de calor e, consequentemente, o desempenho do relé térmico. O tamanho do fio deve seguir as instruções do fabricante ou manuais elétricos.

• Motores com baixa capacidade de sobrecarga ou refrigeração ruim: Defina a corrente nominal do relé térmico em 60%–80% da corrente nominal do motor.

• Modo de Reinicialização: Relés térmicos geralmente oferecem modos de reinicialização manual e automática, alternáveis via um parafuso de ajuste. Os fabricantes geralmente os enviam no modo de reinicialização automática. A escolha depende do circuito de controle. Como regra, mesmo que o relé reinicie automaticamente, o motor protegido não deve reiniciar automaticamente—caso contrário, configure o relé para reinicialização manual para evitar inícios repetidos sob condições de falha e danos ao equipamento. Por exemplo, em circuitos de partida e parada manuais usando botões, a reinicialização automática é aceitável; em circuitos de partida automática, use reinicialização manual.

III. Precauções Durante o Uso

Para prolongar a vida útil dos relés térmicos e garantir o melhor desempenho, observe o seguinte:

• Use fios de conexão nos terminais do relé com seções transversais estritamente de acordo com as especificações.

• Os relés térmicos não fornecem proteção contra curto-circuito—fusíveis devem ser instalados separadamente. Eles são inadequados para motores com tempos de partida muito longos, operação frequente ou ciclos de trabalho intermitentes.

• Ao instalar com outros dispositivos, monte o relé térmico abaixo deles para evitar interferência térmica. Limpe regularmente poeira e sujeira.

• Após o disparo, a reinicialização automática ocorre em 5 segundos; a reinicialização manual requer esperar 2 minutos antes de pressionar o botão de reinicialização.

• Após uma falha de curto-circuito, verifique o elemento aquecedor para danos e a lâmina bimetálica para deformação (nunca dobre a lâmina bimetálica), mas não remova componentes.

• Ao substituir um relé térmico, certifique-se de que o novo seja compatível com as especificações do original.

Conclusão

Apenas selecionando, ligando corretamente e utilizando adequadamente os relés térmicos, pode-se obter proteção eficaz contra sobrecarga de motores.