Este artigo investiga os requisitos que os engenheiros de projeto enfrentam ao desenvolver aplicações industriais e comerciais e ao selecionar os relés adequados.
Existem dois aspetos técnicos que os engenheiros devem analisar cuidadosamente durante o processo de seleção de relés. Este artigo irá destacar como os picos de corrente de arranque podem danificar significativamente os contactos do relé, ao ponto de os impedir de reabrir. Esta falha pode realçar a necessidade de conformidade com as normas de segurança para equipamentos como elevadores, ferramentas de corte industriais e sinalização ferroviária. A segunda questão diz respeito a ambientes com restrições de espaço, como um painel de controlo industrial, e à necessidade de encontrar o espaço adequado para instalar o número necessário de relés.
Escolha de Relés para Ambientes Elétricos Exigentes:
Na última década, o panorama da manufatura industrial sofreu uma rápida transformação. Com o objetivo de aumentar a eficiência operacional global, tendências como a Indústria 4.0 e a Internet Industrial das Coisas (IIoT) impulsionaram o crescimento dos equipamentos e sistemas de automação industrial.
Os sistemas industriais requerem uma forma eficiente de controlar as linhas de alta potência para os equipamentos a partir de uma interface de baixa tensão. Os relés eletromagnéticos fornecem um método eficaz para atingir este objetivo, normalmente ativando ou desativando vários conjuntos de contactos com um único sinal. Embora o relé simples ofereça uma solução de baixo custo, podem surgir situações em que o equipamento controlado está sujeito a rigorosos requisitos de segurança funcional. Por exemplo, um operador que utilize uma prensa hidráulica deve ter a certeza absoluta de que esta funcionará apenas quando o previsto. As normas de segurança funcional, como a IEC 61508 e as suas derivadas para equipamentos industriais, estipulam os Níveis de Integridade de Segurança (SILs) necessários para proteger os utilizadores do equipamento e evitar danos no próprio equipamento. Uma dessas normas de segurança, a IEC 61810-3, anteriormente conhecida como EN 50205, aborda explicitamente os relés utilizados em aplicações de controlo de segurança e automonitorização.
Gestão de Correntes de Arranque:
As correntes de arranque podem ser potencialmente prejudiciais para qualquer componente de equipamento elétrico, como interruptores, contactos e relés. As correntes de arranque ocorrem quando a tensão de alimentação aplicada à carga provoca correntes excessivamente elevadas. As cargas indutivas, como motores e transformadores, e as cargas capacitivas, como os bancos de armazenamento de energia, são especialmente propensas a sofrer elevadas correntes de arranque. A magnitude destas correntes pode ser até quarenta vezes superior à corrente média em regime permanente. Num relé, o aumento repentino da corrente pode gerar um arco elétrico instantâneo entre os contactos, fazendo com que estes se soldem. O relé pode parecer estar a funcionar como esperado, mas a sua capacidade de desligar a corrente da carga fica comprometida.
Existem várias formas de reduzir as correntes de pico, como aumentar gradualmente a tensão aplicada à carga ou utilizar um sensor de cruzamento por zero (ZCS), como um relé de estado sólido (SSR). O ZCS opera com uma tensão de alimentação CA, detetando o momento em que a tensão cai para zero e, portanto, a corrente é nula, entre os picos positivo e negativo; ou seja, o ponto de cruzamento por zero. Assim que ocorre o cruzamento por zero, o relé pode ligar ou desligar a carga.
Infelizmente, a natureza de cargas altamente indutivas significa que o pico de corrente pode atrasar significativamente o pico de tensão, deslocando também o momento de tensão e corrente zero. Consequentemente, a abordagem de cruzamento por zero e o relé de estado sólido podem resultar na comutação de correntes elevadas. Além disso, os relés de estado sólido (SSRs) e os relés de estado de curto-circuito (ZCS) são amplamente conhecidos como uma fonte potencial de interferência eletromagnética (EMI) indesejada e disruptiva devido aos métodos de comutação empregues. A conformidade com os requisitos de segurança funcional com um ZCS/SSR exige um controlo complexo do circuito semicondutor.
Relés de contacto guiado:
A forma mais viável e menos complexa de comutar circuitos de forma fiável e segura é utilizar um relé de contacto guiado (FGR). Estes relés estão em conformidade com a norma IEC 61810-3. Além disso, empregam um projeto que garante que os contactos normalmente abertos (NA) não podem assumir o mesmo estado que os contactos normalmente fechados (NF). Se os contactos se soldarem ou ocorrer qualquer outra falha no relé, o movimento forçado dos contactos manterá uma distância mínima especificada de 0,5 mm dos contactos defeituosos. 
Imagem 1: Vista detalhada dos contactos do FGR da TE Connectivity
A Figura 1 mostra uma visão detalhada do método de construção de uma série de contactos de relé guiados.
Na TE Connectivity, a linha SCHRACK de contactos de relé guiados é utilizada em aplicações relacionadas com a segurança. Exemplos incluem encravamentos de segurança, interruptores de paragem de emergência e sistemas de controlo robotizado. Para além das utilizações industriais, os contactos FGR são empregues em diversos sistemas de controlo, desde controladores de portas de elevadores e sinalização ferroviária até equipamentos de diagnóstico médico.
A gama SCHRACK inclui uma vasta gama de opções de design flexíveis, tais como múltiplas configurações de contacto, diferentes opções de revestimento de contacto e inúmeros layouts de contacto para atingir classificações de tensão mais elevadas. As opções de enrolamento padrão e sensíveis oferecem uma vida útil mais longa e um perfil de dissipação de calor melhorado.
A Figura 2 destaca a gama SCHRACK FGR, desde a série SR2M de 2 pólos até à família SRL7 de 7 pólos.
Imagem 2: A gama SCHRACK de relés de contacto guiado da TE Connectivity (fonte: TE Connectivity SCHRACK)
Um exemplo de um relé FGR é o SCHRACK SR2M (ver Figura 3). Este relé bipolar está em conformidade com a norma EN 61810-3 (anteriormente EN 50205) e apresenta um isolamento reforçado entre os pólos. Os contactos de comutação estão classificados para 250 VCA, com um máximo de 400 VCA e uma corrente de comutação de 6 A. O material dos contactos é prata-níquel (AgNi). A configuração dos contactos é constituída por um contacto Forma A (SPST-NA) e um contacto Forma B (SPST-NF). A tensão de funcionamento da bobina do relé varia consoante o modelo e suporta as tensões nominais mais comuns, que vão desde 5 VCC a 110 VCC. Está disponível nas versões de encaixe e de soldadura.
As aplicações mais comuns do SR2M são as paragens de emergência, o controlo de prensas hidráulicas, o controlo de elevadores e escadas rolantes e a monitorização de segurança.
Outro exemplo de utilização do FGR é o relé de quatro pólos SCHRACK SR4D/M. Este relé (ver Figura 4) está disponível com três contactos de forma A e um contacto de forma B (3 NA + 1 NF), ou com dois contactos de forma A e dois contactos de forma B (2 NA + 2 NF). O material de contacto é uma liga de dióxido de estanho e prata (AgSnO2) e a corrente nominal por contacto é de 8 A.
Figura 4: Relé de contacto guiado TE Connectivity SCHRACK SR4 D/M (fonte: TE Connectivity SCHRACK).
Contactos FGR para aplicações industriais com espaço limitado.
A maioria dos ativos de produção industrial é controlada por controladores lógicos de processo (PLCs) montados em calhas DIN e alojados dentro de um painel de controlo. À medida que a complexidade das máquinas aumenta, e com ela o número de equipamentos, o espaço físico nas fábricas torna-se um recurso cada vez mais escasso. Os engenheiros estão geralmente limitados a um único painel de controlo por ativo de produção, o que leva a restrições nos equipamentos de controlo. Os controladores industriais modernos devem oferecer mais funções e proporcionar maior capacidade numa área mais pequena. No entanto, este design também exige que a dissipação de calor seja mantida no mínimo.
Um exemplo de um relé de contacto guiado em calha DIN é o compacto SCHRACK XT (ver Figura 5).
Figura 5: O relé de contacto guiado SCHRACK XT montado num carril DIN (fonte: TE Connectivity SCHRACK).
O relé SCHRACK XT está disponível nos modelos monopolar e bipolar e suporta correntes nominais de 16 A (1P) ou 8 A (2P). O relé FGR pode ser adquirido com uma bobina de 24 VCC, 24 VCA, 115 VCA ou 230 VCA.
Manutenção da Segurança Operacional em Sistemas Elétricos Industriais:
O cumprimento das normas de segurança aplicáveis é fundamental para a segurança humana em todos os aspetos da nossa vida. Isto é especialmente importante em processos industriais, onde as máquinas e equipamentos de processo apresentam potenciais riscos para a segurança. As normas de segurança funcional estipulam a estrutura geral para a avaliação e determinação de riscos e, no caso dos relés, a norma IEC 61810-3 exige a utilização de relés de contacto guiado para aplicações de controlo de segurança.
Os relés de contacto guiado da gama de produtos SCHRACK da TE Connectivity são essenciais para qualquer aplicação relacionada com a segurança com o objetivo de proteger vidas. TE
Connectivity, TE connectivity (logótipo), TE e SCHRACK são marcas registadas pertencentes ou licenciadas à família de empresas TE Connectivity Ltd. Outros produtos, logótipos e nomes de empresas mencionados neste documento podem ser marcas registadas dos seus respetivos proprietários.
Autor: Mark Patrick, Mouser Electronics
