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Contexto histórico, conceitos e exemplos dos principais relés
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Teresina, Piauí Abril de 2018
Figura 2 - Relé Telefônico
O primeiro substituto do relé nos sistemas de comutação foi proposto por Irving Langmuir (1881-1957), em1914. Tratava-se da válvula Thyratron, o equivalente ao gás dos SCRs, que podem ser considerados percussores dos relés de estado sólido. E, o que muitos não sabem, é que a idéia do MOSFET é anterior à invenção do transistor bipolar comum. Ele foi proposto por Julius Edgar Lilienfeld (1882-1963), em 1930. No entanto, da maneira como proposto, dadas as dificuldades. técnicas da época, o dispositivo nunca chegou a ser construído. Atualmente, ele é a base dos relés de estado sólido. Foi em 1937 que George Stibitz (1904-1995) percebeu que os relés eletromecânicos, que eram os componentes básicos de todos os sistemas de comutação telefônica da época, também poderiam ser utilizados com outras finalidades. Stibitz notou que eles podiam realizar operações em sequência e, assim, realizar cálculos matemáticos. Desta forma, usando relés, lâmpadas de lanterna e uma chave feita com uma caixa de metal de charutos, ele montou o primeiro computador com relés: um somador binário. Em 1939, com ajuda de S. B. Williams, construiu o Complex Number Calculator, o primeiro computador digital elétrico do mundo. Esta máquina tinha uma “CPU” formada por 450 relés telefônicos e 10 relés chamados crossbar, que eram relés multi-pólos x multi- posições. Ele podia encontrar o quociente de dois números de 10 dígitos em “apenas” 30 segundos. A entrada do computador era feita por três tele-máquinas deescrever. O que Stibitz não sabia era que, ao mesmo tempo em que ele trabalhava neste computador, em Berlin, Konrad Zuse (1910-1995) construía uma máquina semelhante e que pesquisadores japoneses também já tinham feito o seu computador com relés no mesmo período. As idéias de Claude Elwood Shannon (1916-2001) sobre matemática binária ainda não estavam propagadas o suficiente para serem usadas na prática. Mas, o maior feito deste inventor foi levar uma das máquinas que utilizava para entrar com os dados no computador a um encontro da American Mathematical Association, em Dartmouth, New Hampshire, e usá- la para se comunicar através de linhas telefônicas com o Complex Number Calculator, em NovaYork.
Foi a primeira demonstração do mundo do que se denomina hoje Computação Remota.O computador de Stibitz passou a ser chamado de Model 1 Relay Computer, permanecendo em operação até 1949. Um fato interessante é que o Complex Number Computer não era programável. Uma combinação de relés controlava de modo contínuo a sequência de operações. O conceito de programação apareceu somente depois, nos computadores da Bell. O sucesso do Complex Number Computer encorajou Stibitz a construir máquinas mais ambiciosas, incluindo o conceito de fita perfurada. Assim, com a entrada dos Estados Unidos na Segunda Grande Guerra, em 1941, a Bell passou a ter suas atividades concentradas em projetos militares. O primeiro computador usando relés para uso militar foi o Relay Interpolator, instalado em Washington e que continha 440 relés e uma capacidadede memória para sete números. Este computador fazia uma multiplicação emapenas quatro segundos. Sua principal utilidade era computar tabelas de direcionamento para fogo antiaéreo. Dois outros computadores foram projetados depois: o Ballistic Computer e o Error Detector Mark 22. O primeiro em 1944 e o segundo um ano depois. Eles continham 1400 relés e uma capacidade de memória para 10 números. Suafinalidade era ainda realizar cálculos de direcionamento de fogo antiaéreo. Os maiores computadores da série, entretanto, foram construídos em 1946 e 1947, pesando cada um 10 toneladas e contendo perto de nove mil relés. Estas máquinas já podiam ser consideradas verdadeiros computadores, pois possuíam duas unidades aritméticas separadas, cada qual capaz de funcionar como um computador separado com seus registros de memória e dispositivos de entrada de saída. Já estava presente ali o conceito de “processamento paralelo”, pois cada uma resolvia parte do problema para depois os resultados serem processados. A partir destas máquinas também surgia um conceito de “sistema operacional”, pois havia uma unidade que controlava as unidades aritméticas, memória e operações de entrada e saída, tudo isto feito com relés! Devido ao fato dos relés estarem sujeitos a falhas, os engenheiros da Bell desenvolveram circuitos que se auto-verificavam a cada passo da computação e se alguma coisa desse errado eles paralisavam a computação. A Bell, na época, desenvolveu a notação bi-quinária, conforme a figura 3.
Figura 5 - Publicação do Relé Reed
O LED apareceu em 1960, abrindo então as portas para uma nova família de relés, os relés de estado sólido. Um relé de estado sólido ou Solid State Relay (SSR) nada mais é do que um acoplador óptico que tem um LED emissor e um receptor. O receptor pode ser um foto-diodo, foto- transistor, foto-triac ou outro dispositivo sensível à luz.
Os relés diferenciais são a mais importante forma de proteção de transformadores de potência, e podem estar submetidos a diferentes fatores que propiciam uma operação indesejada do disjuntor, ou seja, correntes de magnetização transitória do transformador, defasamentos angulares, diferenças de corrente em função dos erros introduzidos pelos transformadores de corrente, diferenças de correntes no circuito de conexão do relé em função dos tapes do transformador de potência.
O funcionamento do relé diferencial de corrente baseia-se na comparação das correntes elétricas que circulam entre dois terminais de um equipamento ou sistema. Caso haja uma diferença específica entre essas correntes, o relé envia um sinal de atuação para o disjuntor, desligando o sistema. Normalmente, são usados transformadores de corrente para a coleta dessas correntes. A proteção diferencial é o tipo de proteção mais utilizado em transformadores com potência superior a 10 MVA, em tensão igual ou superior a 69kV.
2.1.1 Relés Diferenciais de Sobrecorrente Os relés de sobrecorrente constam normalmente de uma unidade de sobrecorrente instantânea, além da unidade temporizada que o caracteriza. A unidade instantânea é normalmente ajustada para um elevado valor de corrente. São de aplicação limitada por favorecer operações intempestivas do sistema, de acordo com causas como: corrente de magnetização do transformador durante a sua energização, saturação dos transformadores de corrente em diferentes níveis, provocando correntes circulantes no circuito diferencial.
Figura 6 - Relé de Sobrecorrente
2.1.2 Relés Diferenciais com restrição percentual
Esses relés são os mais empregados nos esquemas de proteção diferencial, independentemente da grandeza do sistema ou de sua responsabilidade. Utilizam, além da restrição percentual, as harmônicas presentes na corrente de magnetização dos transformadores durante a sua energização, a fim de bloquear a sua operação ou elevar o valor da corrente de acionamento, tornando-se viável o ajuste de corrente de baixo valor e tempos de retardo reduzidos, sem o inconveniente de se ter uma operação indesejada.
contatos C-11 e NF-12. Ocorrendo sub-freqüência e/ou sobre-freqüência na rede de alimentação, o relé torna a comutar seus contatos internos, abrindo os contatos C-11 e NA- e fechando os contatos C-11 e NF-12. O led frontal referente à falha (sub-freqüência ou sobre- freqüência) acenderá para o imediato diagnóstico da anomalia.
Figura 7 - Relé de frequência
O relé de tempo, diferente dos outros tipos de relé, é um dispositivo eletromecânico temporizador que serve para realização de operações de chaveamento com manipulação de tempo, funcionando como timer em aplicações variadas de modo auxiliar.
Com uma base que exerce a mesma funcionalidade que o mesmo, exercendo funções de relé no retardo de energização, o dispositivo é capaz de gerar pulsos ou ciclos em estilo temporizador, capazes de desenvolver diversas funções em escalas de tempo ou alimentação pelos temporizadores multifunção.
O relé de tempo é capaz de manipular a comutação de mecanismos eletromecânicos, desempenhando um processamento em bobinas que mudam de estado por tempo pré- determinado. Seu funcionamento em modo temporizador também pode considerar modelos multifunção, que são programados em timers variados.
Este tipo de relé conta com aplicações em prevenção de sobrecarga no sistema de potência de partidas de motores, automação e sincronismo industrial, chaves compensadoras e quadros de comando, ligação de motores de estrela para triângulo, entre outras funções.
Figura 8 - Relé de tempo
Os relés temporizados são similares aos outros relés de controle em que eles usam uma bobina para controlar a operação dos contatos. A diferença entre um relé de controle e um relé de atraso é que os contatos do relé temporizado demoram um determinado tempo ajustável para alterar seus contatos quando a bobina é energizada ou desenergizada. Os relés temporizados ou relés de atraso de tempo podem ser classificados em relé de on-delay ou de off-delay. On-delay quando a bobina de um relé temporizado on-delay é energizada, os contatos mudam os estados depois de um tempo pré determinado. Off-delay quando a bobina de um relé temporizado off-delay é energizada, os contatos mudam imediatamente os estados e depois de um tempo pré-determinado voltam para a posição original.
Relé auxiliar é todo relé utilizado para desempenhar de forma secundária alguma tarefa de chaveamento em um circuito, geralmente atuando em conjunto com outros dispositivos de comutação como outro relé ou contator No caso dos relés industriais, um relé auxiliar é utilizado quando se precisa aumentar o numero de contatos, por exemplo imagine que você possui um determinado sinal de entrada que provém de um sensor e que a partir desse sinal seja necessário acionar diversos dispositivos (esteiras, sinais luminosos, etc) porém a saída do sensor tem apenas um contato NA, neste caso a solução será conectar a saída do sensor em um relé que irá multiplicar os pontos de acionamentos com mais contatos, por exemplo um relé de 4 Reversíveis (4NAF) , desse modo quando a saída do sensor comutar seu contato acionará o relé fazendo com que esse acione os demais dispositivos. Outra aplicação comum à relés auxiliares, é a utilização para proteção de CLP’s (Controladores Lógicos Programáveis), para a proteção tanto das entradas quanto da saídas do CLP, pois assim qualquer imprevisto pode vir a danificar o relé primeiro ao invés da saída do CLP que possui um custo muito maior. Utilizando o mesmo exemplo do sensor, a saída NA do sensor acionaria a entrada do CLP, porém entre o CLP e o sensor adiciona-se um relé auxiliar que terá a função de proteger a entrada do CLP neste caso o relé poderá ter apenas um contato NA ou 1 Reversível. O mesmo aplica-se a saída do CLP, onde pode-se utilizar um relé para multiplicação de acionamentos e/ou interface para acionamentos de cargas levemente indutivas e/ou cargas eletromagnéticas, contatores de potência, válvulas solenoides, eletroímãs, etc.
ABB , 2014. Relés de proteção diferencial e transformadores associados, segundo a norma IEC 60947-2. Disponível em : http://www.abb.com/cawp/seitp202/e66134be5a14e399c1257cad002a322a.aspx Acesso em : 26 de abril 2018
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