Instalação elétrica em sistemas de compressores

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Para dimensionar e instalar um compressor, é preciso conhecer como os componentes se interagem e que normas e disposições se aplicam. Veja a seguir uma visão geral dos parâmetros que devem ser considerados para obter uma instalação de compressores que funcione satisfatoriamente no que diz respeito ao sistema elétrico.

Que tipos de motores são usados ​​nas instalações de compressores?

Na maioria das vezes, para o funcionamento dos compressores, utiliza-se os motores de indução trifásicos tipo gaiola. Os motores de baixa tensão são geralmente usados até 450 – 500 kW, enquanto que para uma potência mais elevada, os motores de alta tensão são a melhor opção.

A classe de proteção do motor é regulada por padrões. Um projeto resistente a jatos de água e poeira (IP55) é melhor do que motores abertos (IP23), que talvez precisarão ser desmontados e limpos regularmente. Em outros casos, depósitos de poeira na máquina eventualmente irão causar o superaquecimento do motor, resultando em uma diminuição de sua vida útil. Como o gabinete do conjunto do compressor fornece uma proteção de primeira linha contra poeira e água, pode-se utilizar também uma classe de proteção abaixo da IP55.

O motor, normalmente resfriado por ventilador, é selecionado para funcionar em uma temperatura ambiente máxima de 40 °C e a uma altitude de até 1.000 m. Alguns fabricantes oferecem motores padrão com capacidade máxima de temperatura ambiente de 46 °C. Em temperaturas mais altas ou em altitudes mais altas, a saída deverá ser desacelerada. O motor é normalmente montado em flange e diretamente conectado ao compressor. A velocidade é adaptada ao tipo de compressor, mas, na prática, apenas motores de 2 ou 4 polos com velocidades de 3.000 rpm. A saída nominal do motor também é determinada (a 1.500 rpm).

Eletricidade, uma tomada de energia

A saída nominal do motor é também determinada pelo compressor e deve ser a mais próxima possível do requisito do compressor. Um motor superdimensionado é mais caro, exige uma corrente de partida desnecessariamente alta, exige fusíveis maiores, tem um fator de potência baixo e fornece uma eficiência um pouco inferior. Um motor pequeno demais para a instalação em que é usado fica rapidamente sobrecarregado e, portanto, passa-se a ter riscos de quebrar.

O método de partida deve também ser incluído como um parâmetro ao selecionar um motor. O motor só é iniciado com um terço do seu torque de partida normal para uma partida estrela/delta. Portanto, pode ser útil comparar as curvas de torque do motor e do compressor para garantir partidas adequadas para o compressor.

Três métodos diferentes para a partida do motor

Os métodos de partida mais comuns são a partida direta, a partida em estrela/delta e a partida suave. A partida direta é simples e requer apenas um contator e uma proteção contra sobrecarga. A desvantagem é que exige uma corrente de partida alta, 6 a 10 vezes a corrente nominal do motor, e um alto torque de partida, que pode, por exemplo, danificar eixos e acoplamentos. A partida em estrela/delta é usada para limitar a corrente de partida. O dispositivo de partida consiste em três contatores, proteção contra sobrecarga e temporizador. A partida do motor ocorre com a conexão em estrela e após um tempo definido (quando a velocidade atinge 90% da velocidade nominal), o temporizador aciona os contatores de modo que o motor seja conectado em delta, que é o modo de operação.

A partida em estrela/delta reduz a corrente de partida para aproximadamente 1/3 em comparação com a partida direta. No entanto, ao mesmo tempo, o torque de partida também cai para 1/3. O torque de partida relativamente baixo significa que a carga do motor deve ser baixa durante a fase de partida, para que o motor praticamente atinja sua velocidade nominal antes de alternar para a conexão delta. Se a velocidade estiver muito baixa, um pico de corrente/torque tão grande quanto em uma partida direta será gerado ao alternar para a conexão delta.

A partida suave (ou partida gradual), que pode ser um método de partida alternativo para a partida em estrela/delta, é uma partida composta de semicondutores (interruptores de energia tipo IGBT) em vez de contatores mecânicos. A partida é gradual e a corrente de partida é limitada a aproximadamente três vezes a corrente nominal.

Os dispositivos de partida para os tipos de partida direta e em estrela/delta estão, na maioria dos casos, embutidos no compressor. Para uma grande instalação de compressores, as unidades podem ser colocadas separadamente no quadro de distribuição, devido aos requisitos de espaço, desenvolvimento de calor e acesso para manutenção. Um dispositivo de partida para partida suave é geralmente posicionado separadamente, próximo ao compressor, devido à radiação de calor, mas pode ser embutido dentro do conjunto do compressor, desde que o sistema de resfriamento tenha sido adequadamente fixado. Os compressores de alta tensão sempre têm o dispositivo de partida em um gabinete elétrico separado.

Tensão de controle

controle da tensão de uma instalação de compressores

Normalmente, não há nenhuma tensão de controle separada conectada ao compressor, já que a maioria dos compressores é equipada com um transformador de controle integrado. O lado primário do transformador é conectado à fonte de alimentação do compressor. Esta disposição oferece uma operação mais confiável. Se houver perturbações na fonte de alimentação, o compressor será parado imediatamente e impedido de reiniciar. Esta função, com uma tensão de controle alimentada internamente, deve ser usada em situações em que o dispositivo de partida está localizado a uma determinada distância do compressor.

Proteção contra curto-circuito

A proteção contra curto-circuito, que é colocada em um dos pontos de partida dos cabos, pode conter fusíveis ou um disjuntor. Independentemente da solução selecionada, se ela corresponder corretamente ao sistema, ela fornecerá o nível adequado de proteção. Os dois métodos apresentam vantagens e desvantagens. Os fusíveis são bem conhecidos e funcionam melhor do que um disjuntor para grandes correntes de curto-circuito, mas não criam uma interrupção de isolamento total, e têm tempos de disparo longos para pequenas correntes de falha. Um disjuntor cria uma interrupção rápida e totalmente isolada, mesmo para pequenas correntes de falha, mas exige mais trabalho durante a fase de planejamento, em comparação com os fusíveis. O dimensionamento da proteção contra curto-circuito se baseia na carga esperada, mas também nas limitações da unidade de partida.

Para obter informações sobre proteção contra curto-circuito do dispositivo de partida, consulte o padrão IEC (International Electrotechnical Commission) 60947-4-1 Tipo 1 e Tipo 2. A seleção do Tipo 1 ou do Tipo 2 se baseia em como um curto-circuito afetará o dispositivo de partida.

Tipo 1: “...sob condições de curto-circuito, o contator ou o dispositivo de partida não deve causar nenhum perigo às pessoas ou à instalação, e pode não ser adequado para manutenção futura, sem reparo e substituição de peças.”

Tipo 2: “...sob condições de curto-circuito, o contator ou o dispositivo de partida não deve causar nenhum perigo às pessoas ou à instalação, e deve ser adequado para uso posterior. O risco de solda leve dos contatores é reconhecido, caso em que o fabricante deve indicar as medidas de manutenção…”

Cabos

Os cabos devem, em conformidade com as disposições do padrão, “ser dimensionados de modo que durante as operações normais não sofram temperaturas excessivas e que não sejam danificados termicamente ou mecanicamente por um curto-circuito elétrico”. O dimensionamento e a seleção dos cabos se baseia na carga, na queda de tensão permitida, no método de roteamento (em um rack, parede etc.) e na temperatura ambiente. Fusíveis podem ser usados, por exemplo, para proteger os cabos e podem ser usados ​​tanto para proteção contra curto-circuito quanto para proteção contra sobrecarga. No funcionamento de motores, utiliza-se a proteção contra curto-circuito (por exemplo, fusíveis), bem como uma proteção contra sobrecarga separada (geralmente a proteção do motor incluída no dispositivo de partida).

A proteção contra sobrecarga protege o motor e os cabos do motor, desarmando e interrompendo o dispositivo de partida quando a corrente de carga excede um determinado valor. A proteção contra curto-circuito protege o dispositivo de partida, a proteção contra sobrecarga e os cabos. O dimensionamento dos cabos, levando em conta a carga, é definido na norma IEC 60364-5-52. Um parâmetro adicional deve ser lembrado ao dimensionar os cabos e a proteção contra curto-circuito: a "condição de disparo". Esta condição indica que a instalação deve ser projetada de modo que um curto-circuito, em qualquer lugar da instalação, resultará em interrupções rápidas e seguras. Se a condição a ser satisfeita é determinada, entre outras coisas, pela proteção contra curto-circuito e pelo comprimento do cabo e seção transversal.

Compensação de fase para transformadores bastante carregados

O motor elétrico não consome apenas potência ativa, que pode ser convertida em trabalho mecânico, mas também potência reativa, necessária para a magnetização do motor. A potência reativa carrega os cabos e o transformador. A relação entre a potência ativa e a reativa é determinada pelo fator de potência, cos φ. Esse fator geralmente está entre 0,7 e 0,9, onde o valor mais baixo se refere a pequenos motores.

O fator de potência pode ser aumentado até quase 1, gerando a potência reativa diretamente na máquina com o uso de um capacitor. Isso reduz a necessidade de extrair potência reativa da rede elétrica. A razão por trás da compensação de fase é que o fornecedor de energia pode cobrar pelo consumo da potência reativa sobre um nível predeterminado, e que cabos e transformadores bastantes carregados precisam ser descarregados.

Saiba mais sobre o processo de instalação de um sistema de compressores a seguir.

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