Explorar os centros de controlo de motores eléctricos: tipos, aplicações e exemplos

Os Centros de Controlo de Motores Eléctricos (CCM) são elementos vitais em ambientes industriais e comerciais, onde a gestão eficiente e segura de motores e sistemas eléctricos é fundamental. Estes centros não só fornecem um controlo preciso dos motores, como também desempenham um papel crucial na proteção do equipamento e na otimização do desempenho. Nesta publicação do blogue, mergulhamos no mundo dos CCM, explorando os diferentes tipos disponíveis, os benefícios que oferecem e alguns exemplos práticos que ilustram a sua importância na indústria. Desde o seu funcionamento básico até às mais recentes inovações tecnológicas, vamos desvendar os segredos por detrás destes dispositivos essenciais na engenharia eléctrica moderna. Junte-se a nós nesta viagem para descobrir como os Centros de Controlo de Motores estão a impulsionar a eficiência e a segurança numa vasta gama de aplicações!

O que é um Centro de Controlo do Motor (CCM)?

As fábricas contêm frequentemente dezenas, se não centenas, de motores, que accionam tudo, desde equipamento de embalagem e processamento a ventiladores e bombas. Os centros de controlo de motores permitem que instalações como estas centralizem o controlo de alguns ou de todos os seus motores num único local.

A estrutura básica de um Centro de Controlo de Motores (CCM) é uma caixa metálica dividida em várias secções verticais isoladas umas das outras. O invólucro do CCM é normalmente classificado como NEMA ou IP para proteção contra a entrada de contaminantes sólidos e líquidos e, se o ambiente de trabalho for adverso, como poeirento ou quente, por exemplo, o centro de controlo do motor pode ser localizado remotamente, longe da maquinaria ou equipamento, ou mesmo numa sala separada com controlo climático.

Os Centros de Controlo de Motores são classificados como de baixa tensão, para controlar motores de 230V a 1000V, e de alta tensão, para controlar motores de 1000V a 15kV.

Uma das funções básicas de um Centro de Controlo de Motores é a distribuição de energia, que é conseguida através de um barramento horizontal principal - que fornece energia trifásica a partir da linha de entrada - e um barramento vertical para cada compartimento. As classificações comuns para o barramento horizontal variam de 600A a 4000A, enquanto as classificações do barramento vertical variam geralmente de 600A a 1500A. Os barramentos para neutro e terra também são incluídos como padrão na maioria dos CCMs.

Cada secção do centro de controlo do motor contém subsecções (frequentemente designadas por compartimentos) para o barramento, o encaminhamento dos cabos e o equipamento.

O compartimento do equipamento é constituído por uma ou mais cabinas que contêm o equipamento instalado para arrancar e controlar um motor (como um contactor ou um arrancador de motor), equipamento de proteção contra sobrecargas, fusíveis ou disjuntores para proteção contra curto-circuitos e um dispositivo para desligar a alimentação eléctrica.

Os centros de controlo de motores alojam normalmente variadores de frequência (VFDs), embora os controladores lógicos programáveis (PLCs) e os controladores de automação programáveis (PACs) também possam ser alojados no compartimento do equipamento. O compartimento do equipamento pode também conter hardware para facilitar a correção do fator de potência, a correção de harmónicas e a proteção contra sobretensões.

Uma vez que contêm equipamento de alta tensão, os centros de controlo de motores apresentam riscos de segurança significativos, mas as concepções de isolamento e as características como os encravamentos de segurança ajudam a minimizar os riscos para o pessoal e o equipamento. A maioria das unidades de CCM - tanto de baixa como de média tensão - estão também disponíveis com medidas para prevenir eventos de arco elétrico ou reduzir a gravidade e mitigar o impacto se ocorrer um arco elétrico. A Eaton Corporation publicou um excelente artigo que explica os projectos de CCM resistentes ao arco e de prevenção do arco.

Estão agora disponíveis versões "inteligentes" de Centros de Controlo de Motores, que utilizam um bus industrial ou uma rede Ethernet industrial para comunicação. Para além de reduzir significativamente a cablagem - e, por sua vez, o tempo de colocação em funcionamento - estes CCM inteligentes podem também fornecer dados e informações de diagnóstico para monitorização, análise e controlo remotos.

Quais são as vantagens de um centro de controlo do motor (CCM)?

Os Centros de Controlo de Motores (CCM) desempenham um papel fundamental nas instalações industriais, fornecendo controlo e proteção para motores eléctricos e sistemas associados.

Seguem-se alguns benefícios da IQC e a forma como podem melhorar a eficiência, a segurança e a fiabilidade das operações industriais.

Ganhos de eficiência

Os centros de controlo de motores também podem aumentar a eficiência das operações industriais, melhorando o controlo e a proteção dos motores eléctricos. Ao centralizar o controlo e a proteção, os CCM podem ajudar a reduzir o tempo necessário para realizar tarefas de manutenção e reparação, melhorando a eficiência global do sistema elétrico. Além disso, os CCM podem ser concebidos para acomodar múltiplas funções de controlo e proteção do motor, reduzindo a quantidade de equipamento elétrico necessário e libertando espaço valioso no chão.

Melhorar a segurança

Uma das vantagens mais importantes dos CCM é o aumento da segurança. Ao centralizar o controlo e a proteção dos motores eléctricos num único local, os centros de controlo de motores reduzem o número de painéis e cabos eléctricos, o que diminui o risco de perigos eléctricos. Além disso, os CCM incorporam frequentemente uma série de características de segurança, como a proteção contra sobrecargas térmicas, proteção contra curto-circuitos e proteção contra falhas à terra, assegurando que os motores estão protegidos contra riscos eléctricos e que é menos provável que causem danos a outros equipamentos.

Maior fiabilidade

Os CCM podem também aumentar a fiabilidade das operações industriais, melhorando o controlo e a proteção dos motores eléctricos. Com controlo e proteção centralizados, os CCM podem ajudar a reduzir o tempo de inatividade devido a problemas nos motores eléctricosassegurando que os motores continuam a funcionar de forma suave e eficiente. Além disso, os centros de controlo de motores podem ser concebidos com componentes redundantes e sistemas de reserva, proporcionando uma proteção adicional contra cortes de energia e falhas de equipamento.

Tipos de centros de controlo do motor

Os Centros de Controlo de Motores (CCM) estão divididos em duas classificações distintas: Baixa Tensão e Média Tensão.

• Os CCM de baixa tensão são utilizados para motores CA trifásicos de baixa tensão, de 230 V a menos de 1000 V.
• Os CCM de média tensão são utilizados para grandes motores que necessitam de 1000 V a aproximadamente 15000 V.

Para ambas as classificações de CCM, cada controlador de motor contém um contactor ou um controlador de motor de estado sólido, relés de sobrecarga para proteger o motor, fusíveis ou um disjuntor para fornecer proteção contra curto-circuitos e um interrutor de desconexão para isolar o circuito do motor. A energia trifásica entra em cada controlador através de conectores separáveis. O motor é ligado aos terminais do controlador. As CCMs fornecem passagens para os cabos de controlo e de alimentação. Cada controlador de motor num CCM pode ser especificado com uma variedade de opções, tais como transformadores de controlo separados, lâmpadas piloto, interruptores de controlo, blocos de terminais de controlo adicionais, vários tipos de relés de proteção de sobrecarga bimetálicos e de estado sólido, ou vários tipos de fusíveis de potência ou tipos de disjuntores.

Um Centro de Controlo de Motores pode ser fornecido pronto para que toda a cablagem de campo seja ligada, ou pode ser um conjunto concebido com cablagem de controlo e interligação interna a um painel de controlo central ou controlador programável. Um CCM é normalmente montado em pisos, que frequentemente devem ter uma classificação de resistência ao fogo. Poderá ser necessário instalar barreiras corta-fogo para os cabos que penetram em pisos e paredes resistentes ao fogo.

Centros de controlo de motores de baixa tensão

Um centro de controlo de motores de baixa tensão (CCM-BT) é um conjunto de uma ou mais secções fechadas que têm um barramento de alimentação comum e contêm principalmente unidades de controlo de motores. Os CCM-BT têm sido utilizados desde 1950 na indústria automóvel, que utilizava um grande número de motores eléctricos. Atualmente, são utilizados em muitas aplicações industriais e comerciais. Quando são utilizados processos muito poeirentos ou corrosivos, o CCM-LV pode ser instalado numa sala separada com ar condicionado.

Os Centros de Controlo de Motores de Baixa Tensão constituem o método mais adequado para agrupar o controlo de motores eléctricos, a automação e a distribuição de energia num pacote compacto e económico. Os CCM BT consistem em estruturas totalmente fechadas e autónomas aparafusadas entre si. Estas secções suportam e alojam unidades de controlo, um barramento comum para distribuir energia às unidades de controlo e uma rede de pistas e áreas de entrada de condutores para acomodar cabos de carga e controlo de entrada e saída.

As unidades de controlo são constituídas por componentes como uma combinação de arrancadores de motores, dispositivos de alimentação de ramais, variadores de frequência, controladores lógicos programáveis, arrancadores suaves, arrancadores de linha direta e contadores. Cada unidade é montada num compartimento individual e isolado ou numa gaveta com a sua própria porta. Os CCM BT são um conjunto de vários arrancadores de motores.

Um Centro de Controlo de Motores de Baixa Tensão é constituído por uma ou mais secções verticais de uma caixa metálica com um barramento de alimentação e uma provisão para a montagem de controladores de motores individuais. Os controladores muito grandes podem ser aparafusados no local, mas os controladores mais pequenos podem ser desligados do armário para testes ou manutenção.

Centros de Controlo de Motores de Média Tensão

Um Centro de Controlo de Motores de Média Tensão (CCM-MT) é um conjunto de uma ou mais secções fechadas que têm um barramento de alimentação comum e contêm principalmente unidades de controlo de motores. Os CCM-MV são utilizados em muitas aplicações industriais e comerciais. Quando são utilizados processos muito poeirentos ou corrosivos, o CCM-MV pode ser instalado numa sala separada com ar condicionado.

Os Centros de Controlo de Motores de Média Tensão constituem o método mais adequado para agrupar o controlo de motores eléctricos, a automação e a distribuição de energia num pacote compacto e económico.

Os CCM-MV consistem em estruturas totalmente fechadas e autónomas aparafusadas entre si. Estas secções suportam e alojam unidades de controlo, um barramento comum para distribuir energia às unidades de controlo e uma rede de pistas e áreas de entrada de condutores para acomodar cabos de carga e controlo de entrada e saída.

As unidades de controlo são constituídas por componentes como uma combinação de arrancadores de motores, dispositivos de alimentação de ramais, variadores de frequência, controladores lógicos programáveis, accionadores AC, arrancadores suaves, arrancadores de linha direta e contadores. Cada unidade é montada num compartimento individual e isolado.

Centros de controlo de motores por configuração

Convencional

Esta configuração é constituída por uma ou mais secções verticais compartimentadas e fechadas, aparafusadas entre si e montadas no chão. Cada secção vertical suporta e aloja uma ou mais combinações de unidades de controlo e vários dispositivos relacionados, incluindo botões de pressão e interruptores selectores. Estas unidades são montadas num compartimento individual e isolado que tem a sua própria porta e pode ser fixo ou amovível.

Inteligente

Um CCM inteligente utiliza um dispositivo de proteção eletrónico inteligente em vez de um dispositivo de sobrecarga térmica convencional para acomodar várias funções de proteção, dependendo da configuração e do software. No entanto, cada unidade de controlo utiliza dispositivos com inteligência incorporada. Especificamente, os PLCs, os arrancadores suaves, os disjuntores, os contactores e os accionamentos AC podem fornecer informações através de uma rede interna, que por sua vez pode ser compatível com redes de comunicação para sistemas de nível superior na operação. A rede mais comummente suportada fora do armário inclui Profibus, ProfiNet, CCLink, Ethernet/IP, DeviceNet ou Modbus). Esta ligação de comunicação é normalmente ligada diretamente ao PLC montado no interior do armário. O PLC desempenha funções de proteção, comunicação, controlo e monitorização.

Centros de controlo de motores por tipo de arrancador

Os CCM são segmentados por tipo de arrancador, o que inclui a seguinte segmentação

Direto Online

Os arrancadores de motores conhecidos como Direct In-Line são a forma mais simples de arrancadores de motores. Simplesmente ligam o motor diretamente à linha.

Arrancador suave

Os arrancadores de motores conhecidos como arrancadores suaves aumentam gradualmente a tensão aplicada no arranque e diminuem-na na paragem.

Acionamento de velocidade variável (Accionamentos AC)

Os accionamentos de corrente alternada são as formas mais avançadas de arrancadores de motores. Estes sistemas permitem um controlo completo da velocidade e aceleração do motor. Normalmente, o conversor de frequência também fornece diagnósticos mais avançados através de uma ligação de rede.

Centros de Controlo de Motores por Tipo de Disjuntor

Os CCM podem ser segmentados pelo tipo de proteção contra sobreintensidades utilizado no painel.

Tecnologia de fusíveis

Um fusível é um dispositivo de utilização única. O calor produzido pela sobreintensidade provoca a fusão do elemento portador de corrente, desligando a carga da tensão da fonte.

Disjuntor

Para além de fornecer proteção contra sobreintensidades, um disjuntor fornece um meio manual de ligar e desligar um circuito. Um disjuntor permite que um circuito seja rapidamente reativado após a eliminação de um curto-circuito ou de uma sobrecarga, bastando para tal rearmar o disjuntor.

Centros de controlo de motores de arco elétrico

Um arco elétrico é um arco elétrico alimentado com energia eléctrica suficiente para causar danos substanciais, incêndio ou ferimentos. Existem muitos métodos para proteger o pessoal dos riscos de arco elétrico. Estes podem incluir a utilização de equipamento de proteção individual (EPI) contra o arco elétrico ou a modificação da conceção e configuração do equipamento elétrico. A melhor forma de eliminar os riscos de arco elétrico é desenergizar o equipamento elétrico.

O CCM pode ser segmentado em concepções à prova de arco e não à prova de arco. A conceção à prova de arco é especificamente um painel que incorpora tecnologia que permitirá ao pessoal abrir as portas do painel em segurança sem desligar a alimentação do sistema.

Centros de controlo de motores por norma

Várias organizações estão envolvidas na definição de normas para a conceção, construção e aplicação de centros de controlo de motores. As principais normas segmentadas neste relatório são a NEMA e a IEC.

NEMA - A Associação Nacional de Fabricantes de Equipamento Elétrico (NEMA) é uma organização que desenvolve normas para equipamento elétrico.

IEC - A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) é uma organização sediada em Genebra, Suíça, com mais de 50 países membros. A IEC desenvolve normas para equipamento elétrico e eletrónico.

Manutenção dos centros de controlo dos motores

A manutenção preventiva dos Centros de Controlo de Motores (CCM) é uma parte essencial para garantir a fiabilidade e o desempenho ótimo dos sistemas eléctricos em ambientes industriais. É realizada de duas formas fundamentais: através da inspeção de CCM energizados e desenergizados, ambas com as suas próprias vantagens e desafios.

A inspeção de CCMs energizados envolve a utilização de tecnologias como a termografia por infravermelhos. Embora possa ser uma abordagem dispendiosa e exija certas precauções, não é invasiva e pode detetar potenciais problemas antes de se tornarem falhas graves. Esta metodologia pode identificar pontos quentes no equipamento, que podem indicar ligações soltas, sobrecargas ou desequilíbrios de carga. Além disso, a termografia por infravermelhos ajuda os engenheiros a estabelecer planos de correção precisos, evitando interrupções dispendiosas e danos no equipamento.

Por outro lado, a inspeção de CCM desenergizados é um processo detalhado que requer conhecimentos técnicos aprofundados. Neste caso, os engenheiros devem ter formação adequada para garantir a segurança e a integridade do sistema durante a inspeção. Apesar de ser uma abordagem mais intensiva em termos de tempo e conhecimentos, oferece a vantagem de se poderem efetuar ajustes e reparações sem risco elétrico direto.

Ambos os métodos de manutenção preventiva são cruciais para manter o funcionamento fiável dos CCM e, em última análise, de toda a instalação industrial. Ao combinar a inspeção de CCM energizados e desenergizados, as empresas podem abordar uma vasta gama de potenciais problemas, desde ligações deficientes a componentes desgastados. Ao investir nestas abordagens de manutenção, as empresas podem evitar interrupções não planeadas, aumentar a vida útil do equipamento e garantir um ambiente de trabalho seguro para o seu pessoal.