UC02949

Efetuar a montagem e ensaio de instalações elétricas industriais

Curso profissional · 25h · TMIM

Índice

  1. Instalações Eléctricas Industriais — normas IEC 60364/RTIEBT, símbolos, esquemas (unifilares, multifios, topográficos)
  2. Quadros Eléctricos Industriais — componentes (disjuntores, contactores, relés térmicos, fusíveis, barramento), layout
  3. Montagem de Quadro — sequência, cablagem (numeração de condutores, terminais, etiquetagem), torques
  4. Motores Trifásicos — arranque directo (DOL), estrela-triângulo, variador de velocidade (VFD)
  5. Ensaio e Verificação — isolamento (megóhmetro), continuidade, sequência de fases, testes funcionais
  6. Manutenção de Instalações — termografia de quadros, limpeza, apertos, substituição de componentes

Bloco 1

Instalações Eléctricas Industriais

Normas e Regulamentação

Normas aplicáveis em Portugal:

  • RTIEBT (Regras Técnicas de Instalações Eléctricas de Baixa Tensão) — DL 226/2005
  • IEC 60364 (série) — projectos, instalação e verificação
  • IEC 60947 — aparelhagem de baixa tensão (disjuntores, contactores)
  • EN 60439 / IEC 61439 — quadros de distribuição
  • NP EN 60529 — graus de protecção IP (Ingress Protection)

Graus de protecção IP:

Código IP Primeiro dígito (sólidos) Segundo dígito (líquidos)
IP20 > 12,5 mm (dedo)
IP54 Pó protegido Salpicos qualquer direcção
IP65 Pó total Jacto de água
IP67 Pó total Imersão 1m, 30 min

Tipos de Esquemas Eléctricos

Esquema unifilar: representação simplificada onde um condutor representa os 3 (trifásico) — usado para visão geral da instalação

Esquema multifios (desenvolvimento): todos os condutores desenhados individualmente — usado para execução da cablagem

Esquema topográfico: posicionamento real dos componentes no quadro — usado para montagem física

Símbolos normalizados IEC 60617:

  • Disjuntor: ---| |--- com triângulo de protecção
  • Contactor: ---( )--- com bobine representada em K
  • Relé térmico: ---|≥|---
  • Motor: M em círculo
  • Fusível: ---|>|---

Bloco 2

Quadros Eléctricos Industriais

Componentes de um Quadro Motor

ALIMENTAÇÃO (3F+N+PE)
         │
    ┌────┴────┐
    │ DISJUNTOR│  ← Protecção de sobrecarga e curto-circuito
    │  GERAL  │     (disjuntor motorizado ou fusível NH)
    └────┬────┘
         │
    ┌────┴────┐
    │CONTACTOR│  ← Elemento de comutação (bobine 24V DC ou 230V AC)
    └────┬────┘
         │
    ┌────┴────┐
    │  RELÉ   │  ← Protecção térmica contra sobrecarga
    │ TÉRMICO │     (ajuste de 0,8× a 1,25× I_motor)
    └────┬────┘
         │
         M       ← Motor

Dimensionamento de Componentes

Corrente nominal do motor (3F):

Para motor de 15 kW, 400V, cosφ=0,85, η=0,92:

Dimensionamento:

  • Contactor: ≥ I_n × 1,0 (categorias de utilização AC-3 para motor em gaiola)
  • Relé térmico: ajustar a I_n ± 5% (protecção sobrecarga)
  • Disjuntor de motor: curva D ou MA, ≥ 10× I_n para curto-circuito

Bloco 3

Montagem de Quadro

Sequência de Montagem

  1. Preparação: ler esquemas, verificar material (lista de materiais vs. BOM)
  2. Montagem mecânica: calha DIN, painéis laterais, porta, prensa-cabos
  3. Montagem de componentes: aparelhagem na calha (respeitar sequência do esquema)
  4. Cablagem de potência: condutores de energia (L1, L2, L3, N, PE)
  5. Cablagem de comando: condutores de controlo (geralmente preto ou azul, <10A)
  6. Numeração de condutores: marcadores por ferrule ou manga (ex.: 1, 2, 3... ou L1, L2, L3, A1, A2...)
  7. Etiquetagem: identificar componentes (K1, F1, Q1...) conforme esquema
  8. Verificação visual: conferir todas as ligações contra o esquema antes de ligar

Torques de Aperto

Terminal Secção (mm²) Torque (N·m)
Barramento Cu ≥ 10 10–15
Contactor 9–25A 1–6 1,2–1,8
Disjuntor 16–63A 1,5–16 2,5–4,0
Bornes de comando 0,5–2,5 0,5–1,2
Terminais PE qualquer 2,0–4,0

Regra: usar chave de torques calibrada; apertos insuficientes causam sobreaquecimento; apertos excessivos danificam terminais de plástico.

Bloco 4

Motores Trifásicos — Arranques

Arranque Directo (DOL) vs. Estrela-Triângulo

Arranque Directo (DOL — Direct On Line):

  • Mais simples: apenas contactor principal (K1)
  • Corrente de arranque: I_arr ≈ 5–7 × I_nom
  • Adequado para motores pequenos (<15 kW) ou onde a rede suporta o pico

Arranque Estrela-Triângulo (Y-Δ):

  • Reduz corrente de arranque para 1/3 (I_arr_YΔ ≈ 2–2,5 × I_nom)
  • Reduz também o binário de arranque para 1/3
  • Requer 3 contactores: K1 (principal) + K_Y (estrela) + K_Δ (triângulo)
  • Temporizador de comutação: tipicamente 5–10 segundos

Sequência de comutação Y-Δ:

t=0s: K1 + K_Y → motor em estrela (tensão de fase = 230V)
t=5-10s: abrir K_Y → aguardar 50-100ms → fechar K_Δ
K1 + K_Δ → motor em triângulo (tensão de fase = 400V = tensão nominal)

Variador de Velocidade (VFD)

Princípio de funcionamento:

  1. Rectificador: AC → DC (bus DC ≈ 560 V para rede 400V)
  2. Barramento DC: condensadores de filtragem
  3. Inversor PWM: DC → AC de frequência e tensão variáveis

Parâmetros de configuração essenciais:

Parâmetro Significado Exemplo
P0010 Tensão nominal motor 400 V
P0011 Frequência nominal motor 50 Hz
P0012 Corrente nominal motor 28 A
P1120 Tempo de rampa de aceleração 10 s
P1121 Tempo de rampa de desaceleração 10 s
P0700 Fonte de comando (0=painel, 1=entradas DI, 2=FieldBus) 1

(Nomenclatura Siemens G120; outros fabricantes têm numeração diferente)

Bloco 5

Ensaio e Verificação

Testes antes da Primeira Ligação

1. Resistência de isolamento (RTIEBT / IEC 60364-6):

Tensão do circuito Tensão de teste Resultado mínimo
≤ 500 V (SELV) 500 V DC ≥ 0,5 MΩ
≤ 1000 V AC 1000 V DC ≥ 1,0 MΩ

2. Continuidade do condutor de protecção (PE):

  • Usar ohmímetro de baixa resistência ou equipamento de ensaio
  • Resistência máxima aceitável: < 1 Ω (para comprimentos até 10m)

3. Sequência de fases:

  • Usar sequencímetro de fases antes de ligar ao motor
  • Confirmar L1-L2-L3 em ordem directa (sentido horário no sequencímetro)
  • Invertido → motor gira no sentido errado → trocar 2 fases no barramento

Teste Funcional

Sequência de teste funcional do quadro:

  1. Verificar ausência de tensão com multímetro antes de qualquer ligação física
  2. Ligar alimentação ao quadro (disjuntor geral)
  3. Medir tensão no barramento: U_L1-L2; U_L2-L3; U_L1-L3 (tolerância ±5%)
  4. Testar circuito de comando (sem motor): verificar sinalização de ON/OFF
  5. Ligar motor em vazio (se possível): verificar sentido de rotação
  6. Medir corrente nas 3 fases: desequilíbrio < 5%
  7. Verificar funcionamento da protecção (simular sobrecarga pressionando o botão de teste do relé térmico)

Bloco 6

Manutenção de Instalações Eléctricas

Manutenção Preventiva de Quadros

Anual:

  • Termografia: quadro energizado e com carga; ΔT > 10°C → investigar; ΔT > 30°C → acção urgente
  • Limpeza: aspirar pó (com máquina com filtro HEPA); nunca soprar com ar comprimido (risco de condução)
  • Verificação de apertos: relógio de torques; atenção a barramentos e cabos de potência
  • Inspecção visual: verificar se há componentes queimados, cabos danificados, vedações abertas

Substituição de componentes:

  • Disjuntor com número de operações ultrapassado (especificado pelo fabricante)
  • Contactor com contatos desgastados (superfície rugosa, óxidos, marca de arco)
  • Relé térmico após disparo por curto-circuito (pode ter a calibração alterada)

Resumo da UC02949

Competências adquiridas:

  • Interpretar esquemas eléctricos industriais (unifilar, multifios, topográfico)
  • Dimensionar componentes de um quadro motor (contactor, relé térmico, disjuntor)
  • Montar e cablar um quadro eléctrico industrial segundo as normas
  • Ligar motores trifásicos em DOL, estrela-triângulo e com variador VFD
  • Realizar ensaios de comissionamento (isolamento, continuidade, sequência de fases, funcional)
  • Efectuar a manutenção preventiva de instalações eléctricas industriais

Avaliação: Ficha 1 (dimensionamento + estrela-triângulo) + Ficha 2 (esquemas + isolamento) + Projecto (quadro 2 motores 10h)

NOTAS DO PROFESSOR 📖 O quadro normativo da instalação industrial Trabalhar em instalações de baixa tensão não é improviso: as RTIEBT e a série IEC 60364 definem o que é seguro e legal, e o grau de proteção IP decide se um equipamento pode ir para um ambiente com pó ou água. Conhecer estas referências é o ponto de partida de qualquer projeto ou intervenção em segurança. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Situar as RTIEBT como a regulamentação portuguesa obrigatória • Decifrar o código IP dígito a dígito com exemplos de ambientes • Relacionar a escolha do IP do quadro com o local de instalação

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Cada esquema serve uma fase do trabalho O unifilar, o multifios e o topográfico não são alternativas mas complementos: o unifilar dá a visão geral, o multifios guia a cablagem real e o topográfico mostra onde montar cada peça. Saber passar de um para o outro, lendo os símbolos normalizados IEC 60617, é a competência base de quem monta e mantém quadros. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Explicar quando usar cada tipo de esquema no fluxo de trabalho • Treinar a leitura dos símbolos normalizados mais comuns • Mostrar o mesmo circuito representado nas três formas

NOTAS DO PROFESSOR 📖 A cadeia de proteção e comando do motor Um arrancador de motor segue sempre a mesma lógica de cima para baixo: o disjuntor protege contra curto-circuito, o contactor comanda a ligação e o relé térmico protege contra sobrecarga prolongada. Compreender o papel distinto de cada elemento evita o erro clássico de confundir proteção de curto-circuito com proteção de sobrecarga. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Distinguir proteção de curto-circuito (disjuntor) de sobrecarga (relé térmico) • Explicar o papel do contactor e a tensão da sua bobine • Justificar o ajuste do relé térmico em função da corrente do motor

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Dimensionar parte da corrente nominal Todo o dimensionamento do arrancador arranca de um número: a corrente nominal do motor, calculada a partir da potência, tensão, fator de potência e rendimento. A partir dela define-se o contactor, o ajuste do relé térmico e a curva do disjuntor. Um erro neste cálculo propaga-se a todos os componentes do quadro. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Resolver o cálculo da corrente nominal passo a passo com os alunos • Explicar a categoria AC-3 do contactor e porque importa em motores • Justificar a curva D ou MA do disjuntor face ao pico de arranque

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Montar um quadro é seguir uma ordem A montagem de um quadro é um processo sequencial: primeiro a estrutura mecânica, depois os componentes, em seguida a cablagem de potência e só depois a de comando, terminando na numeração, etiquetagem e verificação. Respeitar esta ordem evita refazer trabalho e garante um quadro rastreável e fácil de manter. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Justificar a separação entre cablagem de potência e de comando • Explicar a importância da numeração de condutores e etiquetagem para a manutenção • Reforçar a verificação visual contra o esquema antes da primeira energização

NOTAS DO PROFESSOR 📖 O aperto correto previne a maior causa de avaria As ligações mal apertadas são uma das causas mais frequentes de falha e incêndio em quadros: um aperto fraco gera resistência de contacto, que aquece, oxida e degrada-se progressivamente. A chave dinamométrica calibrada e o respeito pelos valores de torque do fabricante transformam um gesto banal num ato de fiabilidade e segurança. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Explicar o ciclo aperto fraco, calor, oxidação, falha • Demonstrar o uso de uma chave dinamométrica calibrada • Alertar para o dano de sobreapertar terminais de plástico

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Reduzir o pico de arranque do motor O arranque direto é simples mas castiga a rede com um pico de cinco a sete vezes a corrente nominal. O estrela-triângulo resolve isto reduzindo a corrente e o binário a um terço durante o arranque, ao custo de mais contactores e de uma comutação temporizada que tem de ser bem ajustada para não criar transitórios. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Comparar DOL e estrela-triângulo em corrente, binário e complexidade • Explicar a sequência dos três contactores e o tempo de transição • Alertar que o binário reduzido limita o arranque de cargas pesadas

NOTAS DO PROFESSOR 📖 O variador controla velocidade e arranque suave O VFD vai além de arrancar: ao converter a rede em corrente contínua e gerar de novo uma tensão de frequência variável por PWM, controla a velocidade do motor de forma contínua e suave. A parametrização correta dos dados de chapa do motor e das rampas é o que garante um funcionamento eficiente e protegido. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Explicar as três etapas: retificador, barramento DC e inversor PWM • Relacionar frequência de saída com velocidade do motor • Sublinhar a importância de parametrizar os dados de chapa e as rampas

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Ensaios obrigatórios antes de energizar Nenhum quadro deve ser ligado sem os ensaios prévios: isolamento, continuidade do condutor de proteção e sequência de fases. Estes testes verificam que a instalação é segura, que a terra de proteção está efetiva e que o motor vai rodar no sentido certo. São exigidos pela própria regulamentação de comissionamento. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Explicar o que cada ensaio garante em termos de segurança • Demonstrar a medição de isolamento e a verificação de continuidade do PE • Mostrar o sequencímetro e a correção por troca de duas fases

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Comissionamento funcional passo a passo O teste funcional valida o quadro em condições reais, mas sempre na ordem segura: confirmar ausência de tensão, energizar, medir tensões, testar o comando sem motor e só depois ensaiar com carga. Medir o equilíbrio de corrente nas três fases e testar a proteção fecha o comissionamento com garantia de que tudo responde como projetado. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Reforçar a confirmação de ausência de tensão como primeiro passo • Explicar porque se testa o comando antes de ligar o motor • Relacionar o desequilíbrio de corrente acima de 5% com problemas a investigar

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Manter o quadro saudável ao longo do tempo A manutenção preventiva de quadros é dominada por dois inimigos silenciosos: o calor e o pó. A termografia deteta pontos quentes antes de falharem, a limpeza por aspiração evita curtos por acumulação de poeira, e a reverificação de apertos corrige a folga que o ciclo térmico vai provocando. Saber quando substituir disjuntores e contactores fecha o ciclo de vida do quadro. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Explicar porque se aspira e nunca se sopra o pó de um quadro • Relacionar a termografia anual com a deteção precoce de ligações soltas • Indicar os sinais de fim de vida de disjuntores, contactores e relés térmicos

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Do esquema ao quadro ensaiado O resumo percorre todo o ciclo: ler esquemas, dimensionar, montar, ligar motores e ensaiar antes de entregar. A ideia a fixar é que a instalação só está terminada depois dos ensaios de comissionamento e que a manutenção prolonga a sua segurança ao longo da vida útil. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Recapitular o fluxo do esquema ao ensaio funcional • Esclarecer o que cada ficha e o projecto avaliam • Orientar o projecto do quadro de dois motores como integração da UC