Contatos de Reles

Afinal qual a corrente que determinado rele suporta?

Não há uma resposta simples para esta questão.

1- Vamos supor o caso mais imediato: seria o de uma carga puramente resistiva, ou seja, fator de potência unitário (cos a =1).
Se o rele estiver dentro da tensão de trabalho para os contatos, basta observar o valor da corrente resistiva. O fabricante nunca deixa claro mas devemos tomar como base estes valores a 25°C. Para temperatura mais altas esse valor de corrente deverá ser menor.
Por exemplo vamos tomar como base um rele, cuja especificação, nos informa 10A resistivos. Se a tensão de trabalho for até 250Vca, parte do problema está resolvido, mas somente para a corrente de regime, não levando em consideração outros variáveis.
Temos que avaliar ainda a fenômenos que ocorrem na comutação. O problema mais relevante é o da facilidade de formação de arco voltaico em tensões acima de 80V, com o aumento da temperatura, o arco se forma com tensões cada vez mais baixas. Estes causam a fusão do material dos contatos.
A durabilidade dos contatos está intimamente ligada a formação de arco na comutação.

Para se aplicar os valores indicados, pelo fabricante do rele, a única saída é evitar formação de arco, através de snubber (circuitos RC) se em corrente alternada ou o uso de diodos para circuitos em corrente contínua (veja circuitos à esquerda).
Com o uso de diodos temos o inconveniente de aumentarmos em até 3 vezes o tempo de abertura do rele. Existem outras técnicas para conciliar o tempo de abertura, com o uso de diodos zener ou com varistores.

2- Cargas Indutivas:
Podemos dividir estas cargas em indutivas com baixa corrente e indutivas para médias e altas correntes.
Na primeira classe podemos citar bobinas de contatores, bobinas solenóides e bobinas de reles. Nestes casos é de suma importância o controle da formação de arco. Pois certamente, ao desligar, serão geradas tensões muito acima da especificada para os contatos, podendo até mesmo ser ultrapassada a tensão de isolação elétrica entre a bobina e os contatos.
Cabe observar que reles para baixa corrente, de 1 a 3A, devemos considerar a corrente inicial (de acionamento) de um contator ou rele.
Um contator ou rele, quando em repouso (não energizado) a bobina tem um enorme gap de ar, fazendo com que a corrente inicial seja limitada praticamente pela resistência elétrica do fio. A medida que o gap vai fechando, a corrente vai caindo e quando fecha estabelece um loop magnético fechado em ferro. Neste momento a corrente de regime é bem mais baixa, mas com uma indutância bastante elevada.
Devido ao circuito ferromagnético e alta indutância, teremos agora uma grande tensão ao desligar, gerada pelo colapso do campo eletromagnético em função da auto indutância. Este fenômeno ocorrerá tanto em corrente contínua ou alternada.
Como há formação capacitiva, na bobina, de contatores ou reles, vamos ter um circuito RLC com freqüência variável, conforme o gap vai aumentando ao se afastar os contatos, irradiando ondas eletromagnética de freqüência variável. Ë por isso que o desligamento de contatores e reles costumam derrubar o funcionamento de instrumentos microprocessados posto na linha onde está essa bobina ligada, ou próximos aos contatores, solenóides ou reles.
Novamente a única solução é dissipar essa energia resistivamente através de snubber RC, RC com diodos, ou somente diodos, nos casos mais simples.

3- Motores e lâmpadas com reatores acionados por contatos.

Determinar o valor da corrente na comutação, neste caso, é o mais complexo. Note que um fabricante que disponibiliza um rele para 30A resistivos, em 220Vca, o mesmo é indicado para um motor de apenas 2 HP e 1 HP em 127Vca. Mesmo para um fator de potência de 0,5 este valor ainda está muito abaixo do esperado para o rele. A razão disto está na formação do arco.

Por exemplo em um motor com fator de potência com 0,5 indutivo, a corrente circulante pelos contatos do rele será o dobro da corrente de responsável pelo trabalho útil (mecânico ou resistivo). Este fato ocorre também com reatores de lâmpadas fluorescentes. Alguns fabricantes de reatores chegam a F.P=0,3. Desta forma, 40 lâmpadas fluorescente convencional de 40W em 220Vca teria uma potência de =1600W (potência real resistiva, trabalho útil por segundo) e uma corrente de 1600 / 220 = 7,2A . Muitos fazem os cálculos até esse ponto, e adquirem um produto para 10 A resistivos, até com aparente margem de segurança.

Considerando o fator de potência de 0,5 temos a corrente nos contatos de 2 x 7,2 = 14,4 A , muito acima dos 10 amperes resistivos do rele. Os outros 7,2A são responsáveis pela formação do campo eletromagnético nos reatores. Esta corrente não é usada para o trabalho útil, como luz, no caso, e será devolvida ao circuito, sobrepondo-se à corrente que gera trabalho útil (devolvida à fonte).
O maior problema ainda estará no desligamento dessa carga com vários reatores. Uma enorme tensão devido a auto indutância será gerada.
O exemplo acima é válido para motores também. A melhor solução para que a corrente caiba sob medida em um rele para 10A, na situação acima, seria a correção do fator de potência através de um capacitor em paralelo com a carga. Podemos chegar facilmente a um fator de 0,9 em cargas com corrente constatante, mas colocamos um outro problema, a corrente de acionamento sobre um capacitor descarregado, ou pior, acionamento em um capacitor carregado com o valor do pico da tensão da linha com valor contrário ao que está sendo aplicado no momento de fechar os contatos.
A corrente de partida de motores, por exemplo pode exceder de 6 a 10 vezes a corrente de regime, pode ser um problema a mais, se esta não tiver curta duração até atingir a corrente de regime. Se o sistema tem o fator de potência corrigido por capacitores em paralelo com o motor, teremos um aumento ainda maior na corrente de partida que os contatos dos reles terão que suportar.
É exatamente este o motivo da fusão, seguida de aderência, de contatos dos reles, ou contatores, em acionamento de lâmpadas com capacitores na entrada, lâmpadas a vapor pré-aquecidas por fialmento. É preferível que o capacitor esteja descarregado, ao fechar os contatos. Usar um resistor com um valor de compromisso entre descarregar o mais rápido possível, o capacitor, sem que esta corrente signifique um grande consumo em instalações com muitas lâmpadas.
A saída mais adequada para esse caso é o uso de sistemas com zero crossing (acionamento por passagem pelo zero da linha). Outro recurso é o uso de PTC quando a carga for pequena e em outros caso, carga pesada, partida suave (soft start).

Lâmpadas com filamento comum e halógenas (sem uso de reatores)

Cabe notar que com lâmpadas com filamento, a partida a frio será equivalente a um curto circuito quase sempre fulminando os contatos do rele ou contator.
Para esse tipo de carga, o uso de contatos feito com liga de AgSnO2 é o mais indicado.

Mínima corrente nos contatos.

Os reles têm uma limitação para a menor corrente nos seus contatos. Por exemplo quando indicado para 300mW, 5V/5mA , este trio de valores, significa que a menor potência que os contatos devem trabalhar é de 300mW, não ser menor que 5 V ou menor que 5mA.
Se sob 5 V a menor corrente deverá ser no mínimo de 60mA. Se em 12V a menor corrente será 300 / 12 = 25 mA se em 60V teremos 300 / 60 = 5mA e assim por diante. Note que com 100V temos 300 / 100 = 3mA corrente abaixo da permitida de 5 mA. Neste caso temos que forçar uma potência maior, com um resistor em paralelo com a carga, para ficarmos acima dos 5 ma.
A razão dessa limitação é devido a vários fatores, um deles devido a resistência dos contatos que apesar de baixa ela existe. Outro é o fato de corrente contínua formar eletrólise, pois nenhuma atmosfera é perfeitamente inerte e sem oxigênio. Nestes casos teremos a formação de óxidos isolantes e a interrupção do sinal. Caso seja imprescindível o usos de reles, em baixa corrente, deve-se eleva-la sempre bem acima desses valores para ocorrer uma “limpeza” nos contatos. O mais indicado seria o uso de estado sólido, quando a tensão facilitar essa opção.

Podemos concluir que para aplicar um rele corretamente, devemos evitar a formação de arco.

Nota: Todas os nomes de marcas citadas acima são propriedades de seus respectivos donos.
Texto produzido pela assessoria tecno-educacional Rodelta ( http://www.rodelta.com.br ).