Se um relé “funciona” bem, por que se preocupar com o material dos seus contatos?

Norman Carnt, Technical Manager da Finder U.K., explica a importância da escolha correta do material dos contatos.

A maioria das pessoas, ao escolher um relé, opta pela versão “standard” e, com isso, abraça a oferta relativamente padrão em termos de material de contato. Muitos ficam completamente satisfeitos,

nunca terão qualquer problema e não se preocupam com materiais alternativos. No entanto, para algumas aplicações, o uso de diferentes materiais de contato pode ser mais adequado. Comutação de potência dos relés

Os relés industriais possuem geralmente uma comutação de potência até 50 A, enquanto correntes mais elevadas são geralmente reservadas a contatores. Os principais materiais de contatos, normalmente utilizados para relés com

Material dos Contatos: por que importa?

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potência de contatos nominais entre 5 e 50 A, são Prata Níquel, Prata Óxido de Cádmio e Prata Óxido de Estanho.

A Série 34 de mini relés para circuito impresso utiliza contatos Prata Níquel, um material de contato universal de baixo custo e bom desempenho.

Figura 1: Relé Série 34

Prata Níquel

A combinação Prata Níquel tem sido utilizada praticamente desde sempre. O teor relativamente baixo de Níquel (10%) destina-se principalmente para endurecer mecanicamente a Prata e a aumentar a resistência elétrica à erosão das superfícies de contato, tornando-se muito mais resistente às cargas elétricas mais elevadas. É ideal para cargas resistivas com valor máximo da corrente nominal do contato e para outras cargas nas quais a corrente não seja tão elevada. É um material universal, econômico e de bom desempenho e é muitas vezes o material padrão para muitos relés de potência.

Prata Óxido de Cádmio

A Prata Óxido de Cádmio tem sido amplamente utilizada há cerca de 50

anos, principalmente pelo seu excelente desempenho em comutação de cargas indutivas e motores. Possui alta resistência a desgaste e, em particular, o material tem uma boa resistência para a fusão dos contatos em situações de corrente de pico de breve duração, resultante da comutação de grandes bobinas de contatores, pequenos motores e lâmpadas incandescentes.

Infelizmente, embora praticamente todos os especialistas concordem que o teor de Cádmio nos contatos do relé é tão baixo e tão ligado à massa de prata que não apresenta um risco real para o meio ambiente, a sua utilização tem sido limitada pela Diretiva Europeia “RoHS” 2002/95/EC. Essa, em primeira instância, proibia totalmente o uso; liberando após revisão, em caráter de exceção, para os contatos elétricos. A chamada “RoHS II” 2011/65/EC ainda o permitia, sendo fi xado um prazo fi nal em Julho 2016 para aplicações diversas e, em Julho de 2024 para equipamentos de controle industrial. Por essa razão e pelo fato de que em determinados mercados importantes (automotivo, países fora da União Europeia como os EUA ou os BRICS...) a presente diretiva não ser aplicável, a Finder mantém disponível para algumas versões relés com contatos de Prata Óxido de Cádmio.

Prata Óxido de Estanho

Prata Óxido de Estanho é uma inovação mais recente e, como a AgCdO, é fabricado por um processo de pulverização/sinterização, ao contrário da AgNi, que é uma

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verdadeira liga. As partículas resultantes da moagem são extremamente fi nas, na ordem de sub-microns, a dispersão uniforme deles dentro da prata pulverizada e moldagem à alta pressão para formar o contato fi nal são procedimentos que requerem um controle do processo absolutamente minucioso. A princípio, o controle de qualidade de AgSnO2 e, consequentemente, o desempenho desses materiais sinterizados não era tão consistente com o que é exigido. Hoje, no entanto, pode-se contar com a alta performance de AgSnO2, especialmente no que se refere à gestão de altas correntes de pico causadas principalmente por capacitores de correção do fator de potência associados com lâmpadas fl uorescentes e outras lâmpadas de descarga de gás, e ao circuito de entrada associado com lâmpadas econômicas, lâmpadas fl uorescentes compactas ou LED.

O principal problema de chavear cargas capacitivas consiste no fato de que praticamente não existem limitações da corrente no circuito. As correntes de partida são limitadas pela impedância da fonte e da linha, e serão da ordem de centenas ou milhares de amperes. Correntes de pico semelhantes acontecem quando são ligadas fontes de alimentação e inversores frequência.

Não é de se surpreender que a solda dos contatos tenha sido historicamente um grande problema nestas aplicações, mas com uma cuidadosa avaliação da aplicação contra o desempenho conhecido do relé sob tais condições, muitas vezes é possível prever a provável melhoria que uma alteração para AgSnO2 traria.

Entretanto, o fabricante do relé precisará de um extenso banco de dados de desempenho

e capacidade de testar experimentalmente e avaliar de um modo repetitivo e, em uma curta escala de tempo.

Figura 2: Contatos do relé mostrando os graves efeitos da sobrecorrente devido ao uso impróprio.

Comutação confi ável a baixos níveis de potência

O outro extremo da escala das correntes não aborda a erosão dos contatos ou o fato de que eles podem ser soldados, mas sim o fato de que os contatos criam uma conexão confi ável e de baixa resistência.

De forma simples, quanto menores forem as tensões e correntes comutadas, mais difícil é produzir uma boa conexão entre as superfícies de contato. Naturalmente, os fabricantes de relé procuram de todas as maneiras garantir que haja pressão adequada entre os contatos e, durante a produção, sejam mantidos altos níveis de limpeza.

Qual material escolher?

Há escolhas que o usuário pode ou deve efetuar quando se trata do material dos contatos. Em geral, deve-se evitar a utilização relés com materiais de contato para aplicações depotência, porque as características que os tornam bons

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Material dos Contatos: por que importa?

interruptores de potência tendem a ser contrárias a uma comutação de confiança a um baixo nível. No entanto, ocasionalmente, é necessário comutar contatos de potência ou de baixo nível; portanto, a única opção seria a escolha de um relé de potência com a aparente anomalia de ter contatos folheados a ouro:

“Anomalia” porque não é muito sensato revestir os contatos de potência com ouro, já que ele é caro e seria queimado durante a comutação de cargas de alta potência;

“Aparente” porque sabemos que é improvável que isso resolva uma vasta gama de aplicações de comutação misturando confiabilidade em ambas as extremidades da escala. Há, porém, um aspecto muito importante em relação ao que é relatado.

O ouro deve ser banhado para ter uma espessura significativa, evitando qualquer sugestão de usar um flash de ouro de 0,2 microns.

Isto não é somente pelo fato de que um revestimento muito fino será desgastado mecanicamente ao longo de alguns milhares de operações; portanto, não cometa o erro de pensar que porque o relé é usado em sua aplicação uma vez ao mês, tudo ficará bem: não, não será assim. Para comutação confiável a baixo nível o revestimento de ouro é excelente, mas o flash de ouro provavelmente vai ser pior do que somente prata. Isso é porque se trata de uma mistura muito complexa de substâncias físicas e químicas que está

além do escopo deste artigo.

Voltando um pouco “para trás, o que se entende por comutação de baixo nível?

Normalmente, um relé de potência 16A da gama Finder tem uma carga de comutação mínima especificada de 10 V / 10 mA / 1000 mW, o que para um relé especialmente concebido para alternar cargas de até 4 kW é um bom valor. A especificação indica que você deve atender todos os três valores mínimos.

Um relé de potência média de 7 A com contatos AgNi tem especificações mínimas de comutação de 5 V / 5 mA / 300 mW, mas mais uma vez, em termos práticos, a tensão é o parâmetro mais importante. Este relé também está disponível com contatos banhados a ouro, onde os valores revistos se tornam 5 V / 2 mA / 50 mW.

Se for necessário comutar de forma segura uma tensão muito baixa, considere dois contatos em paralelo. Isso reduz drasticamente a comutação de carga mínima: dois contatos banhados a ouro em paralelo permitem lidar com cargas de até 0,1 V / 1 mA / 1 mW. Pode ser útil considerar que, estatisticamente, a falta de confiabilidade dos dois contatos em paralelo é igual à falta de confiabilidade de um único contato para o aumento da potência dos dois. Assim, por exemplo, um circuito de comutação não confiável em 1% se torna não confiável em 0,01%, por outras palavras, é obtida uma melhoria de 100x na confiabilidade. Para três contatos em paralelo, a confiabilidade

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