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AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS INDUSTRIALES-1 Aparatos de protección
Automatismos eléctricos industriales - 6
AUTOMATISMOS CABLEADOS
APARATOS
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DE
PROTECCIÓN
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CONTENIDO
1. DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN. 2. RELÉS MAGNÉTICOS. 3. RELÉS TÉRMICOS. A) DEFINICIÓN B) SIMBOLOGÍA: C) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO D) COMPONENTES E) CURVA CARACTERÍSTICA. F) PROTECCIÓN G) CONEXIÓN H) TRABAJO A DIFERENTES TENSIONES J) PULSADOR DE PRUEBA K) REGULACIÓN L) ¿COMO PROTEGER UN RELÉ TÉRMICO? M) ¿DÓNDE SE COLOCA EL RELÉ TÉRMICO? 4. FUSIBLES. 5. EL CONTACTOR DISYUNTOR 6. LOS DISYUNTORES MAGNÉTICOS 7. EL DISYUNTOR MOTOR MAGNÉTICO 8. EL DISYUNTOR MOTOR MAGNETOTÉRMICO 9. PROTECCIÓN DE MOTORES 10. PROTECCIÓN DE LOS CONDUCTORES 11. RELÉ DIFERENCIAL 12. RELÉ DETECTOR DE TENSIÓN 13. RELÉ DE MÍNIMA Y MÁXIMA TENSIÓN 14. RELÉ SELECTOR DE TENSIÓN 15. RELÉ DETECTOR DE SECUENCIA DE FASES. 16. DETECTOR DE TEMPERATURA. RELÉ DE SONDA TÉRMICA.
Disyuntor = Interruptor automático. Es un dispositivo capaz de abrir automáticamente un circuito eléctrico en función de la intensidad que por él circula. Disyuntor magnético Protección contra los cortocircuitos. Disyuntor magnetotérmico Protección contra sobrecargas y cortocircuitos
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1 DISPOSITIVOS PROTECTORES Los dispositivos de protección son los que tienen la función de dejar fuera de servicio la línea (normalmente efectuarán la apertura del contactor o contactores principales), cuando se presentan anomalías que perturban el buen funcionamiento del receptor (motores, generadores, transformadores, etc.) que protegen. Todos los receptores pueden sufrir accidentes: De origen eléctrico: − sobretensión, caída de tensión, desequilibrio o ausencia de fases que provocan un aumento de la corriente absorbida, − cortocircuitos cuya intensidad puede superar el poder de corte del contactor. De origen mecánico: − calado del rotor, sobrecarga momentánea o prolongada que provocan un aumento de la corriente que absorbe el motor, haciendo que los bobinados se calienten peligrosamente.
Con el fin de que dichos accidentes no dañen los componentes ni perturben la red de alimentación, todos los arrancadores deben incluir obligatoriamente: protección contra los cortocircuitos, para detectar y cortar lo antes posible las corrientes anómalas superiores a 10 In, protección contra las sobrecargas, para detectar los aumentos de corriente hasta 10 In y cortar el arranque antes de que el recalentamiento del motor y de los conductores dañe los aislantes. Si es necesario, se pueden añadir protecciones complementarias como el control de fallos de aislamiento, de inversión de fases, de temperatura de los bobinados, etc.
ANOMALIAS: Entre dichas anomalías podemos citar:
SOBREINTENSIDADES Pueden ser de dos tipos. -
Sobrecargas (exceso de carga) Cortocircuitos
• Sobrecargas (exceso de carga) Cuando un motor trifásico (o de cualquier otro tipo) alcanza una temperatura superior a su admisible, está trabajando en sobrecarga. Mientras las circunstancias ambientales sean normales (temperatura, altitud, etc.), ese sobrecalentamiento se debe a que consume más intensidad que la nominal. Causas: − Rotor inmóvil (bloqueado) La máxima sobrecarga a la que puede estar sometido un motor de modo permanente es la producida cuando está alimentado a su tensión nominal y el rotor inmóvil, es decir, bloqueado. Se trata de una situación anómala debida al bloqueo mecánico de la máquina arrastrada o un aumento excesivo del par resistente. En esas condiciones, la intensidad consumida tiene el valor de la de arranque Ia, y sus devanados pueden deteriorarse en muy breve tiempo si no se produce una rápida desconexión. − Funcionamiento a dos fases. Esta circunstancia puede ser debida a la fusión de un fusible, al corte de un conductor o a otras causas. En estas condiciones, el circuito magnético del motor está desequilibrado, por los devanados circulan corrientes anormales y hay una pérdida de potencia. Si el motor llega a bloquearse, estamos ante una sobrecarga similar a la antedicha. En cualquier caso, el motor debe ser desconectado de la red rápidamente. FJRG 111005
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• Cortocircuitos En el circuito de alimentación del motor, las sobreintensidades que pueden originarse son los cortocircuitos. Un cortocircuito es el contacto directo de dos puntos con potenciales eléctricos distintos: – en corriente alterna: contacto entre fases, entre fase y neutro o entre fases y masa conductora, – en corriente continua: contacto entre los dos polos o entre la masa y el polo aislado. Las causas pueden ser varias: cables rotos, flojos o pelados, presencia de cuerpos metálicos extraños, depósitos conductores (polvo, humedad, etc.), filtraciones de agua o de otros líquidos conductores, deterioro del receptor o error de cableado durante la puesta en marcha o durante una manipulación. El cortocircuito desencadena un brutal aumento de corriente que en milésimas de segundo puede alcanzar un valor cien veces superior al valor de la corriente de empleo. Dicha corriente genera efectos electrodinámicos y térmicos que pueden dañar gravemente el equipo, los cables y los juegos de barras situados aguas arriba del punto de cortocircuito. Por lo tanto, es preciso que los dispositivos de protección detecten el fallo e interrumpan el circuito rápidamente, a ser posible antes de que la corriente alcance su valor máximo.
DEFECTOS DE AISLAMIENTO PUESTAS A TIERRA FORTUITAS CONTACTOS DIRECTOS E INDIRECTOS FALSAS MANIOBRAS ETC. Para detectar y poder corregir las incidencias y procurar un buen funcionamiento, se deben proteger mediante dispositivos adecuados.
CLASIFICACIÓN DE DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN La protección corresponde a: Aparatos específicos: seccionadores portafusibles, disyuntores, relés de protección y relés de medida, Funciones específicas integradas en los aparatos de funciones múltiples. Según la magnitud que vigilan: Dispositivos de protección contra las sobreintensidades. Contra las sobreintensidades (sobrecargas y cortocircuitos) han de estar protegidos el motor y su circuito de alimentación. Como dispositivos elementales de protección contra las sobrecargas destacamos: -
Relé térmico (electrotérmico) Fusibles, que interrumpen el circuito al fundirse, por lo que deben ser sustituidos,
Como dispositivos elementales de protección contra los cortocircuitos destacamos: -
Relé magnético (electromagnético) Fusibles, que interrumpen el circuito al fundirse, por lo que deben ser sustituidos,
La protección contra las sobreintensidades puede estar integrada en aparatos de funciones múltiples, como los disyuntores magnetotérmicos para motores y los contactores disyuntores magmetotérmicos. -
Relé diferencial.- actúa por diferencia de corrientes. Relé de tensión.- controla las oscilaciones de la tensión.
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Relé selector de tensión.- controla la tensión entre dos puntos. Relé detector de giro de fases.- controla el sentido de giro de las fases de un sistema trifásico. Relé de sonda térmica.- controla el calentamiento de un elemento. Relé de impedancia.- controla la impedancia de un receptor. Relé de frecuencia .- controla la velocidad de los generadores de corriente alterna (frecuencia de la red ) Relé de potencia.- controla los excesos de potencia consumida por la instalación receptora. etc.
Las principales características que deben cumplir los relés de protección son: -
sensibilidad y fiabilidad.
Elección de un dispositivo de protección La siguiente Fig. Tabla 1.1 sintetiza toda la información sobre protección ofrecida en este capítulo. Permite tener una visión global de las posibilidades de cada dispositivo, aunque para aplicaciones concretas se recomienda consultar los apartados correspondientes y los catálogos de los fabricantes.
Fig. 1.1
2 RELÉS MAGNÉTICOS A) DEFINICIÓN Son los que realizan una maniobra apoyándose en las propiedades electromagnéticas (una corriente que recorre una bobina produce una atracción sobre una lámina de hierro, que es proporcional a la corriente). FJRG 111005
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B) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El principio podemos observarlo en la Fig. 2.1-a, donde la bobina al ser atravesada por una corriente excesiva (I), crea un campo magnético en el núcleo (N) que atrae la lámina (1), abriendo el circuito de alimentación del contactor, con lo cual, éste se abre y el receptor quedará desconectado. Es éste, pues, un relé de máxima y su aspecto exterior puede ser el de la Fig. 2.1-b.
a
b Fig. 2.1 RELÉ MAGNÉTICO
Por el contrario, si en vez de ser el contacto A el permanente fuese el B, el circuito se abrirá cuando la corriente (I) fuese reducida; tendremos, pues, un relé electromagnético de mínima.
Las protecciones electromagnéticas para motores no se pueden colocar solas, ya que tienen que ir muy sobredimensionadas, debido a la elevada intensidad absorbida en el arranque. Junto con el relé térmico, proporcionan la combinación ideal, y así obtenemos los relés magneto-térmicos de uso tan extendido, tanto en relés como interruptores, etc.
3 RELÉS TÉRMICOS Los relés térmicos bimetálicos constituyen el sistema más simple y conocido de la protección térmica por control indirecto, es decir, por calentamiento del motor a través de su consumo.
A) DEFINICIÓN Son los que realizan una maniobra mediante el principio de la ley de Joule (calor producido por el paso de una corriente).
B) SIMBOLOGÍA: Según contenga un solo contacto (NC), un contacto conmutado (NCNO) o dos contactos (NC + NO), distinguimos los tres tipos más usuales de relé térmico (Fig. 3.1).
Fig. 3.1
Fig. 3.2
Las tres líneas quebradas que contiene el rectángulo representan los tres elementos bimetálicos detectores de FJRG 111005
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sobreintensidad. Los trazos que las unen con los contactos representan la conexión mecánica entre ellos. El pequeño triángulo con una traza encima representa la retención a que queda sometido el grupo dé contactos cuando ha habido un disparo térmico. Para una mayor simplificación quedan suprimidos estos trazos y las letras L y T, en el esquema principal. Existen diversos modos de representar la conexión entre los elementos bimetálicos y los contactos. En la Fig. 3.2 ofrecemos algunos de ellos. El último símbolo de la derecha lo encontramos en las Normas I.E.C. (o C.E.I.: Comisión Electrotécnica Internacional). Su forma simplificada y el símbolo de sus contactos separados se muestra en la parte inferior.
C) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Un relé electrotérmico o simplemente térmico, es aquel que esté formado por dos láminas de metales diferentes y soldadas; estos metales (generalmente ínvar y ferroniquel) se eligen con coeficientes de dilatación térmica lineal muy diferentes ( λ1 ≠ λ2 ). El relé térmico se basa en la dilatación de los metales al calentarse. Tras cierto tiempo de permanecer un relé térmico atravesado en sus bimetales por la intensidad a controlar y si ésta fuera elevada (sobrecarga), se producirá un curvamiento hacia el lado opuesto al metal que más se dilata (sentido del de menor coeficiente λ). Igual efecto se produce si la intensidad no la recorre, pero la calienta indirectamente (Fig. 3.3).
Fig. 3.3
Esta deformación de la lámina bimetálica es aprovechada para accionar uno o dos contactos auxiliares, es decir, que el NC abre y el NO cierra (Fig. 3.4). Existen tres láminas, una por fase, que actúan sobre un bloque de empuje. Si hay una sobreintensidad en una de las láminas o en las tres simultáneamente, el bloque se desplaza y cambia de posición ("activa") un par de contactos.
Fig. 3.4 ESTRUCTURA DE UN RELÉ TÉRMICO
El contacto NC (95 - 96) se coloca en serie con la bobina del contador y lo desactiva, provocando la FJRG 111005
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desconexión del motor de la red. El contacto NO (97 - 98) puede utilizarse con una lámpara de señalización, cuyo encendido indica que ha habido una desconexión por sobrecarga (Fig. 3.5). Designaremos en lo sucesivo con las letras KM a los contadores que conmutan los motores, y al relé térmico con la letra F.
Fig. 3.5
D) COMPONENTES El aspecto exterior de un relé térmico puede ser el de la Fig. 3.7. Un relé térmico dispone en su parte frontal de los siguientes dispositivos: 1 Ajuste Ir. Escala o dial para fijar la intensidad de régimen del motor. 2 Pulsador Test. Accionando el pulsador Test es posible: – Controlar el cableado del circuito de control. – Simular el disparo del relé (acción sobre los 2 contactos “NC” y “NA”). Este mando, que puede no existir en algunos modelos, sirve para verificar el correcto desactivado del contador. 3 Pulsador Stop. Actúa sobre el contacto “NC” y no tiene efecto sobre el contacto “NA”. 4 Pulsador de rearme para llevar los contactos a su posición de trabajo tras una desconexión térmica. 5 Visualización de la activación. 6 Testigo del Enclavamiento mediante precintado de la tapa. 7 Selector entre rearme manual y automático. En manual, se rearma con el pulsador anterior. En automático, cuando se enfrían las láminas.El paso a la posición automática se realiza mediante acción voluntaria. Fig. 3.7
E) CURVA CARACTERÍSTICA. La característica tiempo-corriente de un relé térmico (Fig. 3.8) nos indica en el eje de abscisas el valor de la intensidad de la corriente en múltiplos de la intensidad ajustada Ir en el dial del relé y en el eje de ordenadas los tiempos de disparo. Generalmente se indican dos curvas, una se obtiene a partir de los bimetales en estado frío y la otra a partir de los bimetales en caliente.
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Fig. 3.8
Fig. 3.9
Para el caso en concreto del relé témico de la Fig. 3.8 deducimos que un consumo de valor 2 · Ir provoca una desconexión al cabo de: 70 segundos – para el caso de que bimetal esté frío 40 segundos – para el caso de que bimetal esté caliente. En estado "caliente", es decir, cuando tiene lugar una sobreintensidad estando el motor en marcha, los tiempos son menores. Mostramos, a título orientativo, los valores segundos de los tiempos máximos admisibles para motores de jaula a 400 V con el rotor bloqueado, de un determinado fabricante. Dado que en estas condiciones el consumo es del orden de 5 In a 7 In, vemos que los térmicos desconectan en tiempos inferiores (Fig. 3.9).
F) PROTECCIÓN Un relé térmico protege a la instalación de un receptor (motor en las figuras) frente a las sobreintensidades producidas por: -
Sobrecargas. Arranques demasiado largos. Ciclos paro-arranque demasiado frecuentes. Agarrotamiento mecánico del motor, bajo tensión (calado).
Para la protección de receptores trifásicos, se coloca una lámina bimetálica por fase y así, cualquiera de ellas, o las tres a la vez, nos producirán la apertura del circuito mediante un elemento de material aislante denominado yugo (Fig. 2.5). *
Un relé térmico no protege de cortocircuitos.
*
Si el relé dispone de sistema diferencial, también protege de: -
Desequilibrios de intensidad entre las fases. Marcha a dos fases (por fusión de un fusible, corte de un conductor... ).
Por tanto además de la protección contra sobrecargas, los relés térmicos están preparados para detectar las asimetrías que se producen en sus bimetales cuando alguna de las fases que alimenta al receptor no transporta corriente,( fenómeno que en el caso de motores trifásicos se conoce como «marcha en monofásico» ) o cuando las intensidades en las fases son muy diferentes, anomalías que pueden ser muy perjudiciales para receptor en un breve espacio de tiempo.
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G) CONEXIÓN Un relé térmico actúa asociado a un contactor. Los bornes L1(1), L2(2), L3(3), van conectados directamente al contactor formando un bloque y así, en la Fig. 3.10 tenemos el conjunto contactor y protección térmica con el tornillo de regulación y el botón o pulsador de rearme. En el esquema de la Fig. 3.10 vemos el circuito principal de las conexiones habituales entre ambos.
Fig. 3.10 CONEXIONES CONTACTOR + RELÉ TÉRMICO
Si el relé térmico está acoplado al contactor por medio de espigas o pletinas rígidas, se omiten en su símbolo las bornas 1, 3 y 5, ya que no existen.
Ejemplo: En la Fig. 3.6 tenemos los esquemas principal y de mando (esquema desarrollado) de un circuito de motor trifásico de arranque directo. Un desconectador Q contiene los fusibles principales y un contacto de precorte de la tensión de mando. La conmutación se realiza por contador y la protección, por relé térmico. No se utiliza el contacto NA de éste. Los contactos del relé térmico conectados en serie con la bobina del contactor, produce que la apertura del NC desactiva el contactor KM y el motor, ya sin tensión, se desconecta (se parará) y por tanto el motor quedará protegido.
Fig. 3.6
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Se trata, pues, de una protección contra fallos de fase muy relativa, ya que el tiempo de disparo depende de la intensidad que esté consumiendo el motor. Si en el momento del fallo de fase esta intensidad fuera inferior al valor ajustado en el relé, éste no dispararía o lo haría en un tiempo muy grande. En cualquier caso se trata de un disparo lento, ya que incluso con la intensidad nominal habría que esperar un tiempo de aproximadamente 100 segundos.
H) TRABAJO A DIFERENTES TENSIONES Los contactos NC (disparo) y NO (alarma) de un relé térmico pueden trabajar a tensiones diferentes de la de línea y a tensiones diferentes entre sí. En la Fig. 3.11, la tensión de línea es de 400 V y la de contactos es de 230 V. En la Fig. 3.11 el control del contactor se realiza por interruptor S y la lámpara de señalización de disparo térmico se alimenta a 24 V en corriente continua. Como se indica en esquema separado, en este térmico coexisten tres tensiones diferentes: 400 V c/a, 230 V c/a y 24 V c/c.
Fig. 3.11 TRABAJO A DIFERENTES TENSIONES
I) REARME DEL RELÉ TÉRMICO. Cualquier relé térmico moderno tiene dos tipos de rearme: -
MANUAL y AUTOMÁTICO,
y un selector para escoger la forma de rearme que se desee del disparador, es decir, si después de un disparo es necesario pulsar el botón de rearme del relé o simplemente el relé se rearma automáticamente al enfriarse. El rearme MANUAL se reduce a presionar el pulsador R colocado en la parte frontal del aparato (Fig. 3.12).
Fig. 3.12
En algunos casos puede interesar que el rearme manual sea a distancia, por motivos funcionales o de comodidad. En este caso puede acoplarse al relé un pequeño dispositivo mecánico K activado por FJRG 111005
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electroimán. La puesta en tensión de K a través de un pulsador S provoca el empuje del rearmador R (Fig. 3.13). Vemos en la misma figura las tensiones normales de activado de K.
Fig. 3.13
* Si el rearme es AUTOMÁTICO, una vez eliminada la causa que motivó la sobrecarga, el relé se rearma, es decir, los contactos NO y NC vuelven a la posición inicial tras el enfriamiento de los elementos bimetálicos. El receptor (motor en este caso) queda ya en condiciones de ser arrancado de nuevo. Este sistema es cómodo porque evita una operación manual y puede ser práctico en instalaciones donde son previsibles frecuentes disparos térmicos. Puede, sin embargo, ser peligroso cuando el mando del contactor se realiza por interruptor o detectores diversos, ya que pueden producirse arranques inesperados (Fig. 2.14).
Fig. 3.14
J) PULSADOR DE PRUEBA O TEST En ciertos térmicos existe también un pulsador de prueba (test), 0, cuyo presionado activa los contactos NC y NO. Sirve para verificar si las conexiones entre el térmico y el circuito de mando son correctas: su pulsado desactivará el contactor y pondrá un funcionamiento la alarma correspondiente. Este pulsador de prueba también puede ser accionado a distancia, por medio de un disparador K análogo al rearmador anterior (Fig. 3.15). Los pulsadores de rearme y prueba, el selector, el dispositivo diferencial, etc., son componentes habituales de cualquier modelo actual de relé térmico y por ello no figuran expresamente en su símbolo. Sin embargo, cuando alguno de estos dispositivos requiera un circuito adicional, habrá que representarlo en el esquema.
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Fig. 3.15
Ejemplo: La Fig. 3.16 corresponde a un motor trifásico de arranque directo y maniobra por pulsadores, con fusible de mando incorporado al desconectador Q. Se ha previsto un dispositivo de prueba a distancia, con un disparador a la misma tensión que todo el circuito de mando, es decir, a 24 Voltios.
Fig. 3.16
K) REGULACIÓN DE UN RELÉ TÉRMICO Para que un relé térmico proteja adecuadamente a la instalación de un motor frente a sobrecargas y desequilibrios, dispone de una escala o dial para fijar la intensidad de régimen del motor In (aunque su intensidad habitual de funcionamiento sea menor). Como sería imposible hacer un relé para cada intensidad, se hacen varios tipos y cada uno cubre una gama de valores. Para ello los relés térmicos disponen de un dial o tornillo de regulación (TR) para ajustar la intensidad de funcionamiento. Cualquier térmico tiene una zona o margen de regulación de su intensidad de disparo, que abarca desde un valor mínimo a uno máximo. Damos en la Fig. 3.17 ejemplos de zonas de regulación.
Fig. 3,17 EJEMPLOS DE MARGENES DE REGULACIÓN
En la Fig. 3.18 vemos que puede variar entre 0,75 A y 1 A. En nuestro caso está regulado a 0,75 A. Cuando se escoge un relé térmico para la instalación de un motor, es necesario que la intensidad nominal de éste, In, esté comprendida dentro de su zona de regulación.
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Fig. 3.18 TORNILLO REGULADOR DE LA INTENSIDAD DEL RELÉ TÉRMICO
Damos a continuación unos valores orientativos de las intensidades nominales de algunos motores de 1.500 r.p.m. (trifásicos, monofásicos y de c/c) (Fig. 3.19).
Fig. 3.19
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L) ¿COMO PROTEGER UN RELÉ TÉRMICO? Los relés térmicos no pueden proteger contra cortocircuitos, y cuando una corriente de cortocircuito atraviesa un relé térmico, puede destruir algunos de sus componentes en centésimas de segundo. Los fusibles son la protección más habitual contra esta eventualidad. El calibre máximo de éstos es un dato importante para cualquier relé térmico y figura frecuentemente en su placa de características. En la Fig. 3.20 podemos ver esos calibres, para una determinada serie de térmicos. Según el tipo de que se disponga, pueden escogerse lentos (aM) o rápidos (gl o gG). Los circuitos principales de la Fig. 3.21 nos ofrecen un ejemplo de aplicación de las dos tablas anteriores.
Fig. 3.20
Fig. 3.21
M) ¿DÓNDE SE COLOCA EL RELÉ TÉRMICO? Entre el contactor y el receptor (motor en las figuras anteriores), como hemos visto en las figuras anteriores.
•
Para el arranque directo o progresivo con resistencias En este caso el relé térmico se regulará para la intensidad nominal del motor,
Fig. 3.22
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•
Para un motor de dos velocidades
Si un motor tiene dos velocidades, tiene también dos intensidades nominales In1 e In2. Se colocará un térmico y un grupo de fusibles en la rama que corresponde a cada velocidad, y se escogerán según los criterios anteriores. Para velocidad n1: Ir1 = In1 del motor Para velocidad n2: Ir2 = In2 del motor Vemos en la Fig. 3.23 una aplicación de lo antedicho en un motor de dos velocidades y devanados separados (estrella-estrella).
Fig. 3.23
•
Para un motor Dahlander
Si se trata de un motor en conexión Dahlander, la conexión será la de la Fig. 3.24. En este tipo de motor, la relación de intensidades (velocidad alta/velocidad baja) es del orden de 1,5/1 y en algún caso puede bastar con un solo grupo de fusibles para asegurar la protección de los dos térmicos.
Fig. 3.24
•
Para un arranque estrella - triángulo
Si un motor trifásico está previsto para un arranque estrellatriángulo el relé térmico se colocará habitualmente según la Fig. 3.25. En este caso, se regulará a una intensidad de valor:
Iλ =
In = 0,58 · I n 3
In = Intensidad nominal del motor a plena carga
Fig. 3.25
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NOTA: RELÉS TÉRMICOS BIMETÁLICOS Los relés térmicos tienen una curva de disparo fija y está prevista para motores con arranque normal, es decir, con tiempos de arranque del orden de 5 a 10 segundos. En los casos de arranque difícil (p.e. en centrifugadoras, molinos, grandes ventiladores, etc.), que tienen un mayor tiempo de arranque, la curva de disparo resulta demasiado rápida y el relé térmico dispararía durante el arranque. Para evitar esto hay que recurrir a algún procedimiento especial como puentear el térmico durante el arranque o alimentarlo a través de transformadores saturables. Esto además de encarecer considerablemente el arrancador, supone emplear procedimientos sin fundamento físico porque en realidad lo que se hace es engañar a la protección. Así pues, el sistema de protección por relés térmicos bimetálicos es generalmente utilizado por ser, con mucho, el más simple y económico, pero no por ello se deben dejar de considerar sus limitaciones, entre las cuales podemos destacar las siguientes:
- Curva de disparo fija, no apta para arranques difíciles. - Ajuste impreciso de la intensidad del motor. - Protección lenta o nula contra fallos de fase, dependiendo de la carga del motor. - Ninguna señalización selectiva de la causa de disparo. - Imposibilidad de autocontrolar la curva de disparo.
4 FUSIBLES Los fusibles son dispositivos de protección frente a sobreintensidades del tipo cortocircuito. Aplicados a la protección de motores eléctricos, complementan la protección que proporcionan los relés térmicos. Efectivamente, a partir de la máxima intensidad previsible por sobrecarga del motor, (de 4 In a 8 In ), las intensidades superiores son originadas por cortocircuitos. Al ser atravesado por una corriente de cortocircuito, el fusible se funde instantáneamente. Si esa intensidad es extremadamente elevada, la chispa producida puede romper su estructura, proyectar al exterior metal fundido, etc. Los fusibles proporcionan una protección fase a fase, con un poder de corte muy elevado y un volumen reducido.
Tipos de cortocircuitos (Fig. 4.1) El más frecuente de estos cortocircuitos es el producido entre dos fases y puede originarse en el propio motor o en cualquier punto de su circuito de alimentación. Ante las elevadas corrientes que se originan, peligran seriamente los conductores de alimentación, los contactos del contactor, los dispositivos detectores del relé térmico y todo elemento que resulte atravesado por ellas. Puede ocasionarse un cortocircuito entre las tres fases a consecuencia del seccionamiento de una manguera por un elemento cortante o por la acción del fuego Se dividen en dos categorías (Normativa EN Europea): Fusibles “distribución” tipo gG
Fig. 4.1
Protegen a la vez contra los cortocircuitos y contra las sobrecargas a los circuitos con picos de corriente poco elevados (ejemplo: circuitos resistivos). Normalmente deben tener un calibre inmediatamente superior a la corriente del circuito protegido a plena carga. Fusibles “motor” tipo aM Protegen contra los cortocircuitos a los circuitos sometidos a picos de corriente elevados (picos magnetizantes en la puesta bajo tensión de los primarios de transformadores o electroimanes, picos de arranque de motores asíncronos, etc.). Las características de fusión de los fusibles aM no ofrecen ninguna protección FJRG 111005
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contra las sobrecargas. En caso de que también sea necesario este tipo de protección, debe emplearse otro dispositivo (por ejemplo, un relé térmico). Normalmente deben tener un calibre inmediatamente superior a la corriente del circuito protegido a plena carga.
Corriente asignada del fusible. tipos de fusible Una característica importante de un fusible es su corriente asignada (antes llamada intensidad nominal). Se define como el valor de la corriente que le atraviesa, a partir del cual su fusión se producirá en un tiempo más o menos largo. Esta corriente asignada es el valor que define el calibre de un fusible, y por el que se le identifica. Los fusibles cilíndricos de la Fig. 4.2 tienen las dimensiones y valores indicados.
Fig. 4.2
Para corrientes mayores disponemos de los fusibles de cuchilla. Sus dimensiones geométricas se normalizan en base a su talla, que se codifica desde 00 hasta 4 (Fig. 4.3). Todos los de la misma talla pueden acoplarse al mismo portafusibles.
Fig. 4.3
Poder de corte ASIGNADO (Icn) del fusible Es el valor (eficaz de la corriente) de la máxima intensidad de cortocircuito que puede cortar el aparato para la tensión nominal de empleo, a la frecuencia nominal y para un factor de potencia especificado. La mayor intensidad a que puede verse sometido un fusible es la resultante de un cortocircuito en sus mismas bornas de salida. Calculado o estimado ese valor, su poder de corte tendrá un valor claramente superior. El valor ha de ser igual o mayor que la intensidad de cortocircuito prevista en el circuito de la aplicación. Este valor se da en kA y en fusibles de tipo industrial las normas UNE exigen que no sea inferior a 50 kA.
Fig. 4.4
Valores habituales: 6, 20, 40, 50, 70, 100, etc. KA Reflejamos en la Fig. 4.4 los valores frecuentes del poder de corte de fusibles expresados en miles de amperios (kA). Los empleados en circuitos de motores tienen un poder de corte mínimo de 50 kA.
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Curva de fusión del fusible La gráfica de fusión de un fusible nos proporciona el tiempo previsible de fusión de éste, al ser atravesado por una sobreintensidad. Respecto al tipo de gráfica, distinguimos dos grupos de fusibles: - Rápidos. Tipo gI o gG. - Lentos. Tipo aM.
En la Fig. 4.5 vemos los tiempos de fusión de ambos tipos, en función de los múltiplos de su corriente asignada In. Se trata de una gráfica orientativa, no aplicable a todos los tamaños.
Fig. 4.5
De las curvas anteriores deducimos que un fusible no se funde al estar atravesado por la intensidad nominal y tiene tiempos largos de fusión frente a intensidades moderadas. El fusible adecuado para proteger el circuito de un motor es el de tipo aM. Para sobreintensidades moderadas, será el relé térmico quien controle la desconexión. A partir de unas sobreintensidades que podemos situar de 6·In a 10·In, será el fusible quien desconecte.
¿Cómo se escogen los fusibles para el circuito de un motor? La corriente asignada del fusible será siempre mayor que la nominal del motor. Dado que el fusible complementa la protección del relé térmico, los fabricantes de estos últimos proporcionan el calibre y el tipo del fusible aconsejable a colocar. Mostramos estos valores en la Fig. Tabla 4.6. En los dos ejemplos de la Fig. 4.7 hemos escogido los fusibles y el térmico de acuerdo con el criterio citado.
Fig. 4.6
Fig. 4.7
Si un motor tiene previsto un arranque estrella-triángulo, se instalan fusibles cuya corriente asignada tenga el FJRG 111005
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valor inmediatamente superior a la nominal de dicho motor, y preferentemente, del tipo aM. Se disponen siempre en el punto de arranque del circuito (Fig. 4.8).
Fig. 4.8
Si los fusibles protegen el circuito de una carga resistiva, serán del tipo rápido gG. Su calibre tendrá valor inmediatamente superior a la intensidad nominal de la carga. Se pueden montar de dos maneras: - en unos soportes específicos llamados portafusibles, (Fig. 4.9) - en los seccionadores, en lugar de los casquillos o las barretas.
Respecto a los portafusibles, o bases para alojar a los fusibles, han de: - soportar adecuadamente las corrientes de paso. - permitir el recambio de fusibles fundidos sin interrumpir la tensión de suministro. Los actuales portafusibles cumplen ambas funciones, asumiendo, además, la de seccionamiento. Los portafusibles de la Fig. 4.9 son de tipo abatible, para fusibles cilíndricos. Su apertura desconecta simultáneamente los tres fusibles, tanto de la toma de tensión como del circuito de salida. Junto a ellos, el correspondiente símbolo.
Fig. 4.9
Los de la Fig. 4.10 son portafusibles para el tipo de cuchilla. El accionamiento de la correspondiente empuñadura los desconecta de la entrada y de la salida. Estos portafusibles pueden estar provistos de uno o dos pequeños contactos, que se cierran y abren solidariamente con el circuito de los fusibles. Estos contactos se llaman de precorte. FJRG 111005
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Fig. 4.10
Algunos fusibles cilíndricos y de cuchilla están provistos de percutor de fusión. Este dispositivo hace sobresalir del fusible un pivote cilíndrico cuando éste se funde. Su función es doble: - visualizar desde el exterior el estado del fusible. - actuar sobre un pequeño contacto que realice la función que se crea oportuna (alarma, desconexión, etc.) El fusible de cuchilla de la Fig. 4.11 está fundido y tiene el percutor sobresalido. Se ven dos tipos de contactos activables por el percutor de cualquiera de los fusibles.
Fig. 4.11
5 EL CONTACTOR DISYUNTOR Los contactores pueden realizar un gran número de ciclos de maniobras a cadencias elevadas, pero su limitado poder de corte no les permite interrumpir una corriente de cortocircuito. Los disyuntores pueden cortar las corrientes de cortocircuito elevadas, pero tienen un número y una frecuencia de ciclos de maniobras limitados. El contactor disyuntor nació de la idea de reunir en un solo aparato estas dos características, es decir, la elevada frecuencia de ciclos de maniobras del contactor y el poder de corte del disyuntor. El contactor disyuntor integral, “integra” las funciones de:
Fig. 5.1
- seccionamiento, - conmutación, - protección contra las sobreintensidades (cortocircuitos y sobrecargas) El contactor disyuntor integral tiene: -
Plena apariencia del seccionamiento Alto poder de corte de los disyuntores limitadores Durabilidad de los contactores Relés térmicos de gran calidad y precisión.
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Fig. 5.2
El integral se presenta como un bloque compuesto por: - 3 o 4 polos - un electroimán, una armadura móvil y una bobina, - un módulo tri o tetrapolar magnetotérmico o sólo magnético, con varios calibres intercambiables en función de la corriente de empleo, - eventualmente, polos de seccionamiento específicos (enclavamiento por candado).
Principio de funcionamiento La principal característica del integral es la técnica de corte con polo único. En efecto, el corte lo realiza un único juego de contactos, tanto en funcionamiento “contactor” como en funcionamiento “disyuntor”, que impide la soldadura en cortocircuito. Esta característica hace del integral un aparato de coordinación total. Posición de reposo Cuando la bobina no está alimentada, el circuito móvil se mantiene en posición abierta gracias a los resortes de retorno y provoca la apertura de los contactos a través de una palanca de apertura. Posición de cierre Cuando se cierra el electroimán, la palanca libera los contactos móviles que se cierran bajo la acción de los resortes, lo que proporciona también la presión necesaria de los contactos. En estado cerrado, los contactos son totalmente independientes del electroimán. Apertura en funcionamiento contactor Cuando la bobina deja de recibir alimentación, la palanca unida a la armadura móvil hace que se abran los contactos en un tiempo de aproximadamente 15 ms. Apertura en funcionamiento disyuntor La fig. 5.3 indica la secuencia de sucesos cuando se produce un cortocircuito.
Fig. 5.3
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Gracias a su alta velocidad de corte (2,5 ms) y a la rápida aparición de una tensión de arco elevada, el integral puede considerarse como un excelente limitador de corriente de cortocircuito.
Gama integral Los contactores disyuntores integral puede tener varios calibres, adaptándose a la potencia del receptor. Los contactores disyuntores pueden integrarse fácilmente en los equipos de automatismo y controlarse desde autómatas programables gracias a una amplia oferta de accesorios. Según su calibre, los aparatos de la gama integral se pueden equipar con: - contactos auxiliares de señalización, - módulos de interface de relé, de relé y funcionamiento forzado o estáticos, para el control directo desde un autómata programable, - temporizadores electrónicos “Trabajo” o “Reposo”, para retrasar la orden de conexión o de desactivación, - módulo de control “Auto-Manual-Parada”, - módulos antiparasitarios RC y varistancia, - rearme eléctrico a distancia.
Fig. 5.4
6 LOS DISYUNTORES MAGNÉTICOS Un disyuntor magnético es un interruptor automático que utiliza un electroimán para interrumpir la corriente. En funcionamiento normal, ésta pasa por la bobina del electroimán creando un campo magnético débil. Si la intensidad es mayor de un determinado valor, el campo magnético creado es suficientemente fuerte como para poner en funcionamiento un dispositivo mecánico que interrumpe la corriente eléctrica. Dependiendo del tipo de circuito que se desea proteger (distribución, motor, etc.), el umbral de disparo magnético se situará entre 3 y 15 veces la corriente nominal, protegiendo al circuito de posibles cortocircuitos, dentro de los límites de su poder de corte a través de disparadores magnéticos (un disparador por fase). Dependiendo del tipo de disyuntor, dicho umbral de disparo puede ser fijo o ajustable por el usuario. Se suelen usar para proteger motores con arrancadores cuando estos últimos disponen de protección térmica integrada. También protegen contra los contactos indirectos, siguiendo las normas sobre regímenes de neutro, para los esquemas TN o IT. Los esquemas TT pueden necesitar una protección diferencial residual.
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Símbolo Disyuntor magnético Fig. 6.1
Fig. 6.2
Todos los disyuntores pueden realizar cortes omnipolares: la puesta en funcionamiento de un solo disparador magnético basta para abrir simultáneamente todos los polos. Cuando la corriente de cortocircuito no es muy elevada, los disyuntores funcionan a mayor velocidad que los fusibles.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Poder de corte PdCo Es el valor máximo estimado de corriente de cortocircuito que puede interrumpir un disyuntor con una tensión y en unas condiciones determinadas. Se expresa en kiloamperios eficaces simétricos. Poder de cierre PdCi Es el valor máximo de corriente que puede establecer un disyuntor con su tensión nominal en condiciones determinadas. En corriente alterna, se expresa con el valor de cresta de la corriente. El poder de cierre es igual a k veces el poder de corte, según se indica en la siguiente tabla (IEC 947-2).
Fig. 6.3
Autoprotección Es la aptitud que posee un aparato para limitar la corriente de cortocircuito con un valor inferior a su propio poder de corte, gracias a su impedancia interna. Poder de limitación Un disyuntor es además limitador cuando el valor de la corriente que realmente se interrumpe en caso de fallo es muy inferior al de la corriente de cortocircuito estimado. La limitación de la corriente de cortocircuito depende de la velocidad de apertura del aparato y de su capacidad para generar una tensión de arco superior a la tensión de la red.
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Permite atenuar los efectos térmicos y electrodinámicos, proporcionando así una mejor protección a los cables y al aparellaje.
7 EL DISYUNTOR MOTOR MAGNÉTICO Este aparato, también llamado disyuntor, es un dispositivo de protección contra los cortocircuitos con corte omnipolar. Puede considerarse apto para el seccionamiento de acuerdo con la norma IEC 947. En algunos modelos, el usuario puede regular el umbral de desactivación magnética. Los aditivos seccionadores de corte visible enclavables permiten responder a determinados pliegos de condiciones. Normalmente, estos aparatos se asocian con un contactor y un relé de protección térmica para formar un arrancador.
Disyuntor motor magnético con contactor y relé térmico Esta asociación posee un poder de corte igual al del disyuntor. Este último ofrece protección contra los cortocircuitos con corte omnipolar. El relé térmico, dotado de compensación de temperatura y sensibilidad a una ausencia de fase, protege contra las sobrecargas y contra el funcionamiento monofásico. La frecuencia de maniobras es la misma que la del contactor. Los enlaces mecánicos y eléctricos entre el contactor y el disyuntor facilitan la conexión y permiten obtener un equipo más compacto. Otras características: -
Rearme local del disyuntor, Rearme manual o auto del relé térmico, Visualización local del estado de funcionamiento de los aparatos y desde el centro de control, Clase de desactivación térmica 10 o 20, Coordinación de tipo 1 o 2 según IEC 947-4-1, Adaptabilidad a esquemas particulares: acoplamiento estrella-triángulo, motores con dos devanados o asociación con sondas térmicas, - Facilidad de mantenimiento gracias a la posibilidad de cambiar sólo uno de los tres componentes.
8 EL DISYUNTOR MOTOR MAGNETOTÉRMICO (GUARDAMOTORES) Este dispositivo agrupa, en un solo bloque, las funciones de: Interruptor Protección contra las sobreintensidades -
Sobrecargas (relé térmico) Cortocircuitos (fusibles)
Los disyuntores de motor magnetotérmicos o interruptores automáticos de motor utilizan el mismo principio de protección que los interruptores magnetotérmicos. Si se utilizan interruptores automáticos con protección magnetotérmica se deben elegir aparatos que están especialmente concebidos para la protección de motores. Los disyuntores de motor magnetotérmicos (guardamotores) están especialmente diseñado para la protección de motores eléctricos. Este diseño especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo hace más robusto frente a las sobreintensidades transitorias típicas de los arranques de los motores. El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico se produce con una intensidad y tiempo mayores. Este es un aparato de control y de protección magnetotérmica tripolar. El corte es omnipolar.
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La protección térmica tiene compensación de temperatura y sensibilidad a una ausencia de fase. Es apto para el seccionamiento. Existen dos versiones: − con pulsadores de control Marcha-Paro − y con mando de control giratorio. El dispositivo de mando de ambos modelos se puede enclavar en posición “OFF”.
a
b Fig. 8.1 Disyuntor de motor magnetotérmico
c Fig. 8.2
Versión con pulsadores de control Marcha-Paro Normalmente se utiliza para el control local de motores, pero también se puede asociar con un contactor para el control a distancia. Este aparato resulta idóneo para máquinas pequeñas independientes, como las máquinas para madera. Suele montarse en cofre unitario con un pulsador “de seta” de Paro de emergencia. Admite los siguientes aditivos: – contactos auxiliares instantáneos, que pueden ser reversibles NC o NA, para los circuitos de señalización del estado “Marcha” o “Paro” o la señalización de disparo magnético o térmico, – dispositivo de disparo por mínima tensión, que impide que el receptor vuelva a ponerse en marcha inesperadamente después de un corte de alimentación de la red. Se puede utilizar para disparar a distancia el disyuntor motor. También existe un modelo específico para máquinas peligrosas que requieran una mayor seguridad (VDE 0113, recomendado por el INRS), – disparador con emisión de tensión para disparar el disyuntor motor a distancia desde una caja de pulsadores o desde el contacto de otro aparato.
Versión con mando de control giratorio Este es un producto diseñado especialmente para el control automático a distancia en asociación con un contactor. Además de los aditivos ya mencionados, admite accesorios seccionadores de corte visible enclavables y accesorios de señalización a distancia del disparo magnético.
Son aparatos diseñados para ejercer hasta 4 funciones:
Maniobras manuales. Maniobras normales manuales de cierre y apertura. El mando manual del disyuntor varía según las marcas y modelos. La pareja de pulsadores frontales ON-OFF o START-RESET y la maneta giratoria son los sistemas más usuales (Fig. 8.1). El mando manual permite que en ciertos circuitos se pueda prescindir del contactor.
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Maniobras automáticas. − Cuando está sometido a una sobrecarga. Para ello, dispone de protección térmica con una característica similar a la de un relé térmico. Para cada uno de los tres polos del interruptor automático dispone de un disparador térmico de sobrecarga consistente en unos bimetales por los cuales circula la intensidad del motor. En caso de una sobrecarga el disparo se produce en un tiempo definido por su curva característica. El dispositivo de la protección térmica o disparador térmico de sobrecarga consiste en unos bimetales por los cuales circula la intensidad del motor. En caso de una sobrecarga el disparo se produce en un tiempo definido por su curva característica. El dispositivo térmico actúa en diversos tiempos, según la magnitud de la sobrecarga. La intensidad de disparo térmico es regulable dentro de ciertos límites. Los fabricantes ofertan modelos con intensidades comprendidas entre Imin y Imax, disponiendo cada uno de ellos de un campo de reglaje determinado. − Cuando se produce un cortocircuito en su línea de alimentación el aparato dispone de una protección magnética adecuada para permitir las elevadas intensidades de arranque de los motores. Lógicamente se deben elegir con una intensidad nominal o, en su caso, con un ajuste de protección térmica igual a la intensidad nominal del motor. Dispone de una protección magnética para cada fase. La protección magnética o disparador magnético de cortocircuito consiste en un electroimán por cuyo arrollamiento circula la corriente del motor y cuando esta alcanza un valor determinado se acciona bruscamente un núcleo percutor que libera la retención del mecanismo de disparo, obteniéndose la apertura de contactos en un tiempo inferior a 1 ms. La intensidad de funcionamiento del disparador magnético es de 10 a 14 veces la intensidad de la regulación térmica Ir. Tanto la protección magnética y térmica actúan ambos sobre el sistema de desconexión. Su símbolo gráfico expresa ambas funciones. (Fig. 8.2)
Reglajes La intensidad nominal o corriente asignada de un disyuntor para motor se proporciona en forma de un par de valores (mínimo y máximo) entre los que se realiza el reglaje. En condiciones normales de funcionamiento del motor, el valor regulado se hace coincidir con el de la intensidad nominal del motor. Los valores de este par de intensidades son los mismos que en los correspondientes relés térmicos. Los valores de la Fig. 8.3 pertenecen a una serie de disyuntores de pequeño calibre. La intensidad de desconexión magnética admite una tolerancia de hasta ± 20 %. Al igual que los relés térmicos, los disyuntores tienen una gráfica de desconexión intensidad/ tiempo. En la gráfica existe una estrecha zona de tolerancia en la que se encuentran los tiempos mínimo y máximo de desconexión (Fig. 8.4).
Fig. 8.3
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Fig. 8.4
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Por ejemplo, una sobrecarga de valor 4·Ir, provocará la desconexión en un tiempo mínimo de 10 segundos. En disyuntores del tipo "más lento", la desconexión electromagnética se produce para intensidades del orden de 20·Ir y de 30·Ir, siendo Ir el valor máximo de la regulación térmica. Otra característica interesante en este tipo de aparatos es la limitación de la corriente de cortocircuito por la propia resistencia interna del interruptor, correspondiente a los bimetales, disparadores magnéticos y contactos. Este efecto disminuye a medida que aumenta la intensidad nominal del aparato. Gracias al diseño optimizado de las piezas de los contactos y de las cámaras de extinción, estos aparatos tienen un poder de corte muy elevado. Así, por ejemplo, a 400V. el poder de corte es de 100 kA. para los aparatos de hasta 6,3 A; de 6,3 - 10 A. el poder de corte es de 10 kA, y de 10 - 25 A. el poder de corte es de 6 kA. La tensión nominal de los disparadores tiene los mismos valores que las nominales de línea. Si se disponen alimentados de la red del motor, hay que escogerlos con igual tensión que ésta, es decir, de 230 V, de 400 V, etc.
Arrancador con disyuntor motor aislado Resulta especialmente recomendable cuando: -
es necesario realizar el control en modo local, los ciclos de maniobras son de baja frecuencia, es necesario utilizar un dispositivo de rearme para la protección contra los cortocircuitos, la falta de espacio determina la utilización de un aparato compacto que reúna las funciones de conmutación y protección contra sobrecargas y cortocircuitos, además de los pulsadores de mando.
Normalmente este aparato se monta en un cofre unitario en el que se pueden instalar un pulsador “de seta” de Paro de emergencia y un dispositivo de enclavamiento por candados.
Disyuntor motor y contactor Un disyuntor para motor se puede asociar a un contador, que realiza las conexiones y desconexiones de las maniobras normales. Esta combinación con un contactor constituye una solución excelente para la maniobra de motores. En la Fig. 8.5 podemos ver dos circuitos diferentes de alimentación de un motor según dos procedimientos; el primero utiliza los fusibles de protección de líneas, el imprescindible contactor y su relé térmico; el segundo solamente utiliza un interruptor automático de motor y un contactor. Las diferencias son notables, así que veamos los inconvenientes y ventajas estudiando la composición del interruptor automático de motor.
Fig. 8.5
DESCONEXIÓN A DISTANCIA Cuando un disyuntor desconecta el motor por sobreintensidad, es importante que también se desactive el contador. Puede provocarse "a distancia" la desconexión de un disyuntor, acoplándole lateralmente un dispositivo: − Bobina de disparo FJRG 111005
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− Contacto auxiliar • Bobina de disparo Puede provocarse "a distancia" la desconexión de un disyuntor, acoplándole lateralmente un dispositivo (bobina de disparo) para ello. Dicho dispositivo o disparador admite dos variantes:
− −
A mínima tensión. Provoca la desconexión cuando en su bobina no hay tensión, o disminuye desde un cierto valor. A emisión de corriente. Provoca la desconexión cuando en su bobina hay tensión.
La Fig. 8.6 refleja su disposición y los símbolos de cada función. Fig. 8.6
Al disyuntor de la Fig. 8.7 se le ha acoplado un disparador a emisión de corriente. El pulsado de S provoca la desconexión.
Fig. 8.7
El disparador de mínima tensión resulta especialmente interesante, porque también puede provocar la desconexión del disyuntor cuando hay un corte en su tensión de al alimentación. En la disposición de la Fig. 8.8 la desconexión se produce por dicho fallo de tensión o por la apertura manual o automática del contacto S. El disyuntor está provisto de un par de contactos auxiliares normalmente abiertos. El cierre de éstos se produce antes que el de los contactos principales, a fin de que el propio dispositivo disparador no impida la conexión del disyuntor.
Fig. 8.8
• Contacto auxiliar Del mismo modo que se ha acoplado lateralmente al disyuntor un bloque disparador, se puede acoplar un bloque de contactos auxiliares (NA + NC) que se activan a la vez que los principales y que pueden servirnos para todas aquellas funciones de señalización que deseemos. (Fig. 8.9)
Según el calibre de los aparatos asociados, se obtendrá una coordinación de tipo 1 o de tipo 2 (ver la siguiente Fig. Tabla 8.10 extraída de un catálogo Telemecanique).
Fig. 8.9
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Fig. Tabla 8.10
Fig. 8.11
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Fig. 8.12
Fig. 8.13
Elección de un disyuntor: La selectividad La selectividad consiste en coordinar las características de funcionamiento de los dispositivos de protección conectados en serie (por ejemplo, dispositivos de protección de arrancadores y disyuntor de protección general). Existe selectividad de las protecciones cuando se produce un fallo en cualquier punto de la instalación y se soluciona únicamente con el dispositivo de protección más cercano a dicho punto aguas arriba. De esta forma, la selectividad permite que las consecuencias de un fallo sólo afecten a la parte de la instalación donde se ha producido. La selectividad puede ser total o parcial. Es total cuando, sea cual sea el valor de la corriente de fallo, desde la sobrecarga hasta el cortocircuito franco, el aparato situado aguas abajo se abre mientras que el aparato situado aguas arriba permanece cerrado. Es parcial cuando las condiciones de selectividad sólo se respetan en un rango limitado de la corriente de fallo.
Técnicas de selectividad La selectividad puede ser amperimétrica, cronométrica o una combinación de ambas. Selectividad amperimétrica FJRG 111005
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Utiliza la diferencia de ajuste de los umbrales de funcionamiento magnético de los disyuntores. Para que la selectividad sea total, la corriente de cortocircuito máxima en el disyuntor situado aguas abajo debe ser inferior al umbral de disparo instantáneo del disyuntor situado aguas arriba. Selectividad cronométrica Utiliza la diferencia de los tiempos de funcionamiento entre los disyuntores situados aguas arriba y aguas abajo. Para instalarla es necesario utilizar disyuntores retardados. Es total si el tiempo de retardo del disyuntor situado aguas arriba es superior al tiempo de funcionamiento del disyuntor situado aguas abajo. Determinación del disyuntor situado aguas arriba Para elegir el calibre l0 del disyuntor situado aguas arriba en función del calibre de los aparatos que conforman los arrancadores I1, I2, I3, ... IN, se deben cumplir 2 condiciones: – l0 debe ser mayor o igual a la suma de I1, I2, I3, ... IN – l0 debe ser superior o igual a 3 veces el calibre del aparato que conforma el arrancador más potente. Con todo lo dicho sobre los interruptores automáticos de motores, es posible llegar a la conclusión de que aunque estos interruptores no supongan el sistema ideal de protección, pueden sustituir ventajosamente a los grupos fusibles/relés térmicos utilizados para la protección de motores.
9 PROTECCIÓN DE MOTORES En la protección de motores se debe tener en cuenta, en primer lugar, la característica tiempo-corriente del motor a proteger. En la Fig. 9.1 podemos observar esta característica (3) de un motor de rotor en cortocircuito.
Fig. 9.1
Al conectar el motor se pueden considerar tres valores significativos de la corriente: -
la corriente de magnetización IR que circula durante el corto espacio de tiempo en que el motor está parado, la corriente de arranque IA que circula hasta que el motor alcanza su velocidad nominal y la corriente I que es la corriente nominal del motor en servicio continuo o intensidad nominal del empleo (Ie).
Para proteger a un motor se utilizan dos sistemas: -
ASOCIACIÓN DE RELÉ TÉRMICO Y FUSIBLE TIPO aM. DISYUNTOR (INTERRUPTOR AUTOMÁTICO DE específica para motores).
MOTOR con protección magnetotérmica
Los dos sistemas deben tener una característica de disparo que se adapte lo mejor posible y por debajo a la característica tiempo-corriente del motor. En la Fig. 9.1 se representan la característica de disparo de un relé térmico (2) de protección contra sobrecargas y de los cortacircuitos fusibles (1) necesarios para la protección contra los cortocircuitos. El fusible debe garantizar que en ningún momento se sobrepase la intensidad IM, que es la intensidad máxima soportable por el relé térmicos. FJRG 111005
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En la Fig. Tabla 9.2 se indican las intensidades nominales de fusibles tipo aM adecuadas para la protección de motores asíncronos.
Fig. Tabla 9.2
10 PROTECCIÓN DE LOS CONDUCTORES Sabemos que cuando circula una intensidad por los conductores de una línea se producen calentamientos de los mismos, debido a su resistencia. En el caso de una sobreintensidad y con el fin de evitar calentamientos excesivos que producirían un deterioro de los conductores, se debe desconectar a tiempo la línea, mediante los dispositivos de protección adecuados contra sobreintensidades. La intensidad máxima admisible en un cable aislado, que son los que normalmente se utilizan en BT, viene condicionada por la temperatura máxima que pueden soportar sus aislantes sin deteriorarse. La normativa indica esta temperatura para los aislantes más corrientes. (Fig. Tabla 10.1). Estas temperaturas son en servicio permanente, es decir, con cargas de duración larga (horas). En servicio intermitente, es decir, con cargas de duración corta (algunos segundos) la temperatura puede ser mayor. Fig. Tabla 10.1
En la Fig. 10.2 se puede observar la curva característica de la intensidad máxima admisible en un cable. En servicio permanente (Sp) se establece un equilibrio entre la cantidad de calor producida en el cable y la cedida, por lo que la característica de corriente es una recta vertical al valor de intensidad constante (IP) para el que el conductor alcanza la temperatura constante de servicio permanente. En servicio intermitente, puede despreciarse la cesión de calor del conductor al medio ambiente y la característica se convierte en una recta inclinada.
Fig. 10.2
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Los conductores de alimentación de los motores también deben protegerse frente a las diversas sobreintensidades, ya sean generadas por el propio motor (sobrecargas}, ya sean originadas en puntos diversos del circuito (cortocircuitos). Para que una línea quede protegida (Fig. 10.3) se instalan cortacircuitos fusibles o interruptores automáticos magnetotérmicos, con una curva característica de funcionamiento, del fusible (3) o del interruptor automático (2) tal que quede por debajo de la curva característica de carga máxima de la línea (1).
Por motivos económicos, la curva característica del dispositivo de protección debe estar lo más próxima posible a la de carga máxima de la línea, de manera que no se limite innecesariamente dicha carga.
Fig. 10.3
En las instrucciones del REBT se especifican las intensidades máximas admisibles para distintos tipos de cables, a diferentes tensiones de trabajo, en diferentes condiciones de instalación y para servicio permanente. Como normalmente no vamos a disponer de la curva de carga máxima de la línea, estas intensidades nos pueden servir para elegir una protección adecuada. -
Si se utilizan fusibles, tienen que ser de uso general (gI, gG) con una intensidad nominal inferior, pero lo más próxima posible, a la que hayamos obtenido en las instrucciones mencionadas. Si se utiliza un interruptor automático magnetotérmico, su relé térmico se debe regular a la intensidad indicada en las instrucciones mencionadas y su relé magnético para disparar con cuatro veces dicha intensidad.
La protección frente a cortocircuitos la lleva a cabo el disyuntor o los fusibles. La rápida acción de éstos impide cualquier tipo de deterioro. La protección frente a sobrecargas la realizan el relé térmico o los dispositivos térmicos del disyuntor. La condición exigible a éstos es que realicen la desconexión antes de que una sobrecarga dure lo bastante como para estropear los conductores. Los fabricantes de conductores proporcionan una gráfica en la que se reflejan los tiempos máximos que éstos soportan diversas intensidades. A título de ejemplo, la Fig. 10.4 refleja dichos valores para una 2 manguera trifásica de cobre de 3 x 1,5 mm con aislamiento de PVC y alojada en un tubo protector. Soporta sin deterioro una intensidad de 40 A durante unos 5 segundos, de 30 A durante unos 8 segundos, etc.
Fig. 10.4
Si superponemos esta gráfica y la de desconexión del dispositivo térmico empleado, esta última ha de quedar por debajo de la otra. De este modo, la desconexión se producirá antes de que exista un deterioro de los conductores (Fig. 10.5). Fig. 10.5
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Los conductores a los que nos referiremos a continuación son exclusivamente de cobre recubierto por un aislamiento.
Un valor fundamental de un conductor es su intensidad máxima admisible. La definimos como la máxima que puede soportar en régimen permanente a una temperatura ambiente de 40° C. La intensidad máxima admisible de la manguera anterior es de 10 A. El valor de dicha intensidad para conductores de alimentación de un motor trifásico depende de: • Su sección nominal. • La naturaleza de su aislamiento y la tensión nominal de éste. • Su sistema de instalación. • La temperatura ambiente. La tensión nominal del aislamiento la definimos como la máxima tensión de red para la que los conductores trabajan en perfectas condiciones. Para un mismo material de recubrimiento, a mayor grosor, mayor tensión de aislamiento.
VER TABLAS DE INTENSIDADES MÁXIMAS DEL REGLAMENTO ELECTROTÉCNICO DE BAJA TENSIÓN Según el REBT ITC-47 apdo.3 “El cálculo de la línea se realizará para el 125 % de la intensidad nominal (plena carga) absorbida del motor.”
Expresando esto mismo :
IC = 1'25 · In
O también en términos de potencia:
Pc = 1'25 · P .
siendo: In = IC = P = Pc =
Intensidad nominal absorbida por el motor. (Es la intensidad de plena carga) Intensidad nominal a efectos de cálculo = 1'25 · In Potencia activa absorbida Potencia activa absorbida a efectos de cálculo.
Los conductores escogidos tendrán una intensidad máxima admisible cuyo valor sea el inmediatamente superior a 1,25 In. Esto es debido al calentamiento suplementario que ocasiona los arranques en los motores. Ejemplo: Hallar los conductores de la línea de alimentación a un motor trifásico de 22 kW; a 400 V, cos ϕ = 0’85, Rto=90% y arranque directo. Serán de aislamiento con PVC-750 V, y estarán sueltos (unipolares) alojados en tubo en montaje superficial. La longitud de línea entre el cuadro y el motor es de 36 metros. Solución:
22.000 = 24.444'444 A η 0'9 P 24.444'444 In = = = 41'509 A 3 ⋅ U ⋅ cos ϕ 3 ⋅ 400 ⋅ 0'85 P=
Pu
=
Ic = 1'25 · In = 1’25 · 41’509 = 51’886 A
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Consultaremos la tabla del REBT Norma UNE 20 4060 Nov 2004 elegiremos una sección que soporte una intensidad máxima superior a 51’886 A. 2
Para montaje B1 puede valer: 3 x 16 mm ……….. Imax = 59 A 2 3 x 25 mm ……….. Imax = 77 A (elegimos esta) Caída de tensión Si se desea verificar la caída de tensión en la línea que va hasta el motor, puede aplicarse la expresión de la Fig. 10.6. Con esta expresión obtenemos la caída entre el cuadro de conmutación y protección y las bornas del motor a plena carga. Si nos exigen que dicha caída no sobrepase, por ejemplo, el 2 % de la tensión nominal, hay que realizar la correspondiente verificación. Si en el ejemplo anterior, la longitud de línea entre el cuadro y el motor es de 36 metros, la caída de tensión en trifásica será: Para líneas trifásicas (fórmula abreviada)::
∆U =
ρ ·L ·P S ·U
Fig. 10.6
L ·P = σ · S ·U termoestables (tipo XLPE, EPR, poliolefinas Z, silicona...) σ90º 44
termoplásticos (PVC, poliolefinas Z1 o similares) Cobre
σ20º 56
σ70º 48
Para aislamientos termoplásticos (PVC en este caso) la conductividad a 70º C es de 48.
∆U =
L ·P 36·24.444,444 = = 2.456 Voltios σ · S ·U 48·25·400 2
El 2 % de 400 V es 8 Voltios. Por lo tanto, la sección de 3 x 25 mm es adecuada.
11 RELÉ DIFERENCIAL Es bien conocido que la protección diferencial consiste en desconectar un circuito interior cuando tiene lugar en él una corriente de fuga. La protección diferencial puede ser: -
un interruptor diferencial o
-
un relé diferencial
El relé diferencial está asociado a un núcleo toroidal, que se emplean cuando las intensidades del circuito a proteger son mayores que las que pueden permitir un interruptor diferencial. En este (Fig. 11.1), el relé diferencial (1), en función de la intensidad diferencial medida por el núcleo toroidal (2), da la orden de apertura a un interruptor automático (3), que generalmente, tiene también la protección contra sobrecargas y cortocircuitos (4), y dispone de un disparador shunt o bobina de disparo a emisión (5) que es la que recibe la orden del relé diferencial.
Fig. 11.1
12 RELÉ DETECTOR DE TENSIÓN Estos relés tienen el mismo sistema operativo que los de intensidad, con la salvedad de detectar tensión en FJRG 111005
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sus bornas de medida. Detectan indistintamente tensiones continuas y alternas, estando indicados para la vigilancia de tensión en baterías, redes diversas o líneas de alimentación. Un mismo relé puede tener varios rangos de medida, según las bornas utilizadas (Fig. 12.1).
Fig. 12.1
Al objeto de que el contacto no esté oscilando continuamente cuando se detecta una sobretensión que ronda el valor de la regulada Ur, puede graduarse una segunda tensión Ur' de margen de retorno, como expresa la Fig. 12.2.
Si el relé de medida es para tensión trifásica, se le conectan las tres fases a controlar. La propia tensión trifásica a controlar o una tensión monofásica independiente proporcionan la alimentación al relé.
Fig. 12.2
Pueden tener uno o dos contactos (Fig. 12.3).
Fig. 12.3 RELÉ DE MEDIDA DE TENSIÓN TRIFÁSICA
En estos relés trifásicos, los contactos se activan en el momento en que tienen alimentación. Una sobretensión (tensión por encima del valor regulado), provocan el retorno de los contactos a su posición primitiva. En esta posición cumplirán su función de alarma o desconexión previstas. Este dispositivo es adecuado para máquinas móviles, tales como las de material agrícola, de construcción, camiones frigoríficos, etc. Estas máquinas pueden ser conectadas a la red en diversos lugares, y ha de estar prevista la imposibilidad de su arranque a una tensión superior a la adecuada. En la Fig. 12.4 dicho relé provoca el encendido del piloto H y la imposibilidad de arranque del motor, si se da alguna de las anteriores circunstancias.
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Fig. 12.4
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13 RELÉ DE MÍNIMA Y MÁXIMA TENSIÓN Por lo que respecta a la instalación de motores, encuentra aplicación el relé de mínima y máxima tensión. En este relé, la tensión a controlar se aplica a las bornas A1-A2. Cuando su valor rebasa los límites regulados -tanto en más como en menos- su contacto se activa (Fig. 13.1).
Fig. 13.1 RELÉ SELECTOR DE TENSIÓN
En el caso del relé de la Fig. 13.2 la tensión nominal a controlar es de 400 V. Regulando los dos límites al 10 %, su contacto se activará con tensiones mayores que 440 y menores que 360 V. Bajo el símbolo vemos las tensiones normales a controlar y los datos eléctricos del contacto NONC del mismo.
Fig. 13.2
Para un motor es peligroso que la tensión a que trabaja sea diferente de su tensión nominal, tanto en más como en menos. Con un relé de este tipo se puede proteger un solo motor o la red de alimentación de varios (Fig. 13.3). El encendido del piloto H indicará que se ha superado el margen fijado para cualquiera de las dos tensiones.
Fig. 13.3
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14 RELÉ SELECTOR DE TENSIÓN Otro relé de protección es el llamado selector de tensión. Consta de una entrada A1-A2 y de dos contactos auxiliares. Se diseña generalmente para los dos valores de 230 V y 400 V. (Fig. 14.1)
Símbolo Fig. 14.1 RELÉ SELECTOR DE TENSIÓN
El funcionamiento es simple: según que en la entrada se detecte una tensión u otra, se activa un contacto u otro. -
Cuando la tensión aplicada a las bornas de mando (A1-A2) es del orden de 230 V, se activa un contacto. Si dicha tensión es del orden de 400 V, se activa otro contacto.
La Fig. 14.2 muestra su diagrama de funcionamiento comportamiento. La Fig. 14.3 muestra un ejemplo de aplicación. Las bobinas de los contactores K1M, K2M, ..., conmutarán a 230 V, y los de K6M, K9M, ..., a 400 V.
Fig. 14.2 FUNCIONAMIENTO DE UN RELÉ SELECTOR DE TENSIÓN
Fig. 14.3 APLICACIÓN DE UN RELÉ SELECTOR DE TENSIÓN
Este relé tiene aplicación en grupos o cuadros eléctricos que deban ser conectados indistintamente a 230 o a 400 V (construcción, obras públicas ...). En la Fig. 14.4 se aplica este relé al mando de un motor trifásico, que podrá trabajar en 230 o en 400 V sin tener que hacer ninguna modificación en sus bornas o en su cuadro. Según que la tensión de llegada sea 230 ó 400 V, el motor quedará conectado de modo automático en triángulo o en estrella, respectivamente. Las bobinas de K2M y K3M son de 230 V. Las de K1M y K4M son de 400 V.
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Fig. 14.4
15 RELÉ DETECTOR DE SECUENCIA DE FASES. Otro problema que se presenta en equipos móviles que se conectan a diversas redes de alimentación es el del orden de fases. Si un cuadro alimentado por una línea trifásica lo cambiamos de lugar y lo alimentamos con otra línea trifásica de igual tensión, el orden de fases puede resultar cambiado y todos los motores trifásicos girarán en sentido contrario. Esto puede provocar averías o accidentes. El relé detector de giro de fases impide que los motores puedan arrancar si el orden no es el correcto (Fig. 15.1). En un sentido de fases se activa un contacto y en el sentido contrario se activa otro.
Fig. 15.1
Fig. 15.2
Aplicamos dicho relé al circuito de un motor trifásico (Fig. 15.3). El relé se alimenta de la línea trifásica cuyo orden de fases controla, aplicando una de las fases al borne 220 ó 380, según sea la tensión de la red (la fase R en la figura anterior). El piloto H indica «fallo» en el orden de fases y también puede conectarse a la borna 12. Ante la imposibilidad de arrancar, bastará con intercambiar entre sí dos conductores de la alimentación.
Fig. 15.3
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16 DETECTOR DE TEMPERATURA. RELÉ DE SONDA TÉRMICA. PROTECCIÓN CON SONDAS TÉRMICAS Los sobrecalentamientos son la causa principal del deterioro de los motores eléctricos. Todo motor eléctrico genera una cierta cantidad de calor debida al efecto Joule, y alcanza, por ello, temperaturas diversas. En la actualidad, además de los relés térmicos, etc., se utilizan sondas térmicas. Su destino fundamental es la protección frente al calentamiento de máquinas eléctricas en general (alternadores, transformadores, motores ... ). La protección con sondas térmicas constituye un magnífico sistema de protección contra las sobrecargas térmicas suaves y prolongadas. La sonda es como un termómetro que mide de forma directa la temperatura del arrollamiento del motor, acusando también la influencia de otros factores externos, tales como una temperatura ambiente excesiva o una refrigeración insuficiente. ¿Qué temperatura soportan los devanados? La norma C.E.I. 34-1 fija los sobrecalentamientos máximos y las temperaturas límites alcanzables en ellos, en función de la "clase" de aislamiento que recubre el cobre (Fig. 16.1).
Fig. 16.1
No han de confundirse ambos conceptos. La segunda columna refleja la temperatura límite que puede alcanzar el cobre de los devanados de modo permanente. La primera columna indica el calentamiento máximo, es decir, la máxima diferencia entre la temperatura de los devanados a motor parado y a motor en marcha, en el ambiente donde está situado. Un motor con aislamiento de clase F puede sufrir un calentamiento excesivo, por ejemplo de 130°, y no peligrar en absoluto. Motivo: su ambiente está permanentemente a 20 °C, y ese calentamiento representa una temp eratura de devanados de 110 °C, sobradamente inferior al lí mite de 155 °C. Los dispositivos de protección térmica citados anteriormente protegen el motor frente a calentamientos. Efectivamente, un motor con aislamiento de devanados de clase F tiene fijada su intensidad nominal (y por ello, su potencia) en base a que el calentamiento producido no supere los 105 °C. Esto quiere decir que el motor puede trabajar a más potencia en temperaturas ambientales bajas y, lo que es mucho más importante, no puede trabajar a su potencia e intensidad nominales, a temperaturas elevadas. Por tanto, resulta que los dispositivos de protección térmica no protegen adecuadamente al motor si están regulados a la intensidad nominal. En tal circunstancia, se recurre a controlar directamente la temperatura de los devanados mediante los detectores adecuados. Dichos detectores o "sondas térmicas" son unas pequeñas pastillas que se introducen entre los devanados, cuya resistencia aumenta rápidamente cuando la temperatura supera ciertos límites (entre 85 °C y 160 ° C). Aunque hay varios tipos de sondas, las más utilizadas son las de coeficiente de temperatura positivo (PTC) o termistancias (Fig. 16.2). Las sondas PTC (coeficiente de temperatura positivo) por debajo de una determinada temperatura (temperatura nominal de funcionamiento TNF) presentan un valor óhmico bajo y por encima de la mencionada temperatura presentan un valor óhmico alto. Fig. 16.3
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Fig. 16.2
Fig. 16.3
Se intercalan tres de ellas entre los devanados y se conectan en serie. Sus extremos T1 y T2, se hacen llegar a la caja de bornas del motor (Fig. 16.4).
Fig. 16.4
Las bornas T1 y T2 de la termistancia se hacen llegar a un relé electrónico (amplificador-regulador) en el que se gradúa la temperatura límite (Fig. 16.5). Alcanzada ésta, provoca el disparo del relé de maniobra y se activan dos contactos NC y NO o un contacto de 3 bornas (Fig. 16.6)
Fig. 16.5
Fig. 16.6
Como las sondas miden exclusivamente la temperatura del punto en que hacen contacto, es necesario colocarlas en los puntos más críticos del arrollamiento del motor; generalmente en el fondo de las ranuras o en las cabezas de bobina del lado de salida del aire. Esto obliga a efectuar su montaje de forma cuidadosa durante la fase de bobinado del motor para asegurar un buen contacto térmico. Fig. 16.7 Las sondas instaladas en los arrollamientos de la máquina se conectan en serie y son recorridas por una pequeña corriente de vigilancia contra roturas de los cables de conexión. La Fig. 16.7 resistencia de la cadena así formada es vigilada constantemente, de manera que cuando una de las sondas supera su temperatura de reacción, la resistencia de la cadena aumenta bruscamente, siendo detectada por el sistema de vigilancia que desconecta el relé de salida. Su número habitual es de tres. El diagrama de funcionamiento lo vemos en la Fig. 16.8, junto a su aplicación en un motor trifásico.
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Amplificador-regulador T1 T1
De sondas térmicas
T2 T1
Fig. 16.8
Los contactos del regulador pueden activar una alarma óptica o acústica y desconectar el motor de la red, como en el circuito de la Fig. 16.8. El motor, M, está controlado por el contactor KM. Dicho contactor se para y se pone en marcha mediante los pulsadores S2 y S3, estando enclavado por el contacto del relé de protección F2 que, alimentado a través del interruptor S1, vigila la temperatura del motor mediante las sondas térmicas B. La lámpara piloto H indicará disparo del relé por calentamiento excesivo. Cuando el relé recibe tensión de alimentación en Al-A2 (en los valores habituales) y el motor está frío o a su temperatura normal de trabajo, su contacto está activado. Si hay un calentamiento excesivo, el valor de las resistencias aumenta y el circuito amplificador interno del relé actúa desactivando el contacto. Fig. 16.9 Nótese que, en el circuito, los contactos se representan en posición de activado. Ello se debe a que ésta es su posición con el regulador sin tensión en A1-A2. Con tensión y baja temperatura, cambian. Con tensión y excesiva temperatura, se activan y quedan como en la figura, es decir, desconectan el contador.
En ciertos casos se colocan en el motor dos juegos de sondas térmicas y se gradúan sus correspondientes relés a dos temperaturas diferentes: una de aviso y otra de desconexión. El esquema de la Fig. 16.10 nos ofrece un ejemplo de este conexionado.
Fig. 16.10
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Además de los problemas que lleva la colocación de la sonda hay otro factor que condiciona decisivamente este sistema de protección. A pesar de su pequeña masa (como una cabeza de cerilla), la sonda reacciona con un cierto retardo definido por su constante de tiempo térmica, que en la práctica suele ser del orden de 8 a 10 segundos. Esta inercia térmica, normalmente olvidada, es un factor muy importante a tener en cuenta sobre todo en casos de sobrecargas bruscas o bloqueo del rotor. Así, en la Fig. 16.11 representamos la variación de temperatura en función del tiempo, en un motor hipotético M1 sometido a una densidad de corriente de 20 2 A/mm , y la correspondiente curva de temperatura de su sensor CTP. Igualmente representamos la de un motor M2 2 sometido a una densidad de corriente de 50 A/mm , y la de su sensor. En ambos motores suponemos que sus aislantes son del tipo B. Supongamos ahora que el motor M1 se halla trabajando a una temperatura normal de funcionamiento TNF de 110 ºC y sufre una brusca sobrecarga. Como la sonda no reaccionará hasta pasados 10 segundos, esto dará tiempo a que el motor llegue a alcanzar la temperatura de 140ºC, es decir, 140 - 120 = 20 ºC por encima de la temperatura máxima admitida por el aislante clase B. Si ahora el motor M2 es el que sufre una brusca sobrecarga, y suponemos que también está trabajando a Fig. 16.11 una temperatura normal de funcionamiento de 110 ºC, la sobrecarga hará que la inercia de 10 segundos permita alcanzar al bobinado los 210 ºC, lo cual produciría serios daños. Como las sondas térmicas sólo pueden detectar calentamientos con un cierto retardo, no suministran una protección rápida, como sería de desear, en los casos contra fallos de fase, bloqueo del motor, cortocircuito entre fases, y defectos o derivaciones con respecto a tierra. Tampoco las sondas térmicas protegen a los conductores de alimentación, por lo que su empleo sólo es aconsejable en combinación con otros sistemas de protección.
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Señalamos por último, la disminución de la potencia e intensidad nominales que hay que considerar en un motor trifásico, debida a la temperatura y a la altitud. Esta última tiene su origen en una menor capacidad del aire, debido a su menor densidad. Los fabricantes garantizan los valores de la potencia nominal de sus motores: - A una temperatura ambiente entre 16 °C y 40 °C. - A altitud inferior a 1.000 metros. Para temperaturas y altitudes superiores se proporcionan unas gráficas indicativas de la variación conjunta, como en la Fig. 16.12.
Fig. 16.12
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Ejemplo: Un motor trifásico de 9 kW, e intensidad nominal In = 18’4 A a 400 V. Si va a funcionar en ambientes que pueden alcanzar temperaturas de 60 ºC, verá reducida su potencia nominal al valor: P’n = 0’77 · 9 = 6’93 kW Y su intensidad nominal a: I’n = 0’77 · 18’4 = 14’16 A Los dispositivos de protección térmica (disyuntor o relé) deben regularse a esta nueva intensidad. Si la altitud es mayor de 1.000 metros, la reducción es mayor.
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