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TEMA 2:
MANIOBRA Y PROTECCIÓN
DE MOTORES
APARAMENTA ELÉCTRICA (I)
Conjunto
ón, medida,
protecci
Conjunto de
de aparatos
aparatos de
de maniobra,
maniobra, protecció
protección,
medida,
regulació
ón, yy control,
regulaci
regulación,
control, incluidos
incluidos los
los accesorios
accesorios de
de las
las
canalizaciones
éctricas, utilizados
el
canalizaciones elé
eléctricas,
utilizados en
en instalaciones
instalaciones de
de baja
baja
yy alta
ón.
tensi
alta tensió
tensión.
La
éctrica se
el
La aparamenta
aparamenta elé
eléctrica
se define
define aa partir
partir de
de los
los valores
valores
atribuidos
ón,
(tensi
atribuidos aa algunas
algunas de
de sus magnitudes funcionales (tensió
(tensión,
corriente,
corriente, potencia,
potencia, temperatura,
temperatura, etc.).
etc.). Estos
Estos valores
valores son
son los
los
llamados
nominales
llamados valores
valores asignados
asignados o
o nominales.
nominales..
El
El fabricante
fabricante de
de la
la aparamenta,
aparamenta, teniendo
teniendo en
en cuenta
cuenta los
los
criterios
de
diseñ
ñ
o
y
la
normativa
vigente,
define
dise
criterios de diseño y la normativa vigente, define cuales
cuales
deben
deben ser
ser los
los valores
valores asignados
asignados para
para las
las distintas
distintas magnitudes
magnitudes
de
cada
aparato.
de cada aparato.
CyA-T2
2
APARAMENTA ELÉCTRICA (II)
Tensió
ón asignada:
áxima tensió
ón indicada
Tensi
tensi
Tensión
asignada: m
máxima
tensión
indicada por el fabricante
fabricante
para
á construido
est
para el
el material
material del
del que
que está
está
construido el
el dispositivo.
dispositivo.
Corriente
áxima corriente
Corriente asignada:
asignada: m
máxima
corriente que
que se
se puede
puede mantener
mantener
de
forma
indefinida
sin
que
supere
la
má
á
xima
m
de forma indefinida sin que supere la máxima temperatura
temperatura
establecida
ún tipo
ning
establecida en
en las
las normas
normas ni se produzca ningú
ningún
tipo de
de
deterioro.
Existen
valores
normalizados,
por
ejemplo,
deterioro. Existen valores normalizados, por ejemplo, para
para
interruptores
áticos yy diferenciales:
autom
interruptores automá
automáticos
diferenciales: 6A,
6A, 10A,
10A, 16A,
16A, etc.
etc.
Corriente
áxima corriente
Corriente temporal
temporal admisible:
admisible: m
máxima
corriente que
que puede
puede
circular
circular por
por un
un dispositivo
dispositivo durante
durante un
un tiempo
tiempo prolongado
prolongado
(especificado
(especificado por
por el
el fabricante)
fabricante) sin
sin producir
producir calentamiento
calentamiento
excesivo
ños.
da
excesivo que
que genere
genere dañ
daños.
Poder
asignado
de
cierre:
áximo valor
Poder asignado de cierre: m
máximo
valor de
de la
la intensidad
intensidad sobre
sobre
la
que
puede
cerrar
correctamente
un
interruptor,
la que puede cerrar correctamente un interruptor, contactor
contactor o
o
relé
é.
rel
relé.
Poder
áximo valor
Poder asignado
asignado de
de corte:
corte: m
máximo
valor de
de la
la intensidad
intensidad que
que un
un
interruptor,
éo
contactor
rel
interruptor, contactor,
contactor,, relé
relé
o fusible
fusible es
es capaz
capaz de
de abrir
abrir sin
sin sufrir
sufrir
dañ
ños.
da
daños.
CyA-T2
3
FUNCIONES DE LOS ARRANCADORES
• Seccionamiento: Permite aislar eléctricamente
las instalaciones y las máquinas de la red de alimentación y su manipulación con total seguridad.
Seccionadores, interruptores seccionadores, otros
aparatos con funciones múltiples.
• Conmutació
ón: Consiste en establecer, cortar o
Conmutaci
Conmutación:
ajustar (caso de la variació
ón de velocidad) el
variaci
variación
valor de la corriente absorbida por el motor.
Interruptores, contactores,
contactores, arrancadores suaves,
variadores de velocidad...
• Protecció
ón: Contra cortocircuitos y sobrecargas.
Protecci
Protección:
Fusibles, disyuntores, relé
és ttérmicos...
érmicos...
rel
relés
CyA-T2
4
SECCIONADORES
¾ Dispositivo mecánico de conexión que en posición de abierto
cumple unas determinadas condiciones de aislamiento según los
criterios de seguridad que establecen las normas. Se utiliza para
garantizar la desconexión de la instalación cuando se realizan
trabajos sobre ella
¾ No tiene poder de cierre ni de corte. Nunca debe maniobrarse
con carga. Si se maniobran con la instalación en carga se produce
su destrucción (salvo en seccionadores especialmente diseñados).
¾ Se accionan manualmente y su velocidad de operación es la
que les aplique el operador (en ocasiones se emplean muelles para
acelerar la maniobra).
¾ Sus principales elementos son un bloque tripolar o tetrapolar y un
dispositivo de mando lateral o frontal para cerrar y abrir los polos.
¾ Pueden disponer de un contacto auxiliar de precorte que actúa
sobre el contactor en caso de manipulación accidental con carga.
CyA-T2
5
INTERRUPTORES
„
„
„
Interruptor: aparato mecá
mecánico de conexió
conexión capaz de establecer,
soportar e interrumpir la corriente del circuito en condiciones
normales y circunstancialmente en condiciones anó
anómalas espeespecificadas (cortocircuito) durante un tiempo determinado.
Interruptor automá
automático o disyuntor: interruptor diseñ
diseñado para
interrumpir corrientes anormales como las de cortocircuito.
Pequeñ
Pequeño interruptor automá
automático: aparato mecá
mecánico de coneconexió
xión destinado a abrir y cerrar manualmente un circuito y
abrirlo en funcionamiento automá
automático cuando la intensidad exexcede un valor determinado. (aplicable cuando V<415V e I<82A:
instalaciones BT).
BT).
„
Contactor: aparato mecá
mecánico de conexió
conexión con una sola posició
posición
de reposo estable (abierto o cerrado) capaz de ser accionado
por diferentes tipos de energí
energía pero no la manual. Pueden
establecer, interrumpir y soportar las corrientes normales de la
instalació
instalación y en ocasiones las de cortocircuito.
cortocircuito.
CyA-T2
6
SECCIONADORES E INTERRUPTORES.
REPRESENTACCIÓN SIMBÓLICA
Manipulación
en carga
Aislamiento en
posición “O”
Seccionador
Interruptor
Interrup.-seccion.
NO
SI
SI
SI
NO
SI
Seccionadores con
y sin fusibles
Interruptor-seccionador
CyA-T2
7
ASPECTO FÍSICO DE LOS SECCIONADORES
CyA-T2
8
ASPECTO FÍSICO DE LOS INTERRUPTORES
Interruptores seccionadores
de mando giratorio (son
dispositivos de maniobra)
Interruptores automáticos
(son dispositivos de
protección)
CyA-T2
9
TIPOS DE CONTACTORES
„
„
„
Electromagné
Electromagnéticos: la fuerza necesaria para
cerrar el circuito proviene de un
electroimá
electroimán.
Neumá
Neumáticos: la fuerza para efectuar la
conexió
conexión proviene de un circuito de aire
comprimido.
Electroneumá
Electroneumáticos:
ticos: muy similares a los
anterior; el circuito de aire comprimido está
está
gobernado por electrová
electroválvulas.
lvulas.
CyA-T2
10
EL CONTACTOR ELECTROMAGNÉTICO
CONTACTOR TRIFÁ
TRIFÁSICO
R S T
Armadura fija
Resorte
Contactos Contactos
auxiliares principales
Armadura
móvil
Flujo magnético
Bobina de
alimentación
Solo cuando la bobina del contactor está alimentada,
los contactos principales están cerrados y los contactos
auxiliares conmutados.
CyA-T2
11
REPRESENTACIÓN SIMBÓLICA DEL
CONTACTOR
Representación simbólica de los polos y de los contactos
auxiliares
CyA-T2
12
ARRANQUE Y PARADA CON CONTACTOR
Contacto
Contacto
auxiliar
auxiliar
R S T
N
Armadura
Armadura fija
fija
Resorte
Pulsador
Pulsador
de
de
marcha
marcha
Armadura
Armadura
móvil
móvil
Pulsador
Pulsador de
de paro
paro
M
Circuito de arranque y parada de un
motor trifásico mediante contactor
CyA-T2
13
ASPECTO FÍSICO DE LOS CONTACTORES
CyA-T2
14
CATEGORÍAS DE EMPLEO DE LOS
CONTACTORES EN CORRIENTE ALTERNA
AC-1: Se aplica a los receptores de c.a. con cos ϕ ≥ 0’95
(calefacción, distribución…)
AC-2: Arranque, frenado a contracorriente y marcha
por impulsos de los motores de anillos rozantes
AC-3: Arranque de los motores de jaula con corte del
motor lanzado
AC-4: Arranque, frenado a contracorrientey marcha
por impulsos de los motores de jaula
AC-5a, AC-5b, AC-6a…
CyA-T2
15
CATEGORÍAS DE EMPLEO AC-1, AC-2 Y AC-3
I
AC-1
I
AC-3
I cierre = I apertura
AC-4
Corte
Corte
t
I
tarranque
t
Corte
tarranque
t
I cierre ≅ 5-7 In
I cierre ≅ 5-7 In
I apertura ≅ In
I apertura ≅ 5-7 In
CyA-T2
16
CARACTERÍSTICAS DE LOS CONTACTORES
CyA-T2
17
GUÍA DE ELECCIÓN DE LOS CONTACTORES
CyA-T2
18
EMPLEO DE CONTACTORES EN AC-3
CyA-T2
19
EMPLEO DE CONTACTORES EN AC-2 Y AC-4
CyA-T2
20
DISPOSITIVOS PARA LA PROTECCIÓN
CONTRA SOBREINTENSIDADES
CORTOCIRCUITOS: corrientes muy elevadas debidas a fallos de
aislamiento, averías en equipos, rotura de conductores, errores
humanos etc. Producen los máximos esfuerzos térmicos
y electrodinámicos de la instalación, por tanto, deben ser eliminados
en un tiempo lo más breve posible.
Dispositivos: Cortacircuitos fusibles, disyuntores magnéticos y
aparatos de funciones múltiples.
SOBRECARGAS: corrientes mayores que la nominal que se
mantienen durante largo tiempo. Provienen de un mal dimensionado
de la instalación, de un aumento de la carga del motor, de
variaciones de tensión, etc. Producen aumento de las pérdidas y de
la temperatura.
Dispositivos: Relés térmicos, relés con sondas térmicas, relés de
máxima corriente y aparatos de funciones múltiples.
CyA-T2
21
CORTACIRCUITOS FUSIBLES
Permiten desconectar
corrientes muy elevadas
en un espacio mínimo.
Constan de un elemento
fusible y de un medio de
extinción del arco (arena de cuarzo).
Cuanto mayor sea la corriente de defecto antes
se funde el elemento
fusible.
Sólo se pueden utilizar
una vez.
Carcasa de
material
aislante
Indicador
de fusió
fusión
Asidero
aislado
Elemento
fusible
Se caracterizan por su
elevada capacidad de
ruptura.
Cuchilla de
conexió
conexión
CyA-T2
22
ASPECTO FÍSICO DE LOS FUSIBLES
−F1
CyA-T2
23
CORTACIRCUITOS FUSIBLES.
CURVAS CARACTERÍSTICAS
Tiempo de fusión ts (s)
4
10
3
10
2
10
Característica
de fusión
1
10
Banda de
tolerancia
0
10
Aunque
Aunque la
la curva
curva acaba
acaba en
en
2*10
2*1033 el
el fusible
fusible es
es capaz
capaz de
de
cortar
cortar corrientes
corrientes mayores.
mayores. Su
Su
poder
poder de
de corte
corte lo
lo suministra
suministra
el
el fabricante
fabricante
-1
10
Corriente mínima de fusión
-2
10
10
1
2
5
2
10
2
5
10
3
2
5
4
10
Corriente (A)
CyA-T2
24
EMPLEO DE FUSIBLES EN MOTORES
ƒ Se utilizan fusibles tipo aM. Estos fusibles protegen contra
los cortocircuitos pero no ofrecen protección contra las
sobrecargas. Normalmente deben tener un calibre
superior a la corriente del circuito protegido a plena carga.
ƒ Los fusibles se emplean poco en la protección de motores
eléctricos ya que poseen las siguientes limitaciones:
− Es necesario reemplazarlos en caso de fusión y por lo
tanto disponer siempre del repuesto necesario.
− Se comercializan con calibres muy distanciados, por lo
que puede ser difícil encontrar el adecuado a cada
caso.
− El tiempo de fusión es una característica que presenta
una dispersión elevada respecto de sus valores
nominales.
CyA-T2
25
DISYUNTORES MAGNÉTICOS
„
„
„
„
„
Protegen los circuitos contra los cortocircuitos.
Interrumpen el circuito abriendo los polos por medio de
disparadores magné
magnéticos (uno por fase).
El elemento de disparo magné
magnético es una bobina por la
que circula la corriente a controlar. Cuando la corriente
alcanza un determinado valor, la bobina “atrae”
atrae” a una
pieza metá
metálica cuyo movimiento provoca el disparo de
la protecció
protección.
Se vuelven a poner en servicio por un simple rearme.
Dependiendo del tipo de disyuntor, el umbral de
disparo puede ser fijo o ajustable por el usuario.
CyA-T2
26
ASPECTO FÍSICO Y REPRESENTACIÓN DE
LOS DISYUNTORES
CyA-T2
27
RELÉS TÉRMICOS
• Los relés térmicos se utilizan para proteger los motores
contra las sobrecargas.
• Son compensados, es decir, insensibles a los cambios
de la temperatura ambiente.
• Son sensibles a la falta de una fase, por lo que evitan el
funcionamiento como monofásico de un motor trifásico.
• Durante la fase de arranque del motor deben permitir la
sobrecarga temporal que provoca el pico de corriente y
activarse únicamente si dicho pico, es decir, la duración
del arranque, resulta excesivamente larga.
• El rearme no es posible hasta que no se enfrían las
láminas bimetálicas.
CyA-T2
28
ASPECTO FÍSICO Y REPRESENTACIÓN DE
LOS RELÉS TÉRMICOS
CyA-T2
29
RELÉS TÉRMICOS. CURVAS
CARACTERÍSTICAS
Tiempo de disparo (s)
5
10
„
La corriente regulada es
aquella para la que se
ha ajustado el disparo
del relé
relé térmico Ir.
„
Para valores de la
corriente menores que
Ir el relé
relé no dispara.
„
Para corrientes mucho
mayores que Ir el tiemtiempo necesario para el disdisparo es cada vez menor.
104
103
Curva de
disparo
2
10
I=Ir
10
1
0,5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12
13
Múltiplos de la corriente regulada (A)
CyA-T2
30
CLASES DE RELÉS
En cada aplicación
deberá utilizarse
un relé adaptado a
la duración del
arranque normal
para que no se
produzca el disparo
durante el mismo.
CyA-T2
31
INTERRUPTORES MAGNETOTÉRMICOS
„
„
„
„
„
Protegen simultáneamente contra sobrecargas y contra
cortocircuitos.
Disponen de un elemento de disparo térmico, como los
relés térmicos, que se encarga de actuar cuando se
produce una sobrecarga.
El elemento de disparo magnético protege contra
cortocircuitos.
La curva característica de respuesta de un interruptor
magnetotérmico consta de dos zonas una para el disparo
térmico y otro para el magnético.
El cierre suele ser manual y la apertura automática.
CyA-T2
32
INTERRUPTORES MAGNETOTÉRMICOS.
CURVAS CARACTERÍSTICAS
Tiempo de disparo (s)
104
IIrr:: Corriente
Corriente de
de reacción
reacción de
de disparo
disparo por
por sobrecarga
sobrecarga
IIm
: Corriente de reacción de disparo por cortocircuito
m: Corriente de reacción de disparo por cortocircuito
103
Característica
de disparo
102
Existen
interruptores con
Im ajustable
101
Banda de
tolerancia
100
Capacidad
Capacidad
nominal
nominal de
de
ruptura
ruptura
10-1
10-2
5
102
Ir
2
5
103
Im
2
5
104
2
5
Corriente (A)
CyA-T2
33
ASPECTO FÍSICO Y REPRESENTACIÓN DE
LOS INTERRUPTORES MAGNETOTÉRMICOS
CyA-T2
34
RELÉS CON SONDAS DE TERMISTORES
Este sistema controla la temperatura
real del elemento protegido mediante
sondas colocadas normalmente
durante la fabricación.
Las sondas miden la temperatura con
gran precisión, son de tamaño
reducido y tienen una inercia térmica
muy pequeña que garantiza un
tiempo de respuesta muy corto.
Termistores: semiconductores
cuya resistencia varía
bruscamente cuando la
temperatura alcanza un valor
determinado.
PTC: coef. térmico positivo
NTC: coef. térmico negativo
Un dispositivo que mide la
resistencia actúa en el circuito
de mando y partir de una cierta
temperatura (resistencia) puede
activar una alarma o provocar la
desconexión.
Protegen contra los
calentamientos (sobrecargas,
arranques frecuentes, arranque
prolongado, fallos del circuito de
ventilación …)
CyA-T2
35
CIRCUITOS DE POTENCIA Y DE CONTROL
2
Control
mediante
dos
pulsadores
S1 y S2
Circuito
de
potencia
CyA-T2
36
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
„
„
„
„
„
„
Merino, J.M.:
J.M.: Arranque industrial de motores así
asíncronos.
McGrawMcGraw-Hill, 1995.
Manual electroté
electrotécnico. Telesquemario.
Telesquemario. Edició
Edición de Schneider
Electric,
Electric, 1999.
Roger,
Roger, J.; Riera, M.; Roldá
Roldán, C.: Tecnologí
Tecnología elé
eléctrica. Ed.
Ed.
Síntesis, 2000.
Material didá
didáctico del Departamento de Ingenierí
Ingeniería Elé
Eléctrica,
Electró
Electrónica de Computadores y Sistemas. Universidad de
Oviedo.
Oñós
ñós, E.; Ramí
Ramírez, J.; Ruiz, F.: Maniobra, mando y control
elé
eléctricos. CEAC, 1989.
Documentació
Documentación té
técnica y catá
catálogos electroté
electrotécnicos comerciales.
CyA-T2
37