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Automatización Industrial - Capítulo III
Automatización Industrial
Protecciones de los motores eléctricos
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De acuerdo a lo establecido en las normas técnicas y en el Reglamento para Instalaciones Eléctricas de Baja tensión de la ANDE, todo circuito debe estar protegido contra los efectos de las sobreintensidades que puedan presentarse en el mismo.
Algunas definiciones ayudarán a conocer
mejor estos fenómenos: - Sobreintensidad: Es toda corriente superior a la intensidad nominal, la misma puede ser provocada por un cortocircuito o por una sobrecarga. Se entiende por intensidad nominal (corriente de línea) a la intensidad que se indica en la placa técnica del motor. - Cortocircuito: Es la conexión de dos o más puntos de un circuito a través de una impedancia de valor despreciable. Pude ser voluntario o accidental. Se empieza a considerar cortocircuito cuando la intensidad de corriente es superior a 3In y es cortocircuito pleno a partir de 6In. - Sobrecarga: Es la condición de funcionamiento de un circuito sin defecto, que provoca una sobreintensidad. Por ejemplo, el exceso de solicitación mecánica en el eje de un motor con respecto a su potencia útil. La protección contra cortocircuitos se puede efectuar con fusibles calibrados, de adecuadas características de funcionamiento e interruptores automáticos con un sistema de disparo electromagnético.
Para proteger un motor contra los efectos de las sobreintensidades (sobrecargas y cortocircuitos), normalmente se utilizan al-
gunas de estas opciones: - Fusibles: Protegen contra sobrecargas de muy larga duración y contra cortocircuitos. - Fusibles y relés térmicos: El fusible protege contra cortocircuitos y sobrecargas intensas, y el relé térmico contra sobrecargas de duración prolongada. Esta opción se utiliza principalmente en la protección de motores. - Interruptores automáticos termomagnéticos: Protegen contra sobrecargas y cortocircuitos. El sistema de protección térmico protege contra sobrecargas y el magnético contra cortocircuito.
Relés de protección del motor
Los relés de protección se encargan de detectar si hay alguna anomalía en el motor y, si la hay, de dar la señal para que otro elemento del circuito, por ejemplo el contactor, corte la alimentación parando el motor. Según el efecto físico que utiliza el relé para detectar el problema en el motor, tenemos diversos tipos de relés, los más utilizados son: el relé térmico, el relé electromagnético, la combinación de ambos, el relé magnetotérmico y el relé falta de fase. Se debe tener en cuenta una cuestión importante: los relés mencionados tienen dos partes, una de potencia, que se conecta en serie con el motor, y un contacto auxiliar que se debe conectar en el circuito de mando para que se detenga el automatismo en cuanto se detecte la falla. Por muy bien que se conecte el relé en serie con su motor, si no se conectan correctamente sus contactos auxiliares en el circuito de mando, se le quemará el motor irremediablemente.
Relé térmico
Está constituído por una lámina bimetálica, formada por dos metales distintos soldados entre sí. Al ser calentada y tener los dos metales diferentes coeficientes de dilatación, se dobla en un sentido, lo que se aprovecha para accionar el contacto o contactos que actúan sobre la apertura de los dispositivos que realizan la apertura del circuito a proteger. El contacto permanece enclavado hasta que no se actúa sobre él. El relé térmico protege al motor contra sobreintensidades debido a sobrecargas y arranques de larga duración. Por ser de accionamiento lento, el
relé térmico no protege al motor contra cortocircuitos. Generalmente posee un contacto auxiliar normal abierto NO numerados con 97-98, y un contacto auxiliar normal cerrado NC numerados con 95-96.
Relé térmico Relés de tiempo
Son aparatos que cierran o abren contactos, al cabo de un cierto tiempo. Se fabrican para distintos rangos de tiempo, que van desde segundos hasta horas. Cada temporizador lleva un regulador que permite fijar su tiempo de temporización dentro del rango para el que está previsto.
Temporizado a la conexión
Al energizarse la bobina (A1-A2) del temporizador, desde ese instante empieza a contar el tiempo de ajuste en el mismo, transcurrido ese tiempo ajustado, se abren los contactos auxiliares normal cerrado y se cierran los contactos normal abierto.
A1
Relé contra falta de fase
El control de protección contra falta de fase supervisa las redes eléctricas en las cuales las fases R, S y T están desfasadas 120º eléctricos. Detecta la falta de una o más fases y actúa desconectando la carga cuando esta falta ocurre. El neutro también se conecta al relé. Normalmente se dispone de hasta cinco segundos para que no actúe innecesariamente durante el arranque del motor.
R S T N
F1 F2 F3
F21 F22 F23
FR1
K1 95
96 KFF Relé
KFF
MOTOR LIGA - DESLIGA 13 14
Relé contra falta de fase
A2
NO NC
Temporizado a la desconexión
Al energizarse la bobina (A1-A2) del temporizador, en ese instante cambian de posición los contactos auxiliares, el normal cerrado se abre y el normal abierto se cierra. Al desenergizarse la bobina empieza a contar el tiempo de ajuste en el mismo, transcurrido ese tiempo ajustado, se abren los contactos que estaban cerrados y se cierran los contactos que estaban abiertos. Estos temporizadores poseen circuitos electrónicos los cuales accionan un pequeño relé. Realmente los extremos A1 y A2 no son extremos de bobinas, éstos van para la fuente que transforma la corriente alterna a corriente continua que polarizan los transistores.
A1
A2
NO NC
Fusibles de Baja Tensión
F
Símbolo
Los fusibles protegen de forma barata y efectiva a la línea y a los elementos conectados a ella contra sobreintensidades debido a un aumento de consumo de los receptores o a un cortocircuito. En el momento en que aparece una sobreintensidad en una línea durante un determinado tiempo, se funde la parte conductora del fusible interrumpiendo la corriente. Para volver a establecer el circuito hay que cambiar el fusible, una vez solucionado el defecto que lo ha fundido. Hasta hace poco tiempo el fusible consistía en uno o varios hilos de cobre sobre una base de porcelana o baquelita, actualmente el fusible es calibrado para una intensidad y tiempo de respuesta, y protege una instalación e incluso a los relés de protección que haya detrás de los cortocircuitos.
En cuanto a la forma de actuar pueden ser
de acuerdo a los diversos criterios: a) Tensión de alimentación: alta o baja tensión. b) Características de interrupción: ultra rápido, rápido y retardado. c) En cuanto a la forma constructiva se clasifican en tipo “D” (diametral) y tipo “NH” (alta capacidad y baja tensión), el primero es recomendado para uso comercial (baja corriente de 2 A hasta 63 A) y el segundo para uso industrial (alta corriente).
Principales tipos de fusibles
El fusible de alta capacidad de ruptura es el dispositivo de protección que posee mayor velocidad de operación, máximo control de energía liberada en el equipo deteriorado y mayor absorción de energía de falla de todos los dispositivos disponibles a la fecha. En la actualidad la posición del fusible en los sistemas eléctricos de media y baja tensión es sumamente sólida y tal situación, sin ninguna duda, se mantendrá por muchos años. La capacidad de ruptura es la máxima corriente de cortocircuito que el fusible es capaz de interrumpir a la tensión nominal, se indica en kilo Amper (kA). En promedio, el fusible representa al 60% de los dispositivos de protección en su área de utilización, con aplicaciones donde el porcentaje alcanza casi al 100%, como es el caso de la protección de semiconductores de potencia y motores de inducción. Los fusibles de alta capacidad de ruptura se dividen fundamentalmente por la tensión de trabajo, en Baja Tensión, estando la división fijada entre 500 V a 1000 V de corriente alterna. Los fusibles de Alta Tensión se denominan HH (designación proveniente de las iniciales en alemán) o de alto poder de corte. Los fusibles de Baja Tensión, a su vez, se clasifican en base a su forma constructiva, denominándose NH, D y cilíndricos, estos dos primeros designados también por sus iniciales en alemán. La principal razón de los distintos tipos radica en la protección contra choque eléctrico y por ello del “grado de protección”, siendo los fusibles NH, debido a su alto riesgo potencial, diseñados sólo para ser manipulados por persona capacitada. El término capacitada, indica dos acepciones, instruido y experto. Instruido es una persona adecuadamente aconsejada y/o supervisada a fin de evitarle riesgo de accidente eléctrico; en cambio experto, es definido como persona con conocimiento técnico o suficiente experiencia que lo habilita para evitar los riesgos que puede crear la energía eléctrica.
a) Fusible tipo NH (Niederspannungs Hochleistungs)
Este tipo de fusible de alta capacidad de ruptura y de baja tensión se fabrica en siete tamaños, 00, 0, 1, 2, 3, 4 y 4a, con corrientes nominales desde 2 A hasta 1.000 A (dependiendo del fabricante), todos con una tensión nominal de 500 V. Su capacidad de ruptura alcanza los 120 kA. Este tipo de fusible necesita de la manija extractora a fin de permitir su colocación y retiro en forma segura para el operador. El manipuleo de esta
manija no es para personal inexperto, ya que la maniobra debe hacerse con firmeza y rapidez. Los utilizados en la protección de circuitos de motores son de acción retardada. Entre cada base de estos fusibles se debe colocar una separadora que viene normalizada para cada tipo de base. La extracción y colocación de estos tipos de fusibles se hace con el “puño saca fusible”.
Base fusible
Tipo NH Placa separadora Puño saca fusible
Fusible tipo NH
b) Fusible Tipo D (Diazed)
Base Anillo de protección Tornillo de ajuste
Fusible Tapa
Fusible tipo D
Llave para tornillo de ajuste
Los fusibles tipo D son especiales para aplicaciones de menor potencia y corriente que los NH, son fabricados para tensiones nominales de 500 y 380 (o 400) V, respectivamente, con corrientes variables según el tipo, desde 2 A hasta 63 A. Estos fusibles poseen los tamaños DI, DII, DIII, DIV. La diferencia fundamental entre el NH y el D se refiere a la seguridad personal. Los distintos tamaños y subtipos poseen corrientes nominales superpuestas en los extremos del rango, para facilitar el reemplazo y permitir el crecimiento del sistema y de las cargas. Las capacidades de corte se encuentran comprendidas entre 50 y 80 kA. Los utilizados en la protección de circuitos de motores son de acción retardada.
c) Fusible cilíndrico
Su difusión en nuestro medio es poco frecuente, disponiendo de los tamaños y corrientes nominales indicados a continuación: 8,5 x 31,5 mm (diámetro de los contactos y largo total), 1-20-25* A; 10,3 x 38 mm, 0,5-20-25*-32* A; 14 x 51 mm, 2-25-32*-35*-50* A y 22 x 58 mm, 16 – 80-100* A (*no normalizados). La capacidad de interrup- Fusible ción es del mismo orden que el tipo Cilíndrico anterior, 50 a 120 kA. Se fabrican del tipo retardado (protección de circuito de motores) y ultrarápido (uso en electrónica).
Indicador o percutor
Los fusibles de baja tensión poseen un indicador de operación, cuya función es poner de manifiesto en una forma fácil del dispositivo fusible. Los fusibles tipo D disponen de un disco coloreado, están relacionados con la corriente nominal del dispositivo, dando una indicación de la corriente nominal sin necesidad de extraerlo de la base, disminuyendo así el trabajo de reemplazo y por ende el riesgo de accidente, el cual es expulsado por un pequeño resorte cuando el fusible opera. En el caso de los fusibles NH, el indicador es capaz de realizar un pequeño trabajo mecánico cerrando o abriendo un microcontacto, el cual está montado sobre el mismo fusible, requiriendo su reinstalación al cambiar el fusible. Tal accesorio es de considerable aplicación en el caso de proteger semiconductores, donde se emplean usualmente fusibles en ramas en paralelo, por lo que se necesita conocer el estado de conducción de las distintas ramas.
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