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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
ING. ALEX ALFREDO VALLEJOS ZUTA
Callao, 16 de Setiembre 2013
DISEÑO DE TABLEROS ELECTRICOS
ESPECIFICACIONES TECNICAS DE EQUIPOS ELECTRICOS
Contenido
1.- Generalidades.
2.- Selección de Interruptores.
2.1.- Introducción.
2.2.- Características de los equipos de protección de los interruptores.
2.3.- Protección contra sobrecarga y cortocircuito.
2.4.- Protección contra falla a tierra y sistemas de distribución.
2.5.- Selectividad.
2.6.- Protección en serie.
3.- Selección de Contactores, Relé de Sobrecarga y otros.
3.1.- El Contactor.
3.2.- Overload Relays (Relé de Sobrecarga).
3.3.- Manual Motor Starter, MMI (Partidor Manual).
3.4.- Low Voltage Circuit Breakers (LVCB).
4.- Elementos de Accionamiento.
5.- Accesorios de montaje.
6.- Coordinaciones de Protección.
1.- GENERALIDADES
Corresponde a la descripción técnica de todos los materiales que
intervienen en el diseño de un tablero eléctrico.
Este documento sirve como base para la definición de las
especificaciones particulares a desarrollar en los proyectos
eléctricos específicos que se desarrollen dentro de las
instalaciones eléctricas .
CONDICIONES DE DISEÑO.
A.- CONDICIONES AMBIENTALES:
- Altura sobre el nivel del mar: ……………...13,75 msnm
- Temperatura máxima del aire ambiente: …32ºC
- Temperatura mínima del aire ambiente: ….15ºC
- Humedad relativa máxima: …………………83%
- Humedad relativa mínima: …………………45%
- Ambiente: …………………………Corrosivo, junto al mar.
- Velocidad del aire: ………………………….75 Km /h.
B.- CONDICIONES ELÉCTRICAS:
a) Tensiones de MT disponibles en la planta: ………..10 KV
b) Tensiones de BT disponibles en la planta:
- 460 V ± 5% - 230 V ± 5% -120 Vac ±5%
- Alimentación al sistema de control de los cuadros eléctricos y
alimentación a las protecciones eléctricas:
o 24 Vcc+10% -15%
- Alimentación sistemas de instrumentación control procesos y
alimentación sistemas de seguridad activa:
o UPS 230 V 1F
- Max. Harmonic Distortion: < 3%
- Crest Factor: 3:1
- Voltage Regulation: +/- 3%
- Wave form: Sine wave
c) Frecuencia: 60 Hz ± 5%
d) Rangos de fase:
- Variaciones Sostenidas (Δf’k (%)): ± 0.6 %.
-Variaciones Súbitas (VSF’): ± 1.0 Hz.
- Variaciones Diarias (IVDF’): ±12.0 Ciclos
CONFORMACION DE UN SISTEMA ELECTRICO
2.- SELECCIÓN DE INTERRUPTORES
2.1.- INTRODUCCION:
Es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito
cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento se
basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente
eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El
dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina
bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que va
hacia la carga.
No se debe confundir con un interruptor diferencial o disyuntor.
Al igual que los fusibles, los interruptores magneto térmicos protegen la
instalación contra sobrecargas y cortocircuitos.
Cada equipo que forma parte de una instalación eléctrica debe cumplir
con las normas de producto y de instalaciones eléctricas de cada país
(Internacionales y Nacionales). Generalmente las normas relativas a los
sectores eléctrico y electrónico siguen un patrón bastante común.
A nivel internacional la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) se
preocupa del alcance y de la publicación de las normas generales
aplicables a los diferentes tipos de equipo eléctrico y electrónico.
PARTES DE UN INTERRUPTOR
2.2.- CARACTERISTICAS DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION:
Por instalación eléctrica se entiende el conjunto de todos los
componentes con el fin de generar, transformar, distribuir y utilizar
la energía eléctrica.
Esta definición es muy amplia; no obstante serán considerados
todos los componentes encargados de las funciones de
protección, control y distribución de los sistemas de distribución en
baja tensión.
Los equipos destinados a la protección de una instalación eléctrica
por lo general se clasifican por su función en:
a.- Equipo de protección contra sobrecorriente.
b.- Equipo de protección contra falla a tierra.
c.- Equipo de protección contra sobretensiones.
a.- Equipo de protección contra sobrecorriente.
La protección contra la sobrecorriente se realiza empleando
equipos como: interruptores termomagnéticos o electrónicos
automáticos y fusibles con capacidad para interrumpir un
evento peligroso en un tiempo breve, antes de que se
produzca daño a la instalación eléctrica.
Las condiciones de peligro que pueden presentarse se
definen como sobrecarga y cortocircuito.
La sobrecarga es el fenómeno que se presenta cuando
en una instalación la corriente demandada es superior a la
capacidad de conducción nominal del cable y de los equipos
por los que circula. Este fenómeno debe interrumpirse en un
tiempo relativamente breve, ya que si no se interrumpe se
puede llegar al rápido deterioro o daño del aislamiento del
cable.
b.- Equipo de protección contra falla a tierra
La protección contra falla a tierra se realiza empleando
interruptores diferenciales los cuales tienen la función de
interrumpir el circuito cuando una corriente de falla a tierra
supera el rango de corriente de operación diferencial del
propio interruptor.
La protección contra falla a tierra garantiza un margen de
seguridad óptimo en la prevención de incendios ya que
unos cuantos mili amperes de corriente de fuga a tierra
pueden provocar el disparo del interruptor diferencial.
El uso de interruptores diferenciales se debe realizar
cuando la protección contra contactos directos e indirectos
sea requerida.
Un contacto directo es un contacto franco que se lleva
a cabo cuando una persona inadvertidamente toca un
elemento vivo de la instalación que normalmente está
energizado (ejemplo: el conductor de una fase).
El contacto indirecto a su vez se lleva a cabo cuando
una persona entra en contacto con un componente de la
instalación eléctrica que normalmente no está energizado,
pero que se energiza por una falla en el aislamiento.
c.- Equipo de protección contra sobretensiones
La protección contra sobretensiones de origen
atmosférico se realiza empleando descargadores de
sobretensión que permiten drenar a tierra corrientes de
hasta 10 kA.
De estos equipos existen diferentes tipos: de gas, con
varistor o con supresor por semiconductor.
El equipo del tipo varistor funciona cuando la tensión
excede cierto valor, la resistencia del varistor cambia de
valor de tal modo que la sobrecorriente creada se drena
directamente a tierra.
2.2.1.- Características de operación de los Interruptores Automáticos
2.2.2.- Características técnicas de los Interruptores Automáticos
2.2.3.- Curvas características de los Interruptores Automáticos
a.- Características de disparo magnético.
La norma IEC 898 establece tres rangos de operación
diferentes para el disparo magnético, en los que los
interruptores automáticos deben operar. Las diferentes curvas
características B-C-D representan los diferentes campos
específicos de aplicación dentro de los cuales los
interruptores pueden disparar.
La tabla siguiente indica los 3 rangos de disparo de los
interruptores automáticos.
La norma IEC 947-2 no indica ninguna característica de
operación, dejando al fabricante en libertad de producir
interruptores con diferentes rangos.
b.- Características de operación magnética K-Z-MA:
Tienen todo lo indicado en el punto anterior, aunque estas
características vienen definidas por el fabricante en base
a la norma IEC 947-2 y representan los rangos de
operación magnética, los interruptores con estas
características pueden emplearse como se indica en la
tabla siguiente.
2.2.4.- Características de la protección contra falla a tierra
Definiciones de la protección contra falla a tierra.
IΔn. Corriente diferencial nominal de disparo:
Es el valor de corriente diferencial asignado por el fabricante del interruptor
con la cual el interruptor diferencial debe actuar de acuerdo a las
condiciones especificadas en las normas IEC 1008-1, IEC 1009-1.
Esta característica representa la sensibilidad del interruptor diferencial.
IΔno. Corriente diferencial nominal de no disparo:
Es el valor de corriente diferencial asignado por el fabricante e indicado en
las normas como el 50% de la IΔn al cual el interruptor diferencial no opere
en las condiciones definidas por la misma norma.
IΔm. Capacidad nominal de cierre y de interrupción diferencial:
Es el valor de la componente alterna de la corriente diferencial, que el
interruptor diferencial puede conducir e interrumpir en las condiciones
definidas por las normas específicas. Las normas establecen que el valor
mínimo de IΔm debe escogerse entre 10In y 500A, seleccionando de los
dos valores el más alto.
Inc. Corriente nominal de cortocircuito condicional:
Es el valor de corriente de corto circuito, que un interruptor
diferencial que cumpla con la norma IEC1008-1 puede
soportar, sin que se degrade su capacidad o se afecte su
funcionalidad cuando está coordinado con un interruptor o
fusible, de tal manera que se pueda garantizar la protección
adicional de sobrecorriente.
IΔc. Corriente nominal de corto circuito condicional
diferencial:
Es un parámetro relacionado con los interruptores
diferenciales, sin protección contra sobrecorriente integrado;
que cumple con la norma IEC 1008-1 y que representa el valor
de la corriente diferencial estimada, que el interruptor
diferencial coordinado y protegido por un dispositivo idóneo de
sobrecorriente, puede soportar sin sufrir alteraciones que
comprometan su funcionalidad.
2.2.5.- Características de operación de los equipos de protección diferencial
Característica de operación diferencial tipo AC: Los interruptores diferenciales del tipo AC funcionan
correctamente dentro de los límites predefinidos en presencia
de la corriente de falla a tierra de tipo alterna.
Los diferenciales del Tipo AC se reconocen por el símbolo
indicado de modo visible en el aparato.
Característica de operación diferencial tipo A: Un interruptor diferencial del tipo A es un aparato que
garantiza la protección sea en presencia de corrientes de falla
a tierra de tipo alterna que corrientes de tipo pulsantes
unidireccionales, aplicadas instantáneamente o con
crecimiento lento. En el caso de los interruptores del tipo A el
símbolo de identificación es como el que se indica mas
adelante.
Característica de operación diferencial tipo S:
Un interruptor diferencial tipo S puede ser del tipo A o tipo AC.
Estos aparatos disparan con un tiempo de retardo fijo (o
ajustable en el caso de los aparatos que cumplen con la IEC
947-2). Estos no pueden tener corrientes diferenciales
nominales inferiores o iguales a 30 mA y encuentran una gran
aplicación como interruptores generales cuando se desea tener
una selectividad diferencial en una instalación determinada.
Un interruptor diferencial de tipo S se diferencia con respecto a
los tipo A o AC con una S encerrada en un cuadrado como se
muestra mas adelante.
2.3.- PROTECCION CONTRA SOBRECARGA Y
CORTOCIRCUITO.
2.3.1.- Protección contra sobrecarga
La norma IEC 364 establece que los circuitos de una instalación
(salvo algunas excepciones) deben estar provistas de un equipo de
protección adecuado, para interrumpir la corriente de sobrecarga
antes de que provoque un calentamiento excesivo que dañe el
aislamiento del cable o el equipo conectado en el circuito.
Para asegurar la protección de acuerdo con la norma IEC 364 es
necesario que se cumplan las siguientes reglas:
Regla 1) IB ≤ In ≤ Iz
Regla 2) If< 1.45Iz donde: IB = Corriente demandada por la carga del circuito.
In = Corriente nominal del interruptor.
Iz = Capacidad de conducción de corriente del cable.
If = Corriente convencional de disparo del interruptor
Automático.
- La regla 1 satisface las condiciones generales de
protección contra sobrecarga.
-La regla 2 se emplea para la protección contra
sobrecarga; un interruptor automático requiere que la
corriente de funcionamiento seguro If, no sea nunca
superior a 1.45In (1.3In según IEC 947-2 o 1.45In según
IEC 898).
If se debe verificar siempre en caso de que el
dispositivo de protección sea un fusible.
Analizando la regla general de protección IB ≤ In ≤ Iz, resulta
evidente que se pueden realizar dos condiciones de protección
distintas:
La condición de protección máxima, utilizando un interruptor
con una corriente nominal próxima o igual a la corriente
demandada IB, y una condición de protección mínima,
escogiéndolo con una corriente nominal próxima o igual a la
máxima capacidad de conducción de corriente del cable.
Está claro que escogiendo la condición de protección máxima
se puede presentar la situación de afectar la continuidad del
servicio, aunque estará garantizada la operación del interruptor
aún en casos de cargas anormales que puedan soportarse.
Por otra parte la selección de un interruptor con una corriente
calibrada igual a la capacidad de conducción del cable, llevaría a
la máxima continuidad del servicio y el máximo aprovechamiento
del cobre instalado.
Estas consideraciones las debe analizar el proyectista en función
del tipo de circuito que va a instalar.
Casos en los cuales no se recomienda proteger contra
sobrecarga:
La norma recomienda la omisión de la protección contra
sobrecarga de los conductores cuando la apertura del
circuito puede crear un riesgo, ejemplo:
• En los circuitos magnéticos de una grúa de transporte
de materiales.
• En bombas contra incendio
2.3.2.- Protección contra cortocircuito
Consideraciones generales de Protección:
Características de la corriente de cortocircuito:
Calculo de la corriente de cortocircuito:
2.4.- PROTECCION CONTRA FALLA A TIERRA Y SISTEMAS DE
DISTRIBUCION.
2.4.1.- Características de los equipos de protección
contra falla a tierra.
La norma NOM 001-1999 en los artículos 210-8, 620-85,
665-44, 680-20 y otros establecen los requerimientos para
la protección contra falla a tierra. Esta protección se lleva a
cabo empleando un interruptor diferencial o un módulo
diferencial asociable a un interruptor de protección contra la
sobrecorriente.
Según sea el tipo de instalación, es necesario escoger un
interruptor diferencial con una característica de disparo
adecuada y una corriente diferencial que garantice la
protección contra los contactos directos e indirectos.
Los diferenciales se clasifican en tres tipos:
2.4.2.- La protección contra sobretensión.
Descargador de corriente por Sobretensión: La función de los LDS (limitadores de sobretensión) es la de
proteger los equipos eléctricos, informáticos, de
telecomunicaciones y sus respectivos componentes de los picos
de voltaje.
En cuanto a los equipos eléctricos los LDS se usan como
componentes de los LPS (sistema de protección contra rayos)
interior, cuya función es evitar que durante el peso de la corriente
de un rayo se originen descargas peligrosas al interior de la
instalación protegida. Estos se dividen en:
Electrómetros auto extinguibles: se basan en el principio de
funcionamiento del electrómetro, pero está en grado de extinguir
el arco eléctrico que se origina al momento de la descarga; se
utilizan para extinguir las corrientes de los rayos (onda 10/350 μs,
a algunos cientos de kA).
“Varistores” : Se basan en el principio de formación de un
cortocircuito y sucesivas extinciones mediante resistencia no
lineal.
Electrónicos: son básicamente de diodos zener; tienen
características de intervención similar a la de los “varistores”, pero
prestaciones inferiores.
La aplicación de lo anterior está subordinado a la evaluación del
riesgo R asociado a un Rayo y al riesgo aceptable Ra : si R < Ra,
no se requiere tomar medidas de protección. En caso de
conexiones equipotenciales para instalaciones externas los
conductores activos, las conexiones se deben hacer lo más cerca
posible al punto de entrada de las líneas externas. Por lo tanto los
LDS seleccionados e instalados deben ser colocados a la entrada
de la línea eléctrica de alimentación de la es necesario evitar las
descargas peligrosas entre los LPS externos y para evitar
descargas peligrosas se puede recurrir a los cuerpos metálicos de
considerable longitud instalaciones eléctricas externas
instalaciones eléctricas internas Conexiones equipotenciales,
hechas con conductores equipotenciales Conexiones
equipotenciales, hechas con LDS, si no es posible seguir
2.4.3.- Los sistemas de distribución.
SISTEMA TT
SISTEMA TN
SISTEMAS DE DISTRIBUCION COMBINADOS
SISTEMA IT
2.5.- SELECTIVIDAD.
Definición de selectividad y Clasificación:
La distribución de una instalación eléctrica generalmente se
logra a través de los dispositivos de control y de protección
instalados en serie.
En una red de distribución del tipo radial, es necesario que en
caso de una falla opere el dispositivo de protección más
cercano sin que participen los dispositivos que están
corrientes arriba. Esta necesidad viene definida como
selectividad.
La selectividad entre aparatos de protección es necesaria
cuando se quiere garantizar la máxima continuidad del
servicio, aún en las condiciones más críticas de operación.
Generalmente se verifica la selectividad cuando se
comparan:
• Sobrecarga.
• Cortocircuito.
• Falla a tierra (diferencial).
Para verificar que 2 dispositivos de protección son selectivos
entre sí, los fabricantes ponen a disposición tablas y curvas
de operación.
La selectividad puede ser Total cuando el interruptor
corrientes abajo dispara para todos los valores de
sobrecorriente hasta el límite de su capacidad interruptiva o
Parcial si la selectividad se limita a valores de
sobrecorriente inferiores a su capacidad interruptiva.
En el segundo caso se define un “límite de selectividad” (Is)
que representa el valor de corriente por debajo del cual
se tendrá la operación del interruptor más cercano al punto
de falla y por arriba de este valor se tendrá también la
operación del dispositivo corrientes arriba.
La norma IEC 364, indica que en los locales públicos, por
evidentes motivos de seguridad, se debe garantizar la
continuidad de servicio mediante la selectividad entre los
dispositivos de protección. La selectividad como está
previsto en la norma IEC 947-2 e IEC 898, puede verificarse
comparando las diferentes curvas de disparo y de energía
puestas a disposición por el fabricante.
2.5.1.- Selectividad entre dispositivos de protección
Selectividad en función de la corriente de sobrecarga
(amperimétrica).
La característica de operación por sobrecarga de los interruptores
automáticos es una característica a tiempo inverso.
Para verificar la selectividad es necesario analizar sobre la escala
logarítmica (Icc/t), las curvas de disparo térmico de los equipos bajo
consideración. Los puntos de intersección que se encuentran son
los límites de selectividad.
La selectividad por sobrecarga estará siempre garantizada si el
tiempo de no operación del interruptor corrientes arriba es superior
en tiempo de apertura al del interruptor más cercano al punto de
falla, para cualquier valor de corriente de sobrecarga.
Seleccionando interruptores con una relación entre las corrientes
nominales pares o superior a 2, la selectividad por sobrecarga
siempre será cumplida.
La selectividad por sobrecarga puede ser mejorada si se emplean
interruptores de operación térmica ajustable.
Selectividad amperimétrica en Cortocircuito.
Para tener un nivel eficiente de selectividad entre dos interruptores
automáticos en serie, es necesario seleccionarlos con el rango de
operación instantánea (magnético) lo más distanciado posible. El
mejor método para garantizar un nivel elevado de selectividad es
empleando interruptores que permitan el ajuste de la operación
magnética.
El análisis de las curvas de tiempo-corriente, de los interruptores
determina el límite de selectividad Is arriba de este valor se tiene
la operación instantánea de ambos aparatos. Este límite coincide
con el ajuste mínimo de la operación instantánea del interruptor.
Para una buena coordinación selectiva entre dos interruptores se
escogen éstos con rango de operación (disparo) magnético, con
una relación de cuando menos 1.5.
La selectividad total es efectiva cuando la corriente de corto circuito
es inferior al rango de disparo magnético del interruptor instalado
corrientes arriba. Si la corriente de corto circuito es superior, se
puede obtener selectividad solo si la energía específica pasante
(I2t) del interruptor corrientes abajo no es suficiente para provocar
el disparo del interruptor corrientes arriba.
Para cualquier tipo de desconectador electromagnético, se puede
definir mediante pruebas el máximo valor de energía de no
activación.
En este caso la curva de los interruptores a comparar son las de la
energía específica pasante I2t.
Sobreponiendo una línea recta que pase por el valor máximo de no
activación de la curva de energía específica pasante del interruptor
corrientes abajo, se puede determinar el límite de selectividad Is,
que puede ser superior al rango de disparo magnético del
interruptor corrientes arriba.
Selectividad en función del tiempo de cortocircuito (Cronométrico):
Selectividad Lógica:
Selectividad Diferencial:
2.6.-PROTECCION EN SERIE.
La protección en serie es la condición contemplada en la
norma IEC 364 y 947-2 Apéndice A que se realiza cuando en
una instalación se utiliza un dispositivo de protección (fusible
o interruptor automático) con capacidad interruptiva inferior a
la corriente estimada de cortocircuito, si corrientes arriba de
este dispositivo se instala otro con capacidad interruptiva
adecuado para apoyar en la intervención.
La coordinación en serie entre dispositivos de protección
debe ser verificada mediante pruebas específicas de
laboratorio efectuadas por el fabricante.
Coordinación entre fusibles corrientes arriba e Interruptores
corrientes abajo:
Coordinación entre Interruptores corrientes arriba y corrientes abajo:
3.- SELECCIÓN DE CONTACTORES, RELE DE SOBRECARGA Y OTROS.
3.1.- EL CONTACTOR:
Un contactor es un componente electromecánico que tiene
por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya
sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan
pronto se de tensión a la bobina (en el caso de ser
contactores instantáneos). Un contactor es un dispositivo
con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor
o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia,
que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o
de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del
circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha
acción. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o
nada". En los esquemas eléctricos, su simbología se
establece con las letras KM seguidas de un número de
orden.
3.1.3.- “Carga de utilización” y rangos.
Es la capacidad del contactor de abrir y cerrar el
circuito, sin verse afectado por efectos transientes y
corrientes que calienten el dispositivo, dependerá
obviamente de la carga conectada.
Una clasificación de la carga es la de IEC (International
Electrotechnical Commission).
Para un mismo interruptor, entre mayor sea el grado ACX
más se limitará la corriente nominal de modo de no afectar
al dispositivo.
Una vez abierto el circuito, el contactor aísla hasta cierto
nivel de voltaje (Ui), más allá de ese voltaje se pueden
formar arcos eléctricos entre los contactos. Por lo tanto el
voltaje nominal (Ue), debe ser siempre menor que (Ui).
CATEGORIZACION DE LOS CONTACTORES INDUSTRIALES
UTILIZADOS EN LOS CIRCUITOS DE FUERZA
CATEGORIZACION DE LOS CONTACTORES INDUSTRIALES
EN LOS SISTEMAS DE CONTROL
3.1.2.- Elegir un modelo según los parámetros Ue y ACX. Ue esta dado siempre por el voltaje de la red y es un parámetro
conocido y fijo.
In es también un parámetro conocido y fijo, y es la corriente
nominal que un circuito consume (motor, o algún otro equipo en
particular que se desee controlar).
ACX (AC1, AC2, ..) De la tabla vista anteriormente debe obtenerse
un grado.
Según el tipo de carga (ACX) y voltaje nominal (Ue) del circuito,
se busca que la corriente nominal que soporta determinado
contactor sea la misma que la nominal del circuito, es decir In.
Luego con la tabla entregada por el fabricante se selecciona el
modelo requerido.
.
Ejemplo:
Aquí supondremos que tenemos un motor trifásico de 380Vff (Ue) en delta
(3P) y que consume In=10A, y que su categoría de utilización es AC3,
luego debemos elegir I=12A, que es la primera mayor a 10A. Por lo tanto el
modelo a elegir será el MC-12a.
3.2.- OVERLOAD RELAYS (RELE DE
SOBRECARGAS).
Al igual que los “interruptores de sobrecarga y corto-
circuito”, el relé de sobrecarga, como su nombre lo
indica, protege antes sobrecargas de corriente, pero
soportan rangos más pequeños, por lo que no ofrecen
protección ante corto-circuito.
Por lo que deben usarse después de donde haya
riesgo de corto-circuito.
Diseñados para proteger motores y circuitos AC,
desconectan la carga en caso de fallas de alguna
fase, sobrecarga, tiempo prolongado de partida del
motor, y falla de rotor bloqueado. Es frecuentemente
utilizado junto a un contactor.
3.2.1.- Rangos y clases.
Casi siempre son utilizados para motores trifásicos
asíncronos (caso de los motores “jaula de ardilla”), por lo
tanto nos referiremos en particular a esta aplicación.
Sin torque resistente (carga mecánica), el rotor se acelera
hasta su velocidad síncrona (ws). Si hay torque resistente,
el rotor disminuye su velocidad, aumenta su consumo de
corriente y alcanza un equilibrio.
Por asuntos de diseño, existe un corriente nominal (In) que
tiene asociada una velocidad nominal (wn) y un torque
nominal (Tn), o equivalentemente, una potencia nominal.
Cercano a estos valores se considera que el motor esta en el
rango de operación normal.
Una situación excepcional es la partida, durante esta, el rotor
tiene velocidad cero. Al energizarse, el motor necesita una
gran cantidad de corriente para vencer la inercia del rotor
(entre mas grande el rotor mas grande la inercia),
normalmente la corriente en la partida (Io) es de 5 a 7 veces
la nominal (In) y va disminuyendo en la medida que el rotor
se acelera (ver figura de curva de sobrecarga).
Sin embargo, esta corriente inicial solo puede recorrer el
motor por un corto periodo de tiempo sin dañarlo, de otro
modo el cableado interno se sobrecalienta y la cobertura se
daña o derrite.
Esta situación es de la que el relé de sobrecarga protege,
dependiendo de cuanto tiempo el relé permita una
sobrecarga de corriente antes de cortar el circuito (trip) -
para que el rotor alcance la velocidad nominal-, es que los
relés se clasifican en clases. Las más comunes son:
- Class 10: Permite sobrecarga por 10 segundos.
- Class 20: Permite sobrecarga por 20 segundos.
- Class 30: Permite sobrecarga por 30 segundos.
Usando un relé en conjunto con un contactores, se
obtiene un partidor automático para el motor que lo
activará remotamente, y además lo protegerá.
Por ultimo, una vez abierto el circuito, el relé aísla hasta
cierto nivel de voltaje (Ui), más allá de ese voltaje se
pueden formar arcos eléctricos entre los contactos. Por lo
tanto el voltaje nominal (Ue), debe ser siempre menor que
Ui.
3.2.2.- Elegir modelo de Relé.
Todos los relés tienen 3 polos (uno para cada fase).
Además, según modelo, poseen contactos auxiliares NO y
NC (normal abierto y normal cerrado) para efectos de
señalización como balizas, alarmas, u otros.
La elección del producto depende de básicamente de la
corriente nominal In del motor y de la clase (Class 10, 20,
30). Por ultimo, se debe decidir si se necesita un relé de
protección diferencial o no (protección ante fallas de fase).
Sino, se debe decidir si se requieren 2 ó 3 bimetales
(heater), que realizan la desconexión al calentarse por la
sobrecarga (el tener mas heater`s es más seguro).
Ejemplo:
Suponemos tener un motor de In=9,5A Class 10 y que
necesitamos protección antes fallas de fase (diferencial).
Luego, nuestro modelo a elegir es el MT-12/3K de 11A, pues
9,5A esta dentro de su rango ajustable (9A-13A).
Modo de empleo y ajuste
Para ajustar el relé a la corriente nominal In, gire el dial con
un tornillo.
Para parar (abrir el circuito) presione el botón. Para simular
una emergencia tírelo.
Si se ha producido un trip (corte del circuito por alguna falla),
el indicador salta
Luego de ocurrido un trip:
a) En caso de estar seleccionado el modo automático (A), el
relé se cierra al enfriarse los bimetales, luego de
normalizada la corriente a In.
b) En caso de estar en modo manual (H) presione el botón
para volver a cerrar el circuito.
3.3.- MANUAL MOTOR STARTERS, MMS
(PARTIDOR MANUAL).
Partidores para motores tanto monofásicos como
trifásicos, consisten en un dispositivo de activación
manual (a través de un switch), protege al motor ante
corto-circuitos, además de las protecciones de
sobrecargas, fallas de fase, tiempos de partida
prolongados y falla de rotor bloqueado (parecidos al par
“contactor + relé de sobrecarga”).
3.3.1.- Rangos de funcionamiento.
Todos los modelos son de 3 polos (motores CC los ocupan en serie)
y de categoría de utilización AC3 (suficiente para la gran mayoría de
las aplicaciones, por ejemplo motores trifásicos tipo “jaula de ardilla”)
Este producto es parecido a un “interruptor de sobrecarga y corto-
circuito”, pues funciona dentro del rango [In, Ics]. Donde Ics esta
definido por la corriente máxima de servicio que el dispositivo admite
para operar sin dañarse y porque a mayor voltaje de operación
menor es Ics.
Si se desea proteger una instalación de un corto-circuito, se debe
elegir Ics como la máxima corriente que la red entregue en ese
estado. Sino solo se esta protegiendo la instalación de una
sobrecarga de corriente.
Una vez cortado el circuito (estado trip), el dispositivo aísla hasta
cierto nivel de voltaje (Ui) , más allá de ese voltaje se pueden formar
arcos eléctricos entre los contactos. Por lo tanto el voltaje nominal
(Ue), debe ser siempre menor que Ui.
EJEMPLO:
Acá supusimos un motor trifásico de 380Vff (aproximado como 400V),
tipo “jaula de ardilla” AC3 y de In=9,7A, por ultimo sabemos que la
corriente de corto circuito es de 65kA. Luego debemos elegir el modelo
de Ics alto (hasta 100kA) y de In ajustable.
3.3.2.- Principio de funcionamiento.
Como principio de funcionamiento, el MMS mezcla los
mecanismos de un relé e interruptor de sobrecarga. Una
vez producida una falla cualquiera, se activa un mecanismo
de disparo (trip unit) que abre y corta el circuito. Esto a
través de dos formas:
Unidad térmica (TU): Usando bimetales de distinto
coeficiente de dilatación, el circuito se abre al pasar una
sobrecarga de corriente que los caliente.
Unidad magnética (MU): Usando una bobina que, en base
a una fuerza proporcional a la corriente que por ellos
circula, desconecta el circuito.
La unidad térmica actúa mas lentamente pero antes
sobrecargas del orden de hasta 10*In, mientras que la
unidad magnética lo hace mas rápidamente pero ante
sobrecargas mayores.
Dentro de la zona menor a 10*In, donde la unidad térmica
domina, el MMS permite una sobrecarga de corriente antes
de cortar el circuito (trip) –que normalmente es entre 5 y 7
veces In, para que el rotor alcance la velocidad nominal.
El comportamiento exacto esta detallado en curvas donde
el “eje y” es el tiempo que demora en hacerse el disparo y
el “eje x” es la corriente de sobrecarga (en unidades de
[veces por In]. Es decir: 1 es 1*In, 2 es 2*In y así
sucesivamente).
Una curva típica es:
3.4.- LOW VOLTAGE CIRCUIT BREAKERS (LVCB) –
INTERRUPTOR DE SOBRECARGA CAJA MOLDEADA
Interruptor de sobrecarga y corto-circuito para redes de 50/60Hz
monofásicas (2P), trifásicas en delta (3P) y en estrella (4P), así
como para voltajes DC. Desconecta el circuito cuando la corriente
sobrepasa el valor nominal (In).
3.4.1.- Rangos de funcionamiento.
El dispositivo funciona dentro del rango [In, Icu]. Donde Icu
esta definido por la corriente máxima que el dispositivo
puede cortar sin ser destruido por sobrecalentamiento y
porque a mayor voltaje de operación menor es Icu.
Si se desea proteger una instalación de un corto-circuito,
se debe elegir Icu como la máxima corriente que la red
entregue en estado de corto-circuito. Sino solo se esta
protegiendo la instalación de una sobrecarga de corriente.
Una vez cortado el circuito (estado trip), el dispositivo aísla
hasta cierto nivel de voltaje (Ui). Por lo tanto el voltaje
nominal (Ue), debe ser siempre menor que Ui.
3.4.2.- Elegir un modelo según los parámetros In y Icu.
Ue esta dado siempre por el voltaje de la red y es un
parámetro conocido y fijo.
In es también un parámetro conocido y fijo, y es la corriente
nominal que un circuito consume (motor, o algún otro
equipo en particular que se desee proteger).
Icu esta dado por la máxima corriente de corto-circuito, ya
que no siempre el valor de I-corto-circuito es conocido o
fácil de conocer, conviene elegir Icu lo mas grande posible
para asegurar la protección del equipo, pero entre mas alto
sea Icu mayor será el costo.
El fabricante adjunta una tabla con los diferentes modelos
de interruptores ordenados en rangos de In, desde In=3A
hasta In=800A. Dentro de cada rango de In hay
generalmente tres tipos de interruptores: los de Icu bajo, los
de Icu medio y los de alto Icu.
Para escoger uno es especifico se debe mirar la tabla en el
rango In adecuado y con el Ue adecuado, y elegir entre el
modelo de Icu bajo, medio o alto.
EJEMPLO:
Aquí suponemos que tenemos una red trifásica de 380Vff (Ue) en
delta (3P) y que nuestro motor consume 15A (In), y encontramos
que la corriente máxima en un corto-circuito es de 19kA, luego
debemos elegir Icu=22. Por lo tanto el modelo a elegir será el
ABS53c de 15A.
3.4.3.- Principio de funcionamiento.
Una vez producida la sobrecarga se activa un mecanismo
de disparo (trip unit), que abre y corta el circuito. Hay tres
formas en que esto puede ser realizado.
Unidad térmica (TU): Usando bimetales de distinto
coeficiente de dilatación, el circuito se abre al pasar una
sobrecarga de corriente que los caliente.
Unidad electrónica: Usando un circuito electrónico de
potencia.
Unidad magnética (MU): Usando una bobina que, en base
a una fuerza proporcional a la corriente que por ellos
circula, desconecta el circuito.
3.4.3.- On, off, trip y ajuste de curva.
Cualquier MCCB o interruptor de sobrecarga y corto-circuito,
posee un switch de tres posiciones y un botón para simular
un trip (o condición de corte).
El switch en posición ON esta activo y atento a una
sobrecarga (arriba).
En posición OFF esta desactivado y no interrumpiría una
sobrecarga (abajo).
Luego de la sobrecarga y una vez efectuado el corte la
posición de switch es trip (al medio). Para resetear el
interruptor se debe mover el switch a OFF y luego a ON.
El botón de simulación, como su nombre lo indica simula una
condición de corte para efectos de verificación.
Para los modelos que lo permiten, el ajuste de curva
modifica los límites de los mecanismos de disparo.
4.- ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO
4.1.- PULSADORES.
Los pulsadores son elementos de accionamiento que sirven
para cerrar o abrir un circuito permitiendo el paso o no de la
corriente a través de ellos.
DESPIECE DE UNA CAJA DE PULSADORES
4.2.-INTERRUPTORES DE POSICIÓN O FINALES DE
CARRERA .-
Este elemento es un interruptor de posición que se utiliza en
apertura automática de puertas, como elemento de seguridad,
para invertir el sentido de giro de un motor o para pararlo.
Como se puede observa el Final de
Carrera esta compuesto por un
contacto normalmente cerrado y otro
normalmente abierto.
Cuando se presiona sobre el vástago,
cambian los contactos de posición,
cerrándose el abierto y viceversa.
4.3.- DETECTORES.
4.3.1.- EL PRESOSTATO.
4.3.2.- EL DETECTOR INDUCTIVO. El Detector Inductivo es un fin de carrera que trabaja exento de
roces y sin contactos, no está expuesto a desgastes mecánicos y en
general es resistente a los efectos del clima. Su empleo es
especialmente indicado allí donde se requieren
elevadas exigencias, precisión en el punto de conexión, duración,
frecuencia de maniobras, y velocidad de accionamiento
Funcionamiento:
El DI es excitado por un campo alterno de alta frecuencia, el cual
se origina en la "superficie activa" del DI, la magnitud de este
campo alterno determina el "alcance" del aparato. Cuando se
aproxima un material buen conductor eléctrico o magnético, el
campo se amortigua. Ambos estados (campo amortiguado o no
amortiguado) son valorados por el DI y conducen a un cambio de
la señal en la salida.
4.3.4.- DETECTORES CAPACITIVOS.
Estos detectores de proximidad capacitivos son
interruptores de límite, que trabajan sin roces ni
contactos. Pueden detectar materiales de conducción o
no conducción eléctrica, que se encuentran en estado
sólido, líquido o polvoriento, entre otros: vidrio,
cerámica, plástico, madera, aceite, agua, cartón y papel.
El DETECTOR se conecta cuando él y el material se
encuentran uno enfrente del otro a una determinada
distancia.
APLICACIONES:
– Señalización del nivel de llenado en recipientes de material
plástico o vidrio.
– Control del nivel de llenado con embalajes transparentes.
– Aviso de roturas de hilo en bobinas.
– Aviso de rotura de cinta transportadora.
– Cuenta de botellas.
– Regulación del bobinado y de los esfuerzos de tracción de cintas
– Cuenta de todo tipo de objetos.
La superficie activa de un sensor está formada por dos electrodos
metálicos dispuestos concéntricamente, éstos se pueden
considerar como los electrodos de un condensador. Al acercarse
un objeto a la superficie activa del sensor, se origina un campo
eléctrico delante de la superficie del electrodo. Esto se traduce con
una elevación de la capacidad y el oscilador comienza a oscilar.
4.3.5.- DETECTORES FOTOELÉCTRICOS.
Los DF reaccionan a cambios de la cantidad de luz
recibida. El objeto a detectar interrumpe o refleja el haz
luminoso emitido por el diodo emisor. Según el tipo de
aparato, se evalúa o bien la reflexión del haz luminoso o la
interrupción del mismo.
La luz del emisor da en un objeto. Ésta se refleja de forma
difusa y una parte de la luz alcanza la parte receptora del
aparato. Si la intensidad de luz es suficiente, se conecta la
salida. La distancia de reflexión depende del tamaño y del
color del objeto así como del acabado de la superficie. La
distancia de reflexión se puede modificar entre amplios
límites mediante un potenciómetro incorporado.
Barreras fotoeléctricas por reflexión.
El haz de luz impulsado por el diodo emisor es captado por
una lente y enviado, a través de un filtro de polarización, a
un reflector (principio del espejo triple).
Una parte de la luz reflejada alcanza otro filtro de
polarización del reflector. Los filtros se eligen y disponen de
forma que solamente el haz luminoso enviado por el
reflector alcance el receptor, y no los haces de luz de otros
objetos que se encuentran dentro del campo de irradiación.
Un objeto que interrumpa el haz de luz enviado por el
emisor a través del re-flector hacia el receptor origina una
conexión de la salida.
5.- ACCESORIOS DE MONTAJE.
Para realizar el montaje completo de un cuadro eléctrico,
para una instalación de automatismo, es necesario utilizar
una serie de accesorios. A continuación podemos observar
algunos de ellos que son muy utilizados:
Detalle de montaje en el que podemos ver contactores,
interruptores automáticos y los accesorios necesarios:
Otro tipo de accesorio bastante utilizados son los:
BORNES DE CONEXIÓN
En la siguiente imagen podemos observar un montaje en el
que intervienen, un módulo de bornes de conexión montado
sobre un carril DIN, al que se encuentran conectados tres
detectores.
6.- COORDINACIONES DE PROTECCIÓN
COORDINACION DE LAS PROTECCIONES
(NORMAS: IEC 947-4 y 747-6)
COORDINACION DE LAS PROTECCIONES
(NORMAS: IEC 947-4 y 747-6)
MUCHAS GRACIAS
