Proteccion de l¡neas y motores

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"Protecciones de las Líneas Eléctricas "
Indice
1.2.2.1.2.1.1.2.1.2.2.1.3.2.1.4.2.1.5.3.4.4.1.4.2.5.5.1.5.2.5.2.1.5.2.2.5.2.3.5.2.4.5.3.6.6.1.6.2.6.2.1.6.2.2.6.2.3.6.2.4.7.7.1.8.8.1.8.2.8.3.8.4.-
Generalidades
Relés de protección.
Tipos de relé de protección y vigilancia de líneas y redes.
Relé de intensidad.
Relés de tensión.
Rele de vigilancia de contacto a tierra.
Relé diferencial.
Relé de distancias.
Protección contra sobrecargas.
Corrientes de cortocircuito.
Clases de cortocircuitos.
Calculo de intensidad de cortocircuito ( Icc).
Protección de instalaciones contra cortocircuitos.
Interruptor automáticos de potencia.
Interruptor de potencia de alta tensión.
Apertura de contactos de un interruptor de potencia.
Interruptor en baño de aceite.
Interruptor de pequeño volumen de aceite.
Interruptores de gas a presión
Fusibles.
Sobretensiones.
Sobretensiones externas.
Sobretensiones internas.
Sobretensiones de maniobra.
Sobretensiones de puesta a tierra.
Sobretensiones a la frecuencia de servicio.
Sobretensiones de puesta en servicio de líneas.
Protección de líneas eléctricas contra sobretensiones.
Dispositivos y aparatos de potencia.
Pararrayos.
Pararrayos - autovalvulas.
Características de un pararrayos - autovalvulas.
Elección de un pararrayos.
Montaje.
1.- Generalidades
La seguridad en el suministro de energía eléctrica desde la central al punto de consumo depende, en gran
parte, del grado de protección previsto en las subestaciones y líneas intermedias. Una línea eléctrica bebe
estar protegida contra sobreintensidades, cortocircuitos y sobretensiones.
2.- Relés de protección.
Los reles de protección son derivados de los reles de medición, los cuales por su funcionamiento rápido y
automático, hacen posible la agrupación.
Los reles de protección deben reponder a diversas exigencias :
- Consumo propio reducido.
- Sensibilidad.
- Capacidad de soportar cortocircuitos sin deformarse.
- Exactitud de los valores de funcionamiento.
- Indicación de los valores de funcionamiento mediante señales ópticas.
- Posibilidad de transmisión de los valores medidos para la indicación a distancia.
El funcionamiento general de los reles de protección es tal que, al sobrepasar o descender por debajo de un
valor de la magnitud de acción que ellos vigilan, hace dispararse al interruptor de potencia.
2.1.- Tipos de relé de protección y vigilancia de líneas y redes.
Según su funcionamiento los reles de protección pueden ser :
- Sobreintensidad.
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- Mínima y máxima tensión.
- Vigilancia de contactos a tierra.
- Diferenciales.
- Distancia.
2.1.1.- Relé de intensidad.
El aparato actúa cuando la corriente que circula sobrepasa la corriente nominal. El relé de sobreintensidad
no retrasado tiene el mismo funcionamiento pero tiene un contacto auxiliar.
- El relé temporizado de sobreintensidad independiente : es la combinación de reles de tiempo y de
intensidad, cuando se detecta una sobreintensidad se pone en funcionamiento el mecanismo de tiempo que
es totalmente independiente de la magnitud de la intensidad.
- El rele temporizado de sobre intensidad térmico : este tipo de rele actúa al cabo de unos segundos de
producirse la sobrecarga, disminuyendo el tiempo de disparo fuertemente al aumentar la intensidad
2.1.2.- Relés de tensión.
Su comportamiento es similar al rele de sobreintensidad no retardado, distinguiéndose dos tipos: de mínima
y máxima tensión.
- El rele de mínima tensión actúa cuando la tensión de red disminuye a un valor que pudiera ser peligroso
para los receptores( < 85 % de VL ) y que persiste durante cierto tiempo.
- El rele de máxima tensión tiene la misión de evitar la elevación de la tension de red a valores superiores al
máximo previsible
- El rele de vigilancia de la tensión trifasica se coloca en redes trifasicas para la vigilancia de las tres
tensiones en reles de protección o contadores y así evitar disparos o mediciones erróneas. Generalmente
señalan fuertes descensos o la caída de una o varias tensiones.
2.1.3.- Relé de vigilancia de contacto a tierra.
El relé de vigilancia de contacto a tierra tiene la misión de señalizar inmediatamente, en redes sin puestas a
tierra del punto estrella, los contactos a tierra que se presenten en la red. Los dispositivos de extinción de
contactos a tierra disminuyen la corriente en los puntos de contacto a tierra a una medida no perjudicial,
evitando poner inmediatamente fuera de servicio las partes de la línea afectadas por el contacto a tierra
2.1.4.- Relé diferencial.
Tiene la misión de detectar la corriente de defecto de una línea por comparación de las corrientes en sus
dos extremos captadas por medio de transformadores de intensidad. Cuando la comparación de corrientes
se hace de dos líneas en paralelo, se llama relé diferencial transversal.
2.1.5.- Relé de distancia.
Es un dispositivo que actúa al producirse cortocircuitos en las líneas durante un tiempo que resulta
proporcional a la distancia donde se haya producido dicho defecto. Este tipo de protección es el más
generalizado en líneas de media y alta tensión
3.- Protección contra sobrecargas.
Este tipo de protecciones suele utilizarse en líneas subterráneas como medida de precaución para evitar el
paso de intensidades superiores a las nominales, con el consiguiente peligro para el aislamiento, por causas
térmicas. Naturalmente este exceso de intensidad es siempre muy inferior a la corriente de cortocircuito,
utilizándose para su prevención dispositivos térmicos o magnéticos, similares a los utilizados el las
protecciones de motores. También puede utilizarse fusibles, como dispositivo para interrumpir el paso de
corriente. También puede conseguirse una protección eficaz de sobre intensidades con seccionadores en
carga combinado con fusibles de apertura rápida y relés térmicos.
4.- Corrientes de cortocircuito.
Debido al constante incremento de producción de energía eléctrica, las corrientes de cortocircuitos, en los
sistemas de transporte y distribución actuales alcanzan valores elevados, que en muchos casos pueden
afectar gravemente las instalaciones.
La corriente de cortocircuito de una instalación eléctrica, en general, va acompañada, en el momento inicial,
de fenómenos transitorios seguidos de una situación permanente. Los efectos básicos del cortocircuito
sobre la instalación se pueden resumir en dos :
a) Efecto electrodinamico, debido a la fuerza que aparece en los conductores al ser atravesados por fuertes
corrientes y estar bajo campo magnético. El campo magnético lo crea la misma corriente o bien la corriente
que circule por los conductores vecinos de la misma o distintas fases. Esta fuerza es proporcional al
cuadrado de la intensidad. La fuerza máxima se producirá, por tanto, cuando la corriente tenga el valor
máximo.
Efecto térmico, debido al calor producido por la intensidad ( Efecto Joule ) y a la capacidad calorifica de la
zona donde se haya producido. Dada la escasa duración del cortocircuito, normalmente inferior a 3 s, puede
afirmarse que no se produce transmisión de calor al medio que rodea al conductor. Puede tomarse como
ecuación de equilibrio térmico aproximada la siguiente :
Q = R· I2 · ∆ t
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en donde :
R = resistencia ohmica del conductor.
I = intensidad que circula por él.
∆ t = tiempo de duración del cortocircuito.
Q = capacidad calorifica del cable, que depende de su sección, clase de conductor ( Cu o Al ) y
temperatura máxima admisible.
A partir de la ecuación de equilibrio podrá calcularse la intensidad de cortocircuito máxima que es capaz de
soportar el cable. Además de los efecto anteriores, un cortocircuito produce una caída de tensión elevada,
que a su vez puede dar lugar a desequilibrios de tensiones y corrientes en la red.
4.1.- Clases de Cortocircuitos.
En las redes trifasicas y neutro a tierra se pueden distinguir :
- Cortocircuto trifásico.
- Cortocircuito entre dos fases sin contacto a tierra, que afecta a dos fases cualquiera
- Cortocircuito entre dos fases con contacto a tierra, que afecta a dos fases y tierra
- Cortocircuito entre fase y tierra, es el caso más normal en las líneas de A. T..
Un cortocircuito equivale a una carga cuya intensidad solo viene limitada por la impedancia de la parte de
red afectada.
4.2.- Calculo de la intensidad de cortocircuito ( I cc ).
El cortocircuito trifasico equivale a una carga simétrica de la red ; por tanto, el calculo puede realizarse por
fase como si se tratara de una línea normal. Los restantes cortocircuitos son asimétricos y tienen que
calcularse por métodos difíciles por lo que se omitirá su resolución.
Los pasos a seguir para la resolución de Icc es el siguiente :
1º.- Determinar la impedancia total del tramo de línea afectada por el cortocircuito.
2º.- Determinar la Icc permanece en el punto considerado.
La impedancia de la línea afectada por el cortocircuito estará formada por circuitos serie o paralelo, o mallas
que habían de resolverse y obtener la Z equivalente. Las componentes de la impedancia total serán la
resistencia ( Rcc ) y reactancia ( Xcc ) de cortocircuito :
Zcc = Rcc + j · Xcc
 Zcc  =
Normalmente las componentes Rcc y Xcc se expresan en Ω / Km y suelen darse en los catálogos de
fabricantes de cables.
El valor de la corriente de cortocircuito I cc se obtiene a partir de la formula :
Icc =
VL
Vfase
=
Zcc
3 * Zcc
en donde :
VL = tensión de línea ( Kv ).
Zcc = impedancia de cortocircuito por fase ( Ω ).
Icc= Corriente de cortocircuito permanente ( KA ).
A su vez, la potencia de cortocircuito es:
Pcc = 3 *V L * Icc = 3 *V L *
VL
3Zcc
=
V 2L
Zcc
en donde :
VL = tensión de línea ( Kv).
Pcc = Potencia de cortocircuito ( MVA ).
5.- Protección de instalaciones contra cortocircuitos.
Tanto en M.T. como en A.T., pueden utilizarse los siguientes dispositivos de protección :
- Interruptor de potencia automático
- Fusibles.
- Procedimientos mixtos; ejemplo : fusibles - seccionadores en carga, fusibles - interruptor
automático.
5.1.- Interruptor automático de potencia.
Es un aparato mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones
normales del circuito, así como de establecer, soportar durante un tiempo especificado e interrumpir
corrientes en conducciones anormales especificas del circuito tales como el cortocircuito.
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Un Interruptor de potencia se llama automático cuando es maniobrado automáticamente mediante relés (
relé temporizador de máxima intensidad, relé térmico directo, relé electrónico de protección de líneas, etc.).
5.2.- Interruptor de potencia de alta tensión.
Los interruptores de potencia de A. T. se utilizan en las redes de suministro de energía eléctrica para unir o
separar partes de dichas redes, bien sea en condiciones normales de servicio o en caso de averías. En el
caso de producirse avería, el interruptor ha de separar las partes defectuosas de las redes, a ser posible, en
el mismo instante de producirse. Las redes están vigiladas por relés de protección, que, en caso de detectar
un cortocircuito, envían un impulso de desconexion a los interruptores correspondientes. Es interesante que
los reles realicen una protección selectiva, es decir, que eliminen a ser posible, solamente la parte de línea
comprendida entre dos interruptores. En las maniobras de servicio, las intensidades que han de cortar los
interruptores pueden llegar hasta algunos miles de amperios ; sin embargo en las desconexiones por
cortocircuito, las intensidades alcanzan valores muy elevados( 150000 A para media tensión). La elección
del interruptor para un caso determinado depende principalmente de su potencia de ruptura, que es la
mayor potencia de cortocircuito que puede desconectar dicho interruptor y suele expresarse en MVA.
5.2.1.- Apertura de contactos de un interruptor de potencia.
En los interruptores de C. A. no se interrumpe la corriente en un momento cualquiera, sino que se
aprovecha el hecho de que dicha corriente pasa dos veces por cero dentro de cada periodo, es decir 100
veces cada segundo para una frecuencia. Si se intenta interrumpir repentinamente una intensidad muy
elevada ( miles de amperios ), se producirían en la red sobretensiones muy elevadas, que , además de
perjudicar su aislamiento, formarían un arco entre los contactos abiertos del interruptor, anulando así la
maniobra de apertura.
5.2.2.- Interruptor en baño de aceite
Este tipo de interruptor hace tiempo que no se fabrica, dado su elevado volumen y precio.
5.2.3.- Interruptor de pequeño volumen de aceite.
Los interruptores de pequeño volumen de aceite producen por si mismos el fluido extintor aprovechando la
energía del arco. El arco origina gases, por evaporación del aceite, que se desplazan en forma de fluido de
aceite a través de diversos canales para extinguirlo.
5.2.4.- Interruptores de gas a presión.
Como medio de extinción, utilizan normalmente aire comprimido depositado en un recipiente de acero,
siendo el proceso de extinción independiente de la energía del arco y, por tanto, de la corriente que debe
interrumpirse. La camara de ruptura de estos interruptores puede ser de tobera metálica o tobera de
material aislante. En ambas, el arco se extiende al interior de una tobera en forma de anillo y es rodeado por
el aire comprimido, que fluye a gran velocidad en dirección axial y transversal ; normalmente es más
utilizada la tobera metálica.
5.3.- Fusibles.
Los fusibles tienen la misión de interrumpir el paso de la corriente en un circuito al aparecer
sobreintensidades o corrientes de cortocircuito. La interrupción se realiza por la fusión de un conductor
fusible, que normalmente es hilo de plata, que rodea a un soporte aislante y va soldado a las caperuzas
externas. Por el efecto de la arena de cuarzo, la extinción del arco se realiza rápidamente, limitando la
amplitud del cortocircuito. Normalmente los fusibles de ALTA TENSIÓN vienen con dispositivos de
señalización o disparo para facilitar la detección de averías.
6.- Sobretensiones.
Sobretensión es toda tensión que puede poner en peligro la existencia o servicio de una instalación
eléctrica. A su vez pueden ser de origen externo o interno.
6.1.- Sobretensiones externas.
Tienen su origen en descargas atmosféricas, y una velocidad de propagación próxima a la velocidad de la
luz ( 300000 Km / s ). Normalmente las descargas se manifiestan en forma de ondas de frente escarpado,
alcanzando su valor medio en el corto espacio de tiempo de 1µ s (micro segundo) y disminuyendo el valor a
cero en unos 100 µ s.
Las sobretensiones de origen externo pueden ser de varios tipos, por :
- Descarga directa sobre la línea ; son las más importantes.
- descargas entre nubes próximas a líneas ( descarga inductiva ).
- Descarga entre líneas y tierra ( descarga indirecta).
- El efecto pantalla de las edificaciones ( descarga reflejada ).
6.2.- Sobretensiones internas.
Tienen su origen en las variaciones de carga en una red, maniobras de desconexion de u interruptor,
formación o cese de un fallo a tierra, corte de alimentación a un transformador en vacío, puesta en servicio
de línea aérea o subterránea, etc.
6.2.1.- Sobretensiones de maniobra.
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Las principales sobretensiones de maniobra se deben a aperturas de interruptores, fusión de un fusible y
desconexion de un transformador que funcione en vacío. Este tipo de sobretensiones, tanto por su larga
duración como por su elevada frecuencia ( M. F. o A. F. ), influyen considerablemente a la hora de la
elección de protecciones como el pararrayos.
6.2.2.- Sobretensiones de puesta a tierra.
Se consideran solo las que forman parte de fenómenos transitorios producidos durante la puesta a tierra e
interrupción de la misma. Los arcos que se producen son muy peligrosos y las sobretensiones pueden
alcanzar valores de 3,1 veces la tensión nominal entre fases.
6.2.3.- Sobretensiones a la frecuencia de servicio.
Son las originadas en las centrales eléctricas por causa de disminución bruscas de carga en la red que
alimentan, al permanecer constante la excitación del alternador, motivando el embalamiento de la turbina.
Las sobretensiones alcanzan valores del orden de 1,2 a 1,3 veces la tensión nominal.
6.2.4.- Sobretensiones de puesta en servicio de líneas.
La puesta en servicio de una línea, aérea o subterránea ( cable ), origina una onda estacionaria de corta
duración que normalmente se amortigua a lo largo de la red.
7.- Protección de líneas eléctricas contra sobretensiones.
El material de A. T. instalado en las líneas ha de poder soportar los efectos de cualquier sobretension, bien
sea de origen externo o interno.
Las sobretensiones que alcanzan valores superiores a las tensiones de ensayo del material
( conductores, aparato, etc. ) son muy peligrosas, tanto por la amplitud de la tensión como por el gradiente
de potencial de su frente escarpado. En el calculo de líneas, hay que tener en cuenta los dispositivos para
evitar que las sobretensiones puedan dañar las instalaciones.
7.1.- Dispositivos y aparatos de protección.
Los dispositivos y aparatos de protección contra sobretensiones conectados permanentemente a las líneas
eléctricas son :
- Cables de tierra : destinados a prevenir ondas de sobretensiones externas y derivarlas a tierra.. Solamente
son eficaces en líneas de 1ª categoría.
- Puesta a tierra del neutro, bien sea directamente o a través de resistencias o impedancia débiles.
- Pararrayos, que entran en servicio cuando la tensión alcanza un valor superior a la de servicio y
comprendidas entre los limites inferior y superior a la tensión de cebado, provocando la descarga a tierra de
la corriente que a él llega, a través de las líneas a las que está conectado.
8.- Pararrayos.
El pararrayos tiene una función principal que cumplir, que es la de proteger la instalación eléctrica (
transformador, interruptor, conductores de línea, etc.) contra sobretensiones de origen externo o interno, a la
vez que absorbe parte de su energía. Los pararrayos de cuernos ( antenas ) van siendo reemplazados por
el tipo autovalvulas, también llamado resistencia valvular y descargador de sobretension.
8.1.- Pararrayos - autoválvula.
Este aparato se compone básicamente de dos partes, el explosor y la resistencia variable unida a él en
seria. Cuando la amplitud de una sobretension supera la tensión de cebado del pararrayo, saltan arcos en el
explosor y cierran el circuito de A. T. a tierra a través de la resistencias variables. La resistencia variable
esta formada por un material conglomerado capaz de variar con rapidez su resistencia eléctrica,
disminuyendo su valor cuando mayor sea la tensión aplicada y pasándolo a un elevado valor al reducirse la
tensión. Se comporta, pues, el aparato como una válvula, cerrada para la tensión nominal del sistema y
abierta para las sobretensiones.
8.2.- Características de pararrayos - autovalvulas.
La eficacia de un pararrayos estará en función de las siguientes características :
1.- Tensión nominal o tensión de extinción ( VL ) : es el valor más elevado de la tensión eficaz a frecuencia
industrial admisible entre bornes del pararrayos
2.- Frecuencia nominal : es el valor de la frecuencia para la que esta previsto el pararrayos.
3.- tensión de cebado a frecuencia industrial : es el valor eficaz de la mínima tensión que, aplicada entre
bornas al pararrayos, provoca el cebado de los componentes adecuados del mismo.
4.- Tensión de cebado a la onda de choque : es el valor cresta de la tensión que aparece antes del paso de
la corriente de descarga.
5.- Tensión residual : es la tensión que aparece entre el terminal de línea y el terminal de tierra de un
pararrayos durante el paso de la corriente de descarga.
6.- Corriente de descarga : es la onda de corriente derivada a tierra por un pararrayos después de un
cebado.
8.3.- Elección de un pararrayos.
En la elección de un pararrayos influyen considerablemente las características del tipo de instalación que ha
de proteger. Entre los factores que se deben tener en cuenta se pueden citar : altura sobre el nivel del mar,
frecuencias anormales, etc.
8.4.-Montaje.
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Los pararrayos - autovalvulas de M. T. solo pueden ofrecer una protección segura cuando se montan lo más
cerca posible de las partes de instalación que han de protegerse, casi siempre de los transformadores. Es
conveniente siempre mantener una resistencia de contacto a tierra lo más pequeña posible.
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Protección De Motores
Índice
1.- Generalidades.
2.- Fusibles.
3.- Combinacion del fusible y del relé de sobrecargas.
4.- Relé de sobrecargas mag. de acción instantáneo.
5.- Relé de sobrecargas mag. de acción retardada.
6.- Relé de sobrecargas térmicos, de aleación fusible.
7.- Relé de sobrecargas térmicos bimetalicos.
8.- Relé de sobrecargas térmicos inductivo de aleación de fusible.
9.- Relé de sobrecarga térmicos inductivo bimetalico
10.- Dispositivos térmicos auxiliares.
11.- Relé diferencial.
1.- Generalidades
El Código Nacional de Electricidad ( N.E.C ), de USA, es deliberadamente muy detallado respecto a la
protección de los circuitos derivados del motor.
El objetivo es evitar incendios de origen eléctrico en dichos circuitos y en los conductores de alimentación al
motor. En dicho Código se especifica claramente los sistemas de sobrecargas y de cortocircuitos tanto para
los conductores de alimentación como para los circuitos derivados, así como el calibre mínimo de los cables
que debe ser utilizado para un solo motor o grupo de ellos. En caso de cortocircuito en el interior del motor
el sistema de protección contra cortocircuitos del circuito auxiliar evitara que se dañe, además del propio
motor, el arrancador y el equipo de control del mismo. El sistema de protección del circuito auxiliar contra
sobrecargas, determinado en parte por la corriente en el arranque y en el tipo de motor, esta proyectado
para proteger a los conductores de alimentación contra sobrecargas continuadas. Esta protección en la
línea es, sin embargo, mas elevada que la necesaria para la protección del motor contra sobrecargas
constantes en funcionamiento. Por esto, es necesario, además, proteger al propio motor contra sobrecargas
operativas utilizando dispositivos de máxima los cuales van incluidos en la carcasa del motor o bien el
arrancador o en el regulador. Otros dispositivos protectores que serán considerados además de máxima,
incluyen protecciones contra baja tensión y sobretension, interrupción del campo en derivación, inversión e
interrupción de fases y protecciones contra temperatura y desvío de frecuencia.
2.- Fusibles
Quizá el dispositivo mas simple de protección del motor contra sobreintensidades es el fusible. Los fusibles
están divididos en dos grandes grupos: fusibles de baja tensión (600 V o menos) y fusibles de alta tensión (
mas de 600 V ) . En la figura 1-1 se muestran tres tipos de fusibles. El tipo de cartucho o contacto de
casquillo, mostrado en la figura 1.1a, es útil para las tensiones nominales entre 250 y 600 Ven los de tipo fijo
y recambiable. El tipo fijo mostrado en el esquema contiene polvo aislante ( talco o un adecuado aislante
orgánico) redondeando el elemento fusible. En caso de cortocircuito, el polvo tiene como misión: (1) enfriar
el metal vaporizado, (2) absorber el vapor metálico condensado, y (3) extinguir el arco que pueda
mantenerse en el vapor metálico conductor. La presencia de este polvo es la que confiere al fusible su alto
poder de ruptura en el caso de cortocircuitos bruscos.
La figura 1-1c muestra el tipo tapón fusible, el cual funciona a la tensión nominal de 125 V, estando
disponible en le comercio para bajas corrientes nominales de hasta 30 A. Estos fusibles poseen una base
roscada y están proyectados para ser utilizados en arrancadores reducidos o en cajas de interruptores de
seguridad a 125 V, en motores de pequeña corriente. Por regla general, los fusibles protegen contra los
cortocircuitos mas bien que contra las sobrecargas.
Se han efectuado ensayos para mejorar las características del fusible en las aplicaciones a los motores de
forma que, con valores nominales inferiores, permitan protecciones contra sobrecargas y de cortocircuitos.
Un tipo de fusible llamado fusible temporizado, que existe en los tipos de cuchillas, cartucho y tapón,
proporciona un gran retardo en el caso de sobrecargas momentáneas o sostenidas antes de desconectar el
circuito. Estos fusibles contienen dos elementos en serie ( o paralelo ): (1) un elemento fusible estándar para
la protección de cortocircuitos ( 25 a 50 veces la corriente normal) y (2) una disposición contra sobrecarga, o
interruptor térmico de hasta cinco veces la corriente nominal que proporciona una característica de retardo
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de tiempo inverso. La cualidad de tiempo inverso significa que, por ejemplo el circuito será conectado por
este ultimo elemento en unos 3 minutos( a 5 veces la corriente nominal), hasta aproximadamente 10
segundos ( a unas 20 veces la corriente nominal), ya que el efecto térmico varia con el cuadrado de
corriente. Por tanto un fusible de valor nominal relativamente pequeño puede ser empleado para procurar la
protección contra sobrecargas y sin llegar a desconectar el circuito durante los periodos de elevación
transitoria de la corriente en el arranque o en el frenado. En el caso de cortocircuito, el elemento fusible
estandar de acción instantánea interrumpe inmediatamente el circuito para evitar desperfectos.
Otro tipo aparte de fusible que ha sido fabricado, intenta mejorar la capacidad de limitación de corriente de
estos dispositivos antes de que la corriente de cortocircuito alcance su máximo o un valor de régimen
permanente.
Los fusibles de cartucho comunes poseen cierta capacidad de limitación de la corriente ya que interrumpen
el circuito casi instantáneamente antes de que el cortocircuito tenga la oportunidad de existir y fundir o unir
los contactos de los disyuntores o relés de máxima. El fusible de potencia limitador de la corriente contiene
elementos fusibles de aleación de plata rodeados por cuarzo en polvo.
Por encima de 600V se emplean fusibles especiales de alta tensión que incluyen varios órganos para
extinguir el arco que se podría mantener, particularmente a alta tensión, cuando el elemento fusible se
vaporiza a causa de la corriente excesiva.
Los tipos de fusibles de alta tensión mas comunes son: (1) el fusible de desionizacion con ácido bórico
liquido, (2) el fusible de expulsión, y (3) el fusible de material sólido
3.- Combinación del fusible y del relé de sobrecargas
Aunque los propios fusibles presentan, naturalmente, la protección de cortocircuitos o de corriente máxima
ruptura, su protección contra sobrecargas esta algo limitada por las razones anteriormente citadas. Los relés
de máxima están proyectados para funcionar desde el 110 al 250 por ciento de sobrecarga con corrientes
máximas de ruptura de hasta 10 veces la corriente nominal. La figura 1-1d muestra el conjunto combinado
de fusible y relé de máxima que comprende los sistemas de protección de sobrecargas y cortocircuito. El
tiempo de operación del relé de máxima varia inversamente con la corriente de sobrecarga.
4.- Relé de sobrecarga magnético, de acción instantánea
Un tipo de relé de sobrecarga que obedece a un principio magnético de funcionamiento se muestra en la
figura 1-2a. Este tipo de relé puede ser utilizado en circuitos de corriente continua y con una modificación
auxiliar, en circuitos de corriente alterna ( por inclusión de un maguito fijo de cobre o de latón rodeando la
armadura). Como se observa en la figura1-2a, los contactos fijos están normalmente cerrados cuando el
relé magnético de sobrecargas esta desexcitado. Con la corriente nominal o algo inferior, la presión del
resorte es suficiente para impedir el movimiento de la armadura. Cuando la corriente alcanza o excede una
sobrecarga particular ( digamos el 125 por ciento de la carga nominal), se crea la fuerza magnetomotriz
suficiente para producir el movimiento de la armadura y la apertura de los contactos normalmente cerrados
con lo que se conecta el motor.
5.- Relé de sobrecarga magnético, de acción retardada
La figura 1-2 b muestra el mismo relé con la adición de un amortiguación para retardar el movimiento de la
armadura. El amortiguador contiene aceite o un fluido especial de viscosidad adecuada para producir el
retardo necesario. Unido a la armadura ¡, existe un pistón en varios agujeros por los cuales pasa el fluido. El
pistón asciende cuando la f.m.m. de la bobina es suficiente para ejercer una tracción sobre la armadura.
Para regular el tiempo de retardo del relé, el tamaño de las aberturas de los agujeros se puede modificar
sacando la cubeta y girando un disco obturador sobre el pistón. El dispositivo produce una característica de
retraso tiempo inverso ( ver figura 1-2). Cuando la sobrecarga aumenta, la fuerza que hace subir al pistón es
mayor y la armadura se levanta en mas breve tiempo para abrir los contactos normalmente cerrados.
La ventaja del relé magnético de acción retardada, diferente del tipo instantáneo, es que las sobrecargas
súbitas o momentáneas son insuficientes para ocasionar la desconexion del motor. Sin embargo, si la
sobrecarga continua durante el periodo dado, el pistón se levanta lentamente, debido a la acción del liquido,
para desplazar los contactos cerrados.
Se observara que, cuando la armadura se levanta, la reluctancia magnética disminuye ( entrehierro menor)
y la tracción sobre la armadura aumenta.
Los relés magnéticos contra sobrecargas tienen la ventaja de procurar un ajuste preciso de retardo del
tiempo de disparo para cada motor.
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6.- Relés de sobrecarga, térmicos, de aleación fusible
Un relé térmico, concretamente proyectado para el reenganche manual y que se muestra en la figura 1-3a ,
es el relé térmico de aleación fusible. Como se observa en el esquema, se conecta un calefactor eléctrico de
alta potencia en el circuito de carga ( de un motor de c.c. o de c.a.. Bajo condiciones de sobrecargas el calor
es suficiente para fundir la aleación fusible a baja temperatura y hacer que el muelle arrastre al cierre y haga
girar el contacto móvil fuera de los contactos fijos. Al principio podría parecer que, comparado con el relé
magnético de máxima, el tipo de aleación fusible es un dispositivo complicado sin necesidad. Realmente, es
un relé de máxima practico y muy popular.
7.- Relés de sobrecarga, térmicos bimetalicos
Las ventajas de la utilización de un calefactor separado ( indicado en la sección precedente) para accionar
los contactos de máxima normalmente cerrados, animó al desarrollo de otros dispositivos mas sencillos y
menos caros tales como el relé térmico bimetalico mostrado en la figura 1-3b. Una tira rectangular
bimetalica corriente que se curvara al calentarse debido a la diferente dilatación de los dos metales. Este
tipo de desviación es lento, por lo que podría quemar los contactos al interrumpir una corriente elevada del
circuito muy inducido de un motor. El dispositivo mostrado en la figura 1-3b emplea un disco circular
bimetalico cuya cara superior tiene un elevado coeficiente de dilatación. A causa del calor, las fuerzas
desarrolladas en el disco, debidas a la distinta, son tales que el disco debe invertir su convexidad con
rapidez en vez de gradualmente. El disparo de acción rápida que aparece en el instante de la inversión tiene
fuerza suficiente para abrir los contactos fijos a y b tal como se muestra en la posición desplazada de la
figura 1-3b. El tiempo de desplazamiento del relé térmico bimetalico de máxima es inversamente
proporcional a la magnitud de la corriente de sobrecarga sostenida. De la misma forma que los relés de
fusión térmica y acción retardada, permite sobrecargas de breve duración sin desconectar el motor de la
línea.
El relé bimetalico posee dos ventajas que no presentan los tipos de aleación fusible y puede retornar
automáticamente y por medio de un elemento de compensación, se pueden realizar ajustes según las
variaciones de la temperatura ambiente.
8.- Relé de sobrecarga, térmico, inductivo de aleación fusible
Uno de los inconvenientes de los relés de máxima de aleación fusible y térmicos bimetalicos, mostrados en
las figuras 1-3a y b, es que el uso de un calefactor separado sólo puede permitir ajustes de sobrecarga en
incrementos discretos, según los calibres disponibles de calefactores de corrientes. Por estar ( algunas
veces ) al alcance los calefactores de repuesto, ya que las piezas de recambio se suministran normalmente
con el arrancador, es costumbre tener a mano un surtido de calefactores de valores superiores e inferiores
al valor de ajuste de la corriente de sobrecarga a la que el calefactor esta calibrado. Para un servicio
determinado del motor a veces se desea ajustar un poco mas elevado el valor nominal de la sobrecarga
durante una marcha determinada o un funcionamiento particular. Un dispositivo que lo permite es el relé de
sobrecarga inductivo de aleación fusible ( el tipo llamado inductotermico), mostrado en la figura 1-3c. Este
relé se acciona según el principio de la inducción de corrientes de Foucault en un cilindro de aleación de
cobre y en la aleación fusible a baja temperatura que esta en el interior del mismo. El relé solo funciona en
corriente continua y se utiliza exclusivamente para la protección de sobrecargas en motores de c.a. Como el
calor producido en la aleación fusible es proporcional a la densidad de flujo creada por la corriente en la
bobina de inducción, se produce una característica de tiempo inverso.
Sus ventajas son (1) para una bobina de una determinada capacidad de corriente, el ajuste de disparo de
máxima es regulable sin limitación, y (2) en unión con transformadores de varias tomas de corrientes (fig. 14b), el mismo relé de máxima puede ser utilizado para una amplia diversidad de motores de c.a, de superior
o inferior valor nominal de la corriente de sobrecargas, con las mismas ventajas de ajuste indicadas en (1)
9.- Relé de sobrecargas, térmico, inductivo, bimetalico
La ampliación de la gama de ajuste de sobrecargas de una determinada bobina de máxima también es
posible en los relés bimetalicos de la figura 1-3d , la cual ilustra un relé térmico inductivo bimetalico contra
sobrecargas. Este relé contiene un núcleo de hierro que generalmente es fijo( aunque han aparecido unos
cuanto modelos que también permiten variación), inserto en un manguito de cobre o de latón al que ha sido
soldada una armadura bimetalica en palanca. Las corrientes de Focault generadas en el tubo de cobre
calientan la palanca bimetalica. Una corriente de sobrecarga produce el calor suficiente para curvar la
armadura bimetalica y desplazar los contactos del circuito de carga normalmente cerrados. Generalmente
este relé es de reposición automática; pero puede disponerse una reconexion manual como se describió en
Proteccion de l¡neas y motores
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la sección 1-7. Las ventajas de este relé son las mismas que las indicadas en el párrafo precedente con la
ventaja añadida de que es un mecanismo mas simple y compacto.
10.- Dispositivos térmicos auxiliares
El principio bimetalico también se utiliza en un dispositivo denominado termotático o disco térmico, que se
muestra 1-3e. Los contactos del disco están normalmente cerrados a la temperatura usual, y el aparato
puede remacharse o soldarse al bastidor o soporte. En el caso de un incremento de la temperatura
ambiente a causa de una ventilación deficiente, de una tensión de línea anormal . El disco térmico
bimetalico no utiliza ningún tipo de bobinas, pero sus contactos deben ser lo suficientemente grandes en
motores pequeños, para interrumpir la corriente de la línea o de inducido.
11.- Relé diferencial
Como el principio de inducción funciona por medio de un equilibrio de la f.m.m y de la corriente en las
bobinas principales y en cuadratura del relé, este principio puede emplearse para detectar ligeros
desequilibrios en los circuitos de c.a. Las dos bobinas principales inferiores son una bobina de suma y una
diferencia, respectivamente, a la vez que las bobinas en cuadratura superiores también son una bobina de
suma y una de diferencia. La corriente en las bobinas de suma se compensa con la corriente de las bobinas
de diferencia. Si las corrientes son equilibradas e iguales, no se produce ningún campo resultante y el disco
no girara. El relé diferencial funciona como un relé para cada fase y esta conectado para detectar solo un
desequilibrio en el interior de la misma maquina, en vez de detectar un desequilibrio de la corriente de la
línea o del sistema.
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