Componentes de control y protección en circuito de potencia

Colegio Juan Piamarta
3º Electrónica
Control Eléctrico
Rogelio Ortega B
GUÍA 7: COMPONENTES DE CONTROL Y PROTECCIÓN
EN CIRCUITO DE POTENCIA
1. CONTACTOR
El contactor es un interruptor electromecánico, accionado a distancia por medio de un
electroimán., cerrando o abriendo el circuito de alimentación trifásica (380V, 50 Hz) a las
cargas, se compone de las siguientes partes:
a) Carcasa: Es el soporte fabricado en material no conductor, con un alto grado de rigidez
y resistente al calor, sobre el cual se fijan todos los componentes conductores del
contactor.
b) Electroimán: Es el elemento motor del contactor. Está compuesto por una serie de
elementos cuya finalidad es transformar la energía eléctrica en magnetismo, generando
un campo magnético muy intenso, el cual a su vez producirá un movimiento mecánico.
c) Bobina: Es un arrollamiento de alambre de cobre muy delgado y un gran numero de
espiras, que al aplicársele tensión genera un campo magnético.
Cuando una bobina se energíza con AC la intensidad absorbida por esta, denominada
corriente de llamada, es relativamente elevada, debido a que en el circuito
prácticamente solo se tiene la resistencia del conductor. Esta corriente elevada genera
un campo magnético intenso, de manera que el núcleo puede atraer a la armadura, a
pesar del gran entrehierro y la resistencia mecánica del resorte o muelle que los
mantiene separados en estado de reposo. Una vez que se cierra el circuito magnético, al
juntarse el núcleo con la armadura, aumenta la impedancia de la bobina, de tal manera
que la corriente de llamada se reduce considerablemente, obteniendo de esta manera
una corriente de mantenimiento o trabajo mucho más baja.
d) Núcleo: Es una parte metálica, de material ferromagnetico, generalmente en forma de
E, que va fijo en la carcaza. Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que
genera la bobina (colocada en la columna central del núcleo), para atraer con mayor
eficiencia la armadura.
e) Armadura: Elemento móvil, cuya construcción se parece a la del núcleo, pero sin
espiras de sombra, Su función es cerrar el circuito magnético una vez energizada la
bobina, ya que en este estado de reposo debe estar separado del núcleo, por acción de
un muelle. Este espacio de separación se denomina entre hierro o cota de llamada.
Las características del muelle permiten que, tanto el cierre como la apertura del circuito
magnético, se realizan en forma muy rápida (solo unos 10 milisegundos). Cuando el par
resistente del muelle es mayor que el par electromagnético, el núcleo no lograra atraer
la armadura o lo hará con mucha dificultad. Por el contrario, si el par resistente del
muelle es demasiado débil, la separación de la armadura no se producirá con la rapidez
necesaria.
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f) Contactos: Son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el
paso de corriente, tanto en el circuito de potencia como en circuito de mando, tan
pronto se energice la bobina, por lo que se denominan contactos instantáneos.
Todo contacto esta compuesto por tres elementos: dos partes fijas ubicadas en la coraza
y una parte móvil colocada en la armadura, para establecer o interrumpir el de la
corriente entre las partes fijas. El contacto móvil lleva un resorte que garantiza la
presión y por consiguiente la unión de las tres partes.
-
Contactos principales: Su función específica es establecer o interrumpir el circuito
principal, permitiendo o no que la corriente se transporte desde la red a la carga.
-
Contactos auxiliares: Contactos cuya función especifica es permitir o interrumpir
el paso de la corriente a las bobinas de los contactores o los elementos de
señalización, por lo cual están dimencionados únicamente para intensidades muy
pequeñas.
Simbología
IEC
NEMA
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2. GUARDAMOTOR TRIFÁSICO
El guardamotor es un interruptor magneto-térmico accionado en forma manual y local
cuando se usa por si solo, y automático y remoto cuando se combina con un contactor. Los
guardamotores permiten comandar y proteger motores eléctricos.
Con un sólo aparato se cubren las siguientes funciones:
-
Protección contra corto circuitos.
Protección contra sobrecargas.
Protección contra falta de fase.
Arranque y parada.
Señalización.
El guardamotor posee un interruptor (ON-OFF), un relé de sobrecarga y un disparo
magnético perfectamente combinados entre sí. Se lo debe montar junto con un contactor
sólo cuando se requiere accionamiento a distancia.
Simbología IEC
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3. RELÉ TÉRMICO
El relé térmico es un elemento de protección únicamente contra sobrecargas, cuyo principio
de funcionamiento se basa en la deformación de ciertos elementos (bimetales) bajo el
efecto del calor, para accionar, cuando este alcanza ciertos valores, unos contactos
auxiliares que desenergicen todo el circuito y energicen al mismo tiempo un elemento de
señalización.
El bimetal esta formado por dos metales de diferente coeficiente debilitación y unidos
firmemente entre sí, regularmente mediante soldadura de punto. El calor necesario para
curvar o reflexionar la lamina bimetalica es producida por una resistencia, arrollada
alrededor del bimetal, que esta cubierto con un material de asbesto, a través de la cual
circula la corriente que va de la red al motor. Se ubica en el circuito de potencia.
Los bimetales comienzan a curvarse cuando la corriente sobrepasa el valor nominal para el
cual han sido dimencionados, empujando una placa de fibra hasta que se produce el cambio
de estado de los contactos auxiliares que lleva. El tiempo de desconexión depende de la
intensidad de la corriente que circule por las resistencias.
Simbología
IEC
NEMA
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4. INTERRUPTOR DIFERENCIAL
El interruptor diferencial es un aparato cuya misión es desconectar una red de distribución
eléctrica, cuando alguna de sus fases se pone a tierra, bien sea directamente o a través de
humedades generalmente. El interruptor diferencial se activa al detectar una corriente de
defecto Id, que sea superior a su umbral de sensibilidad Is.
La protección diferencial está basada en la 1ª Ley de Kirchoff, esto hace que cuando se
produce la derivación a tierra de una fase, exista un desequilibrio entre la suma geométrica
de las intensidades de la red; este desequilibrio, que es precisamente la corriente de defecto
Id, es lo que detecta el interruptor diferencial, provocando a continuación la desconexión de
la red defectuosa.
Los interruptores diferenciales más empleados domésticamente y en instalaciones de poca
potencia, que se suelen fabricar compactos y para intensidades nominales de entre 5 y 125
A, suelen tener dos tipos de sensibilidad fija que son:
-
Interruptores de media sensibilidad ........ Is = 0,3 A = 300 mA
-
Interruptores de alta sensibilidad ............ Is = 0,03 A = 30 mA
La sensibilidad es el valor que aparece en catálogo y que identifica al modelo, sirve para
diferenciar el valor de la corriente a la que se quiere que "salte" el diferencial, es decir,
valor de corriente que si se alcanza en la instalación, ésta se desconectará.
El tipo de interruptor diferencial que se usa en las viviendas es de alta sensibilidad (30 mA)
o de muy alta sensibilidad (10 mA), ya que son los que quedan por debajo del límite
considerado peligroso para el cuerpo humano. Por regla general, en viviendas no se utilizan
interruptores diferenciales de 10mA de sensibilidad, ya que se utiliza cuando los cabes de
instalación son cortos, por lo que en una vivienda lo único que provocaría es que el
interruptor "saltara" constatemente. La sensibilidad en un interruptor diferencial, viene
marcada como 0,030A.
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Simbología IEC
Diferencial bipolar
Diferencial tetrapolar
5. DISYUNTOR O INTERRUPTOR AUTOMÁTICO
Este es otro elemento de seguridad para los hogares, protege en caso de cortocircuito y en
caso de sobrecarga.
Funcionamiento en caso de cortocircuito: Se denomina cortocircuito al fallo en un aparato o
línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o
fase al neutro o tierra, entre dos fases en el caso de sistemas polifásicos en corriente alterna
o entre polos opuestos en el caso de corriente continua.
Cuando se produce un cortocircuito las corrientes del mismo tienden a aumentar al infinito,
al ser tan grandes estas corrientes activan el accionamiento magnético del interruptor. El
accionamiento magnético básicamente es un electroimán que con las corrientes elevadas
del cortocircuito activa el dispositivo de disparo
“La protección contra cortocircuito debe ser casi instantánea, tarda en interrumpir el
servicio eléctrico unas pocas centésimas de segundo”.
Funcionamiento en el caso de sobrecarga: La sobrecarga se produce generalmente cuando
entran en funcionamiento varios artefactos al mismo tiempo. Ejemplo: Microonda, plancha,
lavarropas, etc.
El accionamiento por sobrecarga lo produce una lámina bimetálica (material formado por
materiales de distinto coeficiente de dilatación térmica).
Cuando se produce la sobrecarga empieza a circular mayor corriente de la que el disyuntor
esta calibrado para soportar, esta corriente elevada empieza a producir el calentamiento de
los conductores, por ende se calienta también la lámina bimetálica la cual activa el
accionamiento de disparo.
“La protección contra sobrecarga es más lenta que la por cortocircuito, tardará unos
minutos en interrumpir el servicio eléctrico”.
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Simbología IEC
Automático unipolar
Automático tripolar
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