Electricidad

UNIDAD

IV

Selección de Conductores y Dispositivos de Protección

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Instalaciones Eléctricas

Índice

Unidad IV: Selección de Conductores y Dispositivos de Protección 1.

2.

3.

4. 5.

Selección de conductores y dispositivos de protección............................................... 1 1.1. Introducción ................................................................................................ 1 1.2. Aislantes ...................................................................................................... 2 1.3. Cubierta protectora ...................................................................................... 3 1.4. Especificaciones de los conductores eléctricos ................................................ 3 1.5. Selección de conductores eléctricos ............................................................... 5 1.6. Capacidad de transporte de los conductores .................................................. 6 1.7. Cálculo de conductores para alimentar a cargas concentradas........................10 1.8. Cálculo de conductores para alimentar a cargas distribuidas ..........................12 Dispositivos de protección ......................................................................................13 2.1. Interruptores automáticos industriales para baja tensión ...............................13 2.2. Fusibles ......................................................................................................15 2.3. Relés térmicos.............................................................................................18 2.4. Relés térmicos diferenciales .........................................................................20 2.5. Reles magnetotérmicos................................................................................21 2.6. Sondas térmicas ..........................................................................................21 Selectividad de coordinación de protección ..............................................................23 3.1. Selectividad entre dos fusibles......................................................................24 3.2. Selectividad de disyuntores ..........................................................................24 3.3. Selectividad de fusible y disyuntor ................................................................25 Prueba de autocomprobación .................................................................................26 Respuestas a la prueba de autocomprobación .........................................................27

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UNIDAD IV

SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN 1.

SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN 1.1.

INTRODUCCIÓN La conservación del medio ambiente y los recursos del planeta, entre ellos la energía, son hoy una preocupación que se ha extendido a todos los campos de acción del hombre. Considerando los avances que ha traído el progreso, se ha despertado un interés generalizado respecto del uso racional y eficiente de la energía, pues de ello dependerán cualitativa y cuantitativamente los proyectos que pongamos en marcha. La función de un conductor eléctrico es distribuir la energía eléctrica, desde una fuente, hasta un punto de utilización. Pero cuando la energía fluye por los cables un porcentaje de dicha energía se disipa en forma de calor, lo que reduce los niveles de eficiencia.

Figura 4.1 Conductores eléctricos.

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En los últimos años, un número importante de las instalaciones eléctricas no se han ampliado ni mejorado, no obstante, hay mayor consumo de energía. En este contexto, vale la pena destacar que tan sólo con incrementar la sección de los conductores, las pérdidas de energía pueden reducirse a valores mínimos. Si consideramos el costo de generar energía, en relación con el costo de implementar un programa para ahorrarla, siempre resultará de mayor beneficio para el país, en general, desarrollar sistemas destinados a optimizar la eficiencia energética. ¡Recuerde que la energía perdida jamás se recupera y se convierte en un sobrecosto. Es el usuario final quien paga dicho sobrecosto! De acuerdo a los fenómenos eléctricos, la materia se puede comportar como: • Conductor. • Aislante. • Semiconductor. El cobre que se utiliza para conductores es del tipo electrolítico de alta pureza, o sea de un 99,99999%. Dependiendo del uso que se le vaya a dar, este presenta los siguientes grados de dureza o temple: • Duro. • Semiduro. • Blando o recocido. Identificación del conductor El conductor se identifica por su tamaño o calibre, que puede ser milimétrico o expresado en AWG (American Wire Gage) o MCM (Mil Circular Mil) equivalencia en milímetros. 1.2.

AISLANTES El objetivo del aislamiento en un conductor es evitar que la energía eléctrica que circule por él, entre en contacto con las personas u objetos, ya sean estos ductos, artefactos u otros elementos que forman parte de una instalación.

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Del mismo modo, el aislamiento debe evitar que conductores de diferentes tensiones puedan hacer contacto entre sí. PROPIEDADES DE LOS AISLANTES • • • • • 1.3.

Resistencia de aislación. Resistencia a la arborescencia. Descargas parciales. Confiabilidad en sobrecargas. Resistencia a la tensión y esfuerzos mecánicos combinados.

CUBIERTA PROTECTORA • Protege al aislamiento y el alma conductora contra daños mecánicos: raspaduras, golpes, etc. • Si las protecciones mecánicas son de acero, latón u otro material resistente, a ésta se le denomina “armadura”. • Los conductores eléctricos también pueden tener una protección del tipo eléctrico, formada por cintas conductoras, ya sean de cobre o aluminio. • En el caso que sean de cobre se les demonina “pantalla” o “blindaje”.

Figura 4.2 Conductores con aislamientos y cubiertas protectoras.

1.4.

ESPECIFICACIONES DE LOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS • Tensión del sistema. • Tipo de sistema (CC o CA), fases, neutro, tierra. • Corriente o potencia a suministrar.

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• Temperatura de servicio, temperatura ambiente. • Tipo de instalación, dimensiones, profundidad, radios de curvatura, distancia entre vanos, etc. • Sobrecargas o cargas intermitentes. • Tipo de aislamiento. • Cubierta protectora. CÓDIGO PARA LA DENOMINACIÓN DE CABLES N: K: B: A: F: R: G: B:

Conductor normalizado. Camiseta de plomo. Si va después de la N, conductor de cobre con aislamiento de papel impregnado en aceite. Armadura de cinta de acero. Capa externa de yute impregnada en alquitrán. Armadura de alambre chato. Armadura de alambre redondo. Espirales en los dos sentidos (sólo para F o R). Espirales de flejes de acero en los dos sentidos (después de RG o FG).

A después de N: E después de K: O después de F o R: A, al final: H delante de K: Y: X en lugar de N:

Conductores de aluminio. Cable con tres envolturas de plomo. Armadura de alambre abierta. Capa adicional de yute alquitranado. Conductores metalizados. Aislamiento termoplástico. Cables que se apartan de las normas.

Ejemplos: NKY:

Conductor normalizado de cobre con aislamiento de papel impregnado en aceite y termoplástico.

NYY:

Conductor normalizado termoplástico.

con

doble

aislamiento

de

material

NKBA: Conductor normalizado de cobre, con aislamiento de papel impregnado en aceite, armadura de cinta de acero y una capa exterior de yute alquitranado. CÓDIGO PARA LA DENOMINACIÓN DE ALAMBRES MATERIAL R: Ru: T: C: N:

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Goma. Goma con látex. Termoplástico. Algodón. Nylon.

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V: A: L: P:

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Tela barnizada. Asbesto. Plomo. Polietileno.

ARMADURA A después de L: B después de L: S después de V:

Armadura de aluminio. Armadura de bronce. Armadura de acero.

PROPIEDAD: W: H: SB: WP: F después de R o T: F al final: 1.5.

Resistente a la humedad (60°). Resistente al calor. Retardador de llama. Resistente a la intemperie. Para uso especial en luminarias. A prueba de flama.

SELECCIÓN DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS Arquitectos, ingenieros, técnicos instaladores y usuarios finales deben tener en consideración, desde la concepción y diseño de cualquier proyecto, el equilibrio que necesariamente debe existir entre el consumo de energía y la instalación que le dará soporte. La inversión que hagamos hoy en el diseño y mantenimiento garantizará, sin lugar a dudas, un significativo ahorro durante toda la vida útil de las instalaciones. No hay mejor momento para planificar la eficiencia en la distribución de energía que en la etapa de diseño del proyecto. Después será mucho más difícil y costoso incorporar mejoras al circuito. ¡Cuando dimensionamos adecuadamente los conductores eléctricos, ahorramos energía y todos salimos ganando! Para dimensionar adecuadamente consideración lo siguiente:

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un

conductor

debemos

tener

en

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1. 2. 3. 4.

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La capacidad de corriente debe ser por lo menos igual (se recomienda que sea mayor) a la exigida por el circuito o la carga en condiciones extremas (ver Figura 4.3). La caída de tensión en los extremos de la carga. Se recomienda que el valor sea cercano a 3%. La capacidad de cortocircuito, es decir, cuánta sobrecarga puede soportar el circuito, lo que dependerá directamente de cómo se haya diseñado la conexión. El análisis técnico – económico de la selección del conductor.

Es importante notar que al incrementar la sección del conductor estemos ampliando el soporte de carga, pero ¿Hasta dónde dimensionar? La respuesta es: hasta que el ahorro en pérdidas justifique la mayor inversión inicial en un calibre de mayor sección.

Figura 4.3 Selección de conductores eléctricos.

1.6.

CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE LOS CONDUCTORES Principales efectos de un mal uso o mal dimensionamiento de los conductores, en una instalación eléctrica: • • • • • • •

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Sobrecalentamiento de las líneas. Caídas de tensión. Cortocircuitos. Fallas de aislamiento a tierra. Cortes de suministros. Riesgos de incendio. Pérdidas de energía.

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Intensidad de corriente admisible para Conductores de Cobre (Secciones AWG) SECCIÓN NOMINAL

TEMPERATURA AMBIENTE = 30°C TEMPERATURA DE SERVICIO GRUPO A

(mm2) 0,82 1,31 2,08 3,31 5,26 8,36 13,30 21,15

AWG 18 16 14 12 10 8 6 4

60°C 7,5 10 15 20 30 40 55 70

GRUPO B 75°C 7,5 10 15 20 30 45 65 85

60°C 20 25 40 55 80 105

75°c 20 25 40 65 95 125

Grupo A: enterrados.

Hasta 3 conductores en tubo, en cable o directamente

Grupo B:

Conductor simple al aire libre.

Intensidad de Corriente Admisible para conductores de Cobre (Secc. Milimétricas) TEMPERATURA AMBIENTE = 30°C SECCIÓN NOMINAL (mm2) 1,5 2,5 4 6 10 16

Grupo 1: Grupo 2: Grupo 3:

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TEMPERATURA DE SERVICIO = 70°C GRUPO I 15 20 25 33 45 61

GRUPO II 19 25 34 44 61 82

GRUPO III 23 32 42 54 73 98

Monoconductores tendidos al interior de ductos. Multiconductores con cubierta común, que van al interior de tubos metálicos cables planos y cables portátiles o móviles, etc. Monoconductores tendidos sobre aisladores.

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Factores de corrección a la capacidad de transporte • La capacidad de transporte de los conductores, se define por la capacidad de los mismos para disipar la temperatura al medio que los rodea, a efecto que los aislantes no sobrepasen su temperatura de servicio. • Las tablas de conductores consignan: • Temperatura ambiente = 30°C • Número de conductores por ducto = 3 FACTORES DE CORRECCIÓN POR CANTIDAD DE CONDUCTORES ( fn ) Cantidad de conductores 4a6 7 a 24 25 a 42 Sobre 42

Factor 0,8 0,7 0,6 0,5

FACTORES DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA AMBIENTE Secciones Milimétricas (fr) Temperatura ambiente °C Factor Más de 30 hasta 35 0,9 Más de 35 hasta 40 0,87 Más de 40 hasta 45 0,8 Más de 45 hasta 50 0,71 Más de 50 hasta 55 0,62

FACTORES DE CORRECCION POR TEMPERATURA Secciones AWG (fr) Temperatura ambiente °C Temperatura de servicio 60°C 75°C Más de 30 hasta 40 0,82 0,88 Más de 40 hasta 45 0,71 0,82 Más de 45 hasta 50 0,58 0,75 Más de 50 hasta 55 0,41 0,67 Más de 55 hasta 60 0,58 Más de 60 hasta 70 0,35

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Capacidad de transporte de los conductores Finalmente la capacidad de transporte de los conductores queda consignada a la siguiente expresión:

I = fn x f t x I t

(A)

Donde: I fn ft It

: : : :

Corriente admisible corregida (A). Factor de corrección por número de conductores. Factor de corrección por temperatura. Corriente admisible por sección según tabla.

Ejemplo: Verificar la capacidad de transporte de un conductor en las siguientes condiciones: S Tamb Nro. de conductores/ducto

= = =

2,5 mm2 (sección del conductor) 37°C 5

Solución ejemplo 1: De tablas, por factor de corrosión: fn ft It

= = =

0,8 de tabla 0,87 de tabla 20A de tabla

Luego: I = 0,8 x 0,87 x 20 I = 13,9 A

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1.7.

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CÁLCULO DE CONDUCTORES CONCENTRADAS

PARA

ALIMENTAR

A

CARGAS

• Un solo motor

L

M 3

P U I cos φ η

• Por capacidad de corriente

I=

P k U cosφn

Donde: I P U Cos ∅ N K

: : : : : :

Corriente nominal del motor (A) Potencia nominal del motor (W) Potencia nominal del motor (V) Factor de potencia del motor Eficiencia del motor 1 para circuitos monofásicos

3 para circuitos trifásicos El calibre del conductor se selecciona calculando la corriente de diseño Id: Id = 1,25 I • Por caída de tensión Donde: S L Id Cos ∅ % U

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: : : : :

Sección del conductor (mm2) Distancia hasta la carga (m) Corriente de diseño del conductor (A) Factor de potencia del motor Caída de tensión en porcentaje dividido entre 100

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S= U KN

: :

K V L Id cosφ % ∆U x U

Tensión nominal de la red de alimentación 0,0357 para circuitos monofásicos 0,0309 para circuitos trifásicos

• Varios motores L

M 3

M 3

M 3

P1 U1 I1 cos φ 1 η1

P2 U2 I2 cos φ 2 η2

P3 U3 I3 cos φ3 η3

• Por capacidad de corriente

I d = 1,25 I1 + I 2 + I 3 Donde:

I1 〉 I 2 〉 I 3 • Por caída de tensión

S=

Kv L

∑

Idi Cosφ i

%∆U x U

Donde: S L Idi Cos ∅ % U U Kv

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: : : : : : :

Sección del conductor (mm2). Distancia hasta el grupo de motores (m). Corriente de diseño del motor “i” (A). Factor de potencia del motor “i”. Caída de tensión en porcentaje dividido entre 100. Tensión nominal de la red de alimentación (V). 0,0357 para circuitos monofásicos 0,0309 para circuitos trifásicos

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1.8.

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CÁLCULO DE DISTRIBUIDAS

CONDUCTORES

PARA

ALIMENTAR

A

CARGAS

• Criterio de sección constante L3 L2 L1

P1 U1 I1 cos φ1 η1

M 3

P2 U2 I2 cos φ2 η2

M 3

P3 U3 I3 cos φ3 η3

M 3

• Por capacidad de corriente

I d = 1,25 I1 + I 2 + I 3 Donde:

I1 〉 I 2 〉 I 3 • Por caída de tensión

S=

Kv ∑ L i I i cosφ i % ∆U x U

Donde: S Li Idi Cos ∅ % U U Kv

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: : : : : : :

Sección del conductor (mm2). Distancia hasta el motor “i” (m). Corriente de diseño del motor “i” (A). Factor de potencia del motor “i”. Caída de tensión en porcentaje entre 100. Tensión nominal de la red de alimentación (V). 0,0357 para circuitos monofásicos. 0,0309 para circuitos trifásicos.

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2.

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DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN Tres son las causas que originan los accidentes eléctricos: • Los cortocircuitos: que pueden ser provocados por un accidente mecánico o químico, por un mal funcionamiento de un dispositivo de protección o por el uso de cables viejos o en mal estado. • El calentamiento de cables: que ocurre cuando existe una sobrecarga eléctrica en un circuito, por la voladura de un fusible o por una instalación defectuosa. • No respetar las normas de seguridad: como cuando se prescinde del asesoramiento de un profesional y/o técnico o cuando las instalaciones eléctricas no han recibido el mantenimiento necesario o no haberse instalado los dispositivos de protección adecuados.

¡Ahora que conoce las causas, no deje su seguridad para mañana, tome una decisión hoy!

Antes de describir las protecciones de los motores eléctricos vamos a enumerar a los elementos más utilizados para tal fin, siendo los más empleados actualmente los que a continuación mencionamos: • • • • • 2.1.

Interruptores automáticos. Cartuchos fusibles. Relés térmicos. Relés termomagnéticos. Sondas térmicas. INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS INDUSTRIALES PARA BAJA TENSIÓN Aunque estos son más utilizados en el seccionamiento y protección de líneas de potencia, que en los circuitos de mando y control de motores eléctricos, describimos muy superficialmente el accionamiento de estos órganos de conexión y desconexión, que reciben indistintamente el nombre de interruptores automáticos o disyuntores. Estos elementos no son más que interruptores de potencia generalmente bipolares, pero con poder de corte en carga, es decir, sus contactos y sus elementos de extinción del arco, han de ser capaces, no solamente de conectar la carga sin riesgo alguno, sino que han de poder cortarla eficazmente ante las peores condiciones que se puedan presentar en la red, como es el caso de un cortocircuito trifásico que se origine en sus propios bornes de salida.

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Los interruptores automáticos para baja tensión suelen fabricarse para tensiones que van desde los 220 V a los 1 000 V con intensidades nominales que pueden ir desde 25 A a varios unidades de amperios, mientras que su poder de corte en carga puede situarse entre los 5 KA y los 150 KA. Su forma constructiva suele ser compacta para las pequeñas potencias y modular en los de gran potencia, variando mucho de unos tipos a otros, tal como vemos en la Figura 4.4, junto con el símbolo que representa tanto al interruptor como a sus elementos de protección.

Figura 4.4 Interruptores automáticos industriales de B.T.

Los interruptores automáticos han de ir siempre asociados con relés de protección contra sobrecargas y cortocircuito. Estos son generalmente disparadores de tipo térmico y de tipo magnético, similares a los que llevan los interruptores termomagnéticos domésticos, aunque cada vez se están empleando más los del tipo electrónico, sobre todo en los interruptores de gran potencia. (Figura 4.4). Sus funciones y márgenes de maniobra son: • Disparador térmico: protege la línea y los motores contra sobrecargas y su función la realizan los bimetales, que siguen la imagen de calentamiento térmico, desconectando el circuito para intensidades comprendidas entre 1,05 In y 1,3 In (In: corriente nominal en amperios). • Disparador magnético: protege los cables y motores contra cortocircuitos. Cuando la corriente de paso o corriente circulante sobrepasa un valor determinado, se excitan una o varias bobinas que provocan la desconexión instantánea del interruptor. (Figura 4.5). El disparador magnético suele fabricarse para tres valores o zonas de disparo, que se corresponden con los de los relés termomagnéticos domésticos, a saber:

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• Entre 3 y 5 veces In, para aplicar a cargas resistivas. • Entre 5 y 10 veces In, para aplicaciones generales. • Entre 10 y 20 veces In, para cargas fuertemente inductivas.

Figura 4.5 Símbolo de relés térmicos trifásicos.

2.2.

FUSIBLES Son aparatos de protección diseñados para interrumpir la corriente por fusión de uno de sus elementos, cuando los valores de corriente en el punto protegido exceden cierto valor establecido durante un tiempo prefijado. Los fusibles están compuestos por su hilo conductor de bajo punto de fusión, ubicado en el interior de un envase cerámico o de vidrio, que le da su forma característica al fusible. Este hilo conductor permite el paso de corriente por el circuito mientras los valores de esta corriente se mantengan entre los límites, si son excedidos, el hilo se funde, despejando la falla y protegiendo así la instalación.

Figura 4.6 Fusibles.

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Ventajas de los fusibles • Método de protección simple. • Relativamente económico. • Limita la corriente de cortocircuito. • Extingue el arco en aproximadamente ¼ de ciclo. • Funcionamiento independiente. • Amplio rango de poder de corte. • Se puede coordinar con otros dispositivos de protección. Desventajas • Poca precisión. • Envejecimiento. • No es conveniente para sobrecorrientes débiles. • No deben ser reparados (pierden sus características). • Si actúa una fase deben cambiarse los tres. Clasificación de los fusibles • Para baja tensión

• Clasificación según características de funcionamiento • Identificación mediante letras, la primera letra define la clase de función y la segunda el tipo de equipo a proteger. (Ver tabla 4.1). Fusible gL:

de uso general y empleados para proteger cables y conductores, adecuado para sobrecarga y cortocircuito.

Fusible aM: de acompañamiento. Se usa para proteger motores y debe usarse acompañado de un elemento térmico para la protección de sobrecarga. Fusible gR: de uso general y para la protección de semiconductores. Denominación

Funcionamiento Corriente Permanente

Corriente de Interrupción

In

> Imin

In

> 4 In

g A

Servicio Clase Protección gL gR gB aM aR

Cables y conductores Semiconductores Equipos de minas Aparatos de maniobra Semiconductores

Tabla 4.1

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• Selección de una protección fusible • Intensidad mínima (Imín): corriente mínima de operación que origina la fusión del hilo fusible (estos valores se sitúan entre 1,2 a 2 veces la corriente nominal del fusible) • Intensidad nominal (In): corriente nominal del protector fusible. • Tiempo de operación (top): tiempo en que el hilo fusible demora en fundirse. • Criterio de dimensionamiento: si se tiene un circuito de alumbrado de In = 10 A para valores menores de 16 A el fusible no actuará (Imín) pero sí lo hará a corrientes mayores. Características: • • • •

Alta seguridad de protección. Pérdidas reducidas (calentamiento). Bajo costo de mantenimiento y reposición. Gran capacidad de ruptura (corriente máxima que la protección puede despejar en un cortocircuito).

Figura 4.7 Curva característica de tiempo de fusión y corriente de los fusibles NH, clase de servicio gL y aM.

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2.3.

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RELÉS TÉRMICOS El relé térmico es la mejor protección y la más utilizada de los motores eléctricos contra las sobrecargas. Las causas principales de sobrecarga de un motor, bien sea porque el motor es de poca potencia o la máquina accionada está averiada. • Funcionamiento en bifásico de un motor trifásico. • Arranques muy seguidos de un motor. • Falta de refrigeración del motor debido a ventiladores rotos o rejillas tapadas. Este defecto no lo detectan los relés térmicos, para ello es necesario colocar sondas térmicas en los devanados del motor, como más adelante describiremos. • El relé térmico es en esencia la parte térmica de un relé termomagnético, más algún elemento de ajuste que regule la intensidad de desconexión.

Figura 4.8 Relé térmico trifásico.

El elemento principal de los relés térmicos es el bimetal, formado por dos láminas de metales, con diferente coeficiente de dilatación, soldadas entre sí. Cuando estas láminas (bimetálicas) son circuladas por la corriente que alimenta al motor, se doblan, y al sobrepasar la intensidad de regulación, este pequeño movimiento es el que acciona sus contactos, uno de los cuales desconecta el contactor que acciona al motor. En la Figura 4.9 se ven los fundamentos de los dos tipos de relés térmicos más empleados. El calentamiento del bimetal puede realizarse por el paso directo de la corriente a través de él o bien por el calor desarrollado por unas resistencias arrolladas sobre el bimetal. En ambos casos el bimetal se calentará siguiendo la curva de calentamiento del propio motor, por lo cual este tipo de protección contra sobrecargas es excelente para los motores eléctricos.

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Figura 4.9 Funcionamiento de los relés térmicos

La regulación de la intensidad de desconexión se puede ajustar entre márgenes que no son muy grandes (el máximo suele ser un 50% o un 60% superior al valor mínimo) variando mecánicamente la distancia entre los bimetales y el mecanismo de accionamiento de los contactos. Esto se realiza por medio de una palanca o un botón de reglaje, graduado directamente en amperios y el tiempo que tardará en desconectar siempre es inversamente proporcional a la sobrecarga del motor que protege. Un relé térmico destinado a proteger un motor debe reunir tres condiciones principales: 1. 2. 3.

Permitir el arranque del motor, en condiciones normales, sin desconectarse. Permitir el paso de la intensidad nominal del motor (In) independientemente, sin desconectarse. Debe desconectar al contactor que alimenta el motor ante cualquier sobrecarga mantenida

Figura 4.10 Símbolos del relé térmico.

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Los relés térmicos trifásicos constan de tres bimetales, uno por cada fase, como se ve en la Figura 4.9 que se doblan en función de la sobrecarga de cada fase accionando una corredera que mueve el mecanismo de desconexión de sus contactos. 2.4.

RELÉS TÉRMICOS DIFERENCIALES Cuando un motor asíncrono trifásico está girando y una de sus fases queda sin tensión el motor puede seguir girando, sobre todo si está conectado en triángulo, lo cual se manifiesta por un aumento de la intensidad en una fase del motor, pero sin que este aumento se manifieste en la línea, aunque si en el calentamiento del motor como se ve en los esquemas de la Figura 4.11 Al no detectarse la sobrecarga en la línea de alimentación, no puede ser protegida por un relé térmico normal y por tal motivo se han diseñado los llamados relés térmicos diferenciales, que sí protegen contra sobrecargas y contra la falta de una fase. Los relés térmicos diferenciales han de ser capaces de distinguir si las sobrecargas son equilibradas o desequilibradas; si son equilibradas y no sobrepasan el ajuste del relé, éste no debe desconectarse; por el contrario, si son desequilibradas (falta de una fase) el relé debe desconectarse, incluso si la intensidad que pasa por las fases en buen estado no es superior a la regulada en el relé. (Figura 4.11).

Figura 4.11 Efectos sobre el motor de la falta de una fase.

Cada fabricante emplea un sistema distinto en la construcción de este tipo de relé térmico, pero todos ellos se fundamentan en un sistema mecánico, que

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hace que la corredera accionada por los tres bimetales esté formada por varias palancas, que además de moverse por una sobrecarga igual en las tres fases, también lo hagan cuando los tres bimetales no se doblan por igual. 2.5.

RELES MAGNETOTÉRMICOS Aunque no son muy utilizados actualmente para la protección de motores, existen los llamados relés magnetotérmicos, que como bien indica su nombre, pueden proteger a su motor y su línea contra sobrecargas y cortocircuitos. En esencia es una adaptación de los relés domésticos que empleamos para circuitos de alumbrado. Este tipo de relés consta; al igual que los domésticos, de un elemento térmico de acción diferida, formado por un bimetal que funciona como protección contra sobrecargas y de un elemento magnético de acción instantánea formado por una bobina, que actúa como protección contra cortocircuitos y que suele actuar cuando la intensidad que pasa por la línea es superior a 10 veces la regulada para la protección térmica.

2.6.

SONDAS TÉRMICAS Cuando la protección por medio de relés térmicos es insuficiente debido a que el motor es de gran potencia y puede estar sometido a arranques frecuentes, sobrecargas frecuentes aunque de poca duración, mala ventilación, etc. se puede mejorar la protección contra sobrecalentamientos por medio de sondas de temperatura, colocadas en los propios devanados del motor. Las sondas de temperatura actúan, por lo general, sobre un relé auxiliar y éste es el encargado de desconectar el contactor del motor cuando su temperatura interna empieza a ser perjudicial para el mismo. Suelen emplearse dos tipos de sondas de temperatura para colocar en los devanados del estator de los motores eléctricos, a saber: • Sensores de temperatura bimetálicos: como su propio nombre lo indica, son pequeños bimetales parecidos a los de los relés térmicos, provistos de contactos de reposo y de trabajo generalmente encapsulados en plástico o vidrio, que se suelen colocar en el devanado estatórico del motor, uno o dos por fase y conectados entre sí en serie. Estos son de tamaño pequeño, con ajuste fijo de temperatura y aunque podrían actuar directamente sobre la desconexión del contactor, se suelen acoplar al mismo por medio de un relé auxiliar. (Figura 4.12).

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Figura 4.12 Protección de motor con sensores de temperatura bimetálicos.

• Sondas de termistencias: suelen fabricarse con termistencias de coeficiente positivo de temperatura (CTP), encapsulados en vidrio o plástico, que se colocan en las tres fases del estator del motor, conectadas en serie entre sí. (Figura 4.13). Cuando la temperatura de los devanados aumenta y se calientan las sondas, su resistencia aumenta muy rápidamente y esta variación es la encargada de activar un relé especial conectado a las propias sondas. La regulación de la temperatura se hace en estos casos sobre el relé auxiliar de mando y no sobre las propias sondas.

Figura 4.13 Protección de motor con termistencias CTP.

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3.

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SELECTIVIDAD DE COORDINACIÓN DE PROTECCIÓN Salvo en instalaciones muy elementales, hay siempre dos o más protecciones conectadas en serie entre el punto de alimentación y los posibles puntos de falla. Para delimitar la falla a la menor área posible, de modo que las perturbaciones que ella introduzca al resto de la instalación sean mínimas, la protección que esté más próxima al punto de la falla, debe operar primero y si ésta, por cualquier motivo, no opera dentro de su tiempo normal, la siguiente inmediatamente detrás deberá hacerlo y así sucesivamente. Vale decir, debe haber un funcionamiento escalonado que partiendo desde el punto de falla debe ir acercándose al punto de alimentación, si es que ellos fuese necesario. Las protecciones deberán entonces elegirse y regularse, de acuerdo a sus curvas características, de modo que operen frente a cualquier eventualidad en la forma descrita. Para la selectividad de coordinación en: • Sobrecargas Utilizar las curvas de zonas de funcionamiento de los diferentes aparatos de protección. Sobre un mismo ábaco, las zonas de funcionamiento no deben cortarse. • Cortocircuitos Utilizar tablas de esfuerzos térmicos. En el esfuerzo térmico total del sistema de protección, el de más abajo debe ser inferior al esfuerzo térmico del pre – arco de las protecciones de más arriba. corriente (A)

tiempo (s) tiempo de pre-arco

tiempo de arco

Figura 4.14 Los esfuerzos térmicos de pre – arco y de arco.

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La suma de esfuerzos térmicos de arco dan el esfuerzo térmico total. 3.1.

SELECTIVIDAD ENTRE DOS FUSIBLES El esfuerzo térmico de pre – arco del fusible de “aguas arriba” debe ser superior al esfuerzo térmico total del fusible de “aguas abajo”. En la Figura 4.15 el esfuerzo total del fusible de “aguas abajo” es superior al esfuerzo de pre – arco del fusible de “aguas arriba”: mala selectividad. Fusible de aguas arriba Fusible de aguas abajo

Fusible de aguas arriba

Esfuerzo térmico de arco Esfuerzo térmico de pre-arco

Fusible de aguas abajo

Figura 4.15 Esfuerzos térmicos.

3.2.

SELECTIVIDAD DE DISYUNTORES En el caso mostrado en la Figura 4.16, las curvas de operación de los distintos disyuntores, deben estar en la posición relativa mostrada para que estos sean selectivos. Se recurre a la selectividad cronométrica.

tiempo (s)

C

B

A

A

B

C I (A)

Figura 4.16 Coordinación de los disyuntores.

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3.3.

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SELECTIVIDAD DE FUSIBLE Y DISYUNTOR En la condición propuesta, el disyuntor está más próximo al consumo, de modo que debe operar primero; esto se logra seleccionando un disyuntor y un fusible que tenga curvas de operación similares a las mostradas en la Figura 4.17; hay selectividad siempre que el esfuerzo térmico de pre – arco del fusible sea superior al esfuerzo térmico total de ruptura del disyuntor. El esfuerzo térmico de pre – arco de un fusible puede considerarse constante, pero el esfuerzo térmico total de ruptura de un disyuntor está ligado a la corriente de falla. La selectividad será, por consiguiente, asegurada hasta un valor de corriente llamado umbral de selectividad (punto b en la Figura 4.17). tiempo de fusión Fusible Disyuntor

B

corriente de falla (A)

Figura 4.17 Selectividad asegurada hasta el punto b, umbral de selectividad.

En la Figura 4.18 se presenta el caso de una mala selectividad. Ya que no hay una coordinación de la selectividad entre el disyuntor y el fusible. tiempo de fusión Fusible Disyuntor

corriente de falla (A) Figura 4.18 Mala selectividad.

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4.

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PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN 1.

Indicar cuál no es un efecto de un mal dimensionamiento de los conductores, en una instalación eléctrica: a. b. c. d.

Fallas de aislamiento a tierra. Riesgos de incendios. Elevación de la tensión. Cortocircuitos.

2.

Mencione dos de las causas principales que originan los accidentes eléctricos.

3.

Indicar si es verdadera o falsa la siguiente expresión: “Los fusibles son dispositivos de protección diseñados para interrumpir la corriente, por desactivación de uno de sus contactos”.

4.

Los interruptores automáticos han de ir siempre asociados con relés de protección contra sobrecargas y cortocircuitos; éstos son, generalmente, disparadores. ¿De qué tipo son estos disparadores?

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5.

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RESPUESTAS A LA PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN 1.

c.

2.

Cortocircuitos, calentamiento de cables, no respetar las normas de seguridad.

3.

Falso.

4.

Tipo térmico y tipo magnético.

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