Tema 10 - Dispositivos de Reles y Proteccion

Embed Size (px)

Citation preview

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 1

    Objetivos

    Contenidos

    1.- Introduccin .............................................................................................................................. 2

    2.- Generalidades ............................................................................................................................ 2

    3.- Fusibles ...................................................................................................................................... 3

    4.- Rel de sobrecarga magntico de accin instantnea .................................................................. 5

    5.- Rel de sobrecarga magntico de accin retardada ..................................................................... 5

    6.- Rel de sobrecarga trmico de aleacin fusible ........................................................................... 6

    7.- Rel de sobrecarga trmico bimetlico ....................................................................................... 7

    8.- Rel de sobrecarga trmico inductivo de aleacin fusible ............................................................ 8

    9.- Rel de sobrecarga trmico inductivo bimetlico ........................................................................ 8

    10.- Dispositivos trmicos auxiliares................................................................................................. 9

    11.- Disyuntores de mxima y mnima tensin .............................................................................. 11

    12.- Proteccin contra la inversin de polaridad ............................................................................ 13

    13.- Rel de proteccin contra inversin e interrupcin de fases .................................................... 14

    14.- Rel diferencial ...................................................................................................................... 14

    15.- Rel estabilizador de frecuencia ............................................................................................. 15

    16.- Disyuntores de sobrecarga ..................................................................................................... 15

    17.- Proteccin contra el arco de descarga .................................................................................... 16

    Referencias de trminos ................................................................................................................ 18

    Figura 1: Tipos de fusible de baja tensin y curvas de corriente-tiempo inverso para la proteccin

    de maniobras .................................................................................................................................. 3

    Figura 2: Rels de sobrecarga magnticos ....................................................................................... 5

    Figura 3: Rels de sobrecarga trmicos .......................................................................................... 7

    Figura 4: Dispositivos trmicos, de saturacin, utilizados junto con calefactores trmicos .............. 10

    Figura 5: Rels de mxima y mnima tensin ................................................................................ 13

    Figura 6: Rels de control de polaridad ........................................................................................ 14

    Figura 7: Rels de fase, de factor de potencia y estabilizadores de frecuencia................................ 14

    Figura 8: Disyuntor de sobrecarga de disparo magntico instantneo ............................................ 17

    Figura 9: Dispositivo de proteccin contra el arco de descarga ...................................................... 18

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 2

    1.- Introduccin Debido la amplia disponibilidad de energa elctrica, los motores elctricos son casi universalmente empleados en las modernas instalaciones comerciales e industriales para el suministro de potencia mecnica para accionar la maquinaria contorno diversas operaciones industriales. Dicha maquinaria y otros dispositivos mecnicos (vlvulas, acoplamientos mecnicos, etc.) conectados al rbol del motor (directamente o bien acoplados por medio de engranajes, correas o poleas) se llaman cargas del motor o simplemente cargas. En muchos casos, una carga debe ser accionado a diversas velocidades que en uno u otro sentido, de acuerdo con una secuencia preseleccionada a voluntad (por ejemplo, un ascensor a un piso elevado). Con frecuencia, en procesos ms complejos, se necesitan varios motores acoplados para controlar cargas independientes (por ejemplo, en los procesos de las industrias qumicas y en equipos de laminacin de acero). La energa suministrada al motor, dependiente de la naturaleza de las condiciones de carga, estar plenamente programada y controlada para obtener, en cualquier momento dado, del par motor, la velocidad, y el sentido rotacin que se desean mediante un dispositivo denominado controller o regulador. Un controller puede ser accionado manualmente (si la programacin y secuencia de etapas estn controladas por un operador humano) o bien automticamente. El grado de automatizacin depende de las exigencias del proceso o la carga que debe ser controlada. Es posible que se necesite un slo un arrancador si la produccin por proceso controlar sencillo. En cambio, se necesitaran reguladores ms complejos cuando las condiciones de la maquina accionada, de funcionamiento, o de la carga, exijan un tratamiento y mtodos de control ms complicados. Si la carga o el proceso no estn perturbados por variables externas o bien no se requiere un control preciso de la carga, el regulador y su proceso para tipo pueden ser accionados por un sistema de control en bucle abierto (por ejemplo, un temporizador prerregulado que controla los diversos ciclos del motor de una lavadora automtica de ropa). En cambio, donde se necesite una regulacin ms exacta del proceso o de la velocidad y del par de carga, se utiliza otro sistema de control en bucle cerrado. En estos casos, el regulador y sus dispositivos de control asociados son algo ms complejos. En parte, la seleccin del tipo de motor que rena las condiciones deseadas, es funcin de la naturaleza de las condiciones de carga, del tipo de energa disponible y de los tipos de reguladores de fabricacin comercial.

    2.- Generalidades

    El objetivo de la proteccin de motores es evitar incendios de origen elctrico en dichos circuitos y el los conductores de alimentacin del motor. Para ello en la normativa se especifica claramente los sistemas de proteccin de sobrecargas y de cortocircuitos tanto para los conductores de alimentacin como para los circuitos derivados, as como el calibre mnimo de cables que debe ser utilizado para un solo motor o para grupos de ellos. En el caso de cortocircuito en el interior del motor el sistema de proteccin contra cortocircuitos del circuito auxiliar evitar que se dae, adems el propio motor, el arrancador y el equipo de control del mismo. El sistema de proteccin del circuito auxiliar contra sobrecargas, determinado en parte por la corriente en el arranque y el tipo de motor, est proyectado para para proteger a los conductores de alimentacin contra sobrecargas continuas. Esta proteccin de la lnea es, sin embargo, ms elevada que la necesaria para la proteccin del motor contra sobrecargas constantes en funcionamiento. Por esto, es necesario, adems, proteger al propio motor

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 3

    contra sobrecargas operativas utilizando dispositivos de mxima los cuales van vinculados en la carcasa del motor o bien en el arrancador o en el regulador.

    3.- Fusibles Quiz el dispositivo ms simple de proteccin del motor contra sobre intensidades es el fusible. Los fusibles estn divididos en dos grandes grupos: fusibles de baja tensin fusibles de alta tensin, en la figura 1 se muestran tres tipos de fusibles. El tipo cartucho o contacto de casquillo mostrado en la figura uno a, es til para las tensiones nominales entre 250 y 600V en los tipos fijo y recambiable. El tipo fijo mostrado en el esquema contiene polvo aislante (talco o un adecuado aislante orgnico) rodeando al elemento fusible. En el caso de cortocircuito, el polvo tiene por misin uno enfriar el metal vaporizado, dos absorber el vapor metlico condensado, y tres extinguir del arco que pueda mantenerse en el vapor metlico conductor. La presencia de este polvo es la que confiere al fusible su alto poder de ruptura en el caso de cortocircuitos bruscos.

    Figura 1: Tipos de fusible de baja tensin y curvas de corriente-tiempo inverso para la proteccin de maniobras

    Si el vapor metlico conductor creado en el instante del cortocircuito mantuviera la corriente del cortocircuito, no tan slo el motor quedara daado de forma permanente sino que el propio fusible podra explotar a causa de la corriente de cortocircuito formada en el vapor. Por esta razn, el tipo fijo que contiene polvo es preferible al tipo recambiable, el cual no lo lleva. Pero este ltimo posee la ventaja de un coste reducido donde ocurran sobrecargas frecuentes y los fusibles deban ser reemplazados a menudo.

    La figura uno parte c muestra el tipo tapn, el cual funciona a la tensin nominal de 127V, estando disponible en el comercio para bajas corrientes nominales de hasta 30A. Estos fusibles poseen una base con roscada y estn proyectados para ser utilizados en arrancadores reducidos o en cajas de interruptores de seguridad a 127V, en motores de pequea corriente. Por regla general, los fusibles protegen contra los cortocircuitos ms bien que contra las sobrecargas. Con corriente de aproximadamente 25 o 30 veces su valor nominal, los elementos fusibles se fundirn en el espacio de un ciclo a 50 Hz e interrumpirn el circuito en el prximo ciclo, aproximadamente en 1/30 centsimas de segundo.

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 4

    Se han efectuado ensayos para mejorar las caractersticas del fusible en las aplicaciones a motores de forma que, con valores nominales inferiores, permitirn protecciones contra sobrecargas y de cortocircuito. Un tipo de fusible, denominado fusible temporizado, que existe en los tipos de cuchillas, cartn y tapn, proporciona un gran retardo en el caso de sobrecargas momentneas o sostenidas antes de desconectar el circuito. Estos fusibles contienen dos elementos en serie o en paralelo uno un elemento fusible estndar para la proteccin del cortocircuito (25 o 30 veces la corriente normal) y dos una disposicin contra sobrecargas, o interruptor trmico de hasta cinco veces la corriente nominal que proporciona una caracterstica de retardo de tiempo inverso. La cualidad de tiempo inverso son explica que, por ejemplo, el circuito ser desconectado por este ltimo 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 trmico vara con el cuadrado de la corriente. Por tanto, un fusible de valor nominal relativamente pequeo puede ser empleado para la procurar proteccin contra sobrecargas y sin llegar a desconectar el circuito durante los periodos de elevacin transitoria de la corriente en el arranque en el frenado. En el caso de cortocircuito, el elemento fusible estndar de accin instantnea interrumpe inmediatamente circuito para evitar desperfectos.

    Otro tipo aparte de fusible que ha sido fabricado, intenta mejorar la capacidad de

    limitacin de corriente de estos dispositivos antes de que la corriente de cortocircuito alcanza su mximo o un valor de rgimen permanente. Los fusibles de cartucho comunes poseen cierta capacidad de limitacin de la corriente ya que interrumpen el circuito casi instantneamente antes de que el cortocircuito tenga la oportunidad de existir y difundirse o unir los contactos de los disyuntores o rels de mxima. El fusible de potencia limitador de la corriente contiene elementos fusibles de aleacin de plata rodeados por cuarzo en polvo. Cuando los elementos fusibles son vaporizado espoln cortocircuito, el vapor de plata y de cuarzo produce un arco de muy alta resistencia que sirve para limitar la corriente y su crecimiento hasta que un equipo de proteccin magntica (como un disyuntor) tenga la posibilidad de funciona a e interrumpir el circuito. Por encima de 600V, se emplean fusibles especiales de alta tensin que incluyen varios rganos para extinguir el arco que se podra mantener, particularmente a alta tensin, cuando el elemento fusible se vaporiza a causa de la corriente extensiva. Algunos de estos fusibles se utilizan particularmente junto a interruptores o disyuntores de baja capacidad de ruptura para aprovechar la ventaja de la alta capacidad de ruptura que poseen estos dispositivos.

    Los tipos de fusibles de alta tensin ms comunes son el fusible de desionizacin con

    cido brico lquido, el fusible de expulsin, y el fusible de material slido. Los fusibles lquidos funcionan segn el principio de la accin de desionizacin del

    vapor de agua producido por la reaccin entre el arco y el cido brico lquido. Existen conectadores recambiables para estos fusibles en los valores nominales de 75, 15, 23 y 345, compradores de ruptura de hasta 045, 075, 1 y 12 millones de kVA.

    Los fusibles de expulsin de alta tensin, ms pequeos, funciona segn al principio de

    la presin, creada por la formacin de vapores dentro del tubo porta fusible, actuando un mecanismo disparador para expeler el vapor y as a extinguir el arco.

    Los fusibles de material slido utilizan rganos de contacto de resorte, unidos al

    elemento fusible, los cuales aumentan el entehierro entre los contactos cuando los fusible se funde, colquese que extingue el arco.

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 5

    4.- Rel de sobrecarga magntico de accin instantnea

    Un tpico rel de sobrecarga que obedecen a un principio magntico de funcionamiento se muestra la figura siguiente. Este tipo de rel pueda ser utilizado en circuitos de corriente continua y, con una modificacin auxiliar, en circuitos de corriente alterna (por inclusin de un manguito fijo de cobre o de latn rodeando la armadura). Como se observa en la figura, los contactos fijos esta normalmente cerrados cuando rel magntico de sobrecargas esta desexcitado. Con la corriente nominal o algo inferior, la presin del resorte es suficiente para impedir movimiento de la armadura. Cuando la corriente alcanza una sobrecarga particular (digamos el 125% de la carga nominal), se inducir 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. El funcionamiento instantneo se persigue generalmente en aquellas aplicaciones en las que el motor se utilice para conducir un tren de engranajes mecnico, un transportador, en perforadoras o en maquinaria de carpintera en que la sobrecargas indican unas condiciones de trabajo que requieren la desconexin sbita del motor. Las bobinas de rel magntico de mxima son generalmente gruesos conductores de cobre, de unas cuantas vueltas y baja inductancia, conectadas en serie con la armadura del motor o te corriente continua o en serie con el estator de un motor de corriente alterna. La baja inductancia permanece constante en un tiempo breve y el funcionamiento del rel es instantneo cuando la corriente crece rpidamente a causa de la sobrecarga.

    Figura 2: Rels de sobrecarga magnticos

    5.- Rel de sobrecarga magntico de accin retardada La figura anterior muestra el mismo rel con la adicin de un amortiguador para retardar 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 pistn con varios agujeros por los cuales pasa el fluido. El pistn atiende cuando la fuerza magnetomotriz de la bobina es suficiente para ejercer una traccin sobre la armadura. Para regular el tiempo de retardo en el rel, el tamao de las aberturas de los agujeros se puede modificar sacando la cubierta y girando un disco obturador sobre el pistn. El dispositivo produce una caracterstica de retraso de tiempo inverso. Cuando la sobrecarga aumenta, la fuerza que hace subir el pistn es mayor y la armadura se levantaba el ms breve tiempo para abrir los contactos normalmente cerrados. La ventaja de rel magntico de accin retardada, diferente del tipo instantneo, es que la sobrecargas subir casco momentneas son suficientes para consignar la desconexin del motor. Sin embargo, si la sobrecarga contnua durante el periodo dado, el pistn se levanta lentamente, debido a la accin del lquido, para desplazar los contactos cerrados.

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 6

    Se observarn que, cuando la armadura se levanta, la reluctancia magntica disminuye y la traccin sobre armadura aumenta. Si el entehierro es bastante grande el arranque, la tensin de renta, el resorte unida a la accin de la gravedad, actuarn junto a la alta reluctancia para producir al principio, un lento movimiento de elevacin de la armadura. Los rels magnticos de accin retardada incorporan esta cualidad se denominan rels variadores. El tiempo de retardo se vara alterando la posicin inicial del entehierro de la armadura. Cuando ocurre un cortocircuito una fuerte carga, el rel actuar casi instantneamente, produciendo la caracterstica propia de tiempo inverso requerida en todos los dispositivos de sobrecarga. En los tipos de rel tanto de retardo como instantneo, se observar que desplazando los contactos normalmente cerrados se desexcita simultneamente al motor y a la bobina de mxima del rel. Esto permite que el propio rel se conecte automtica e instantneamente a causa de la tensin resorte y la accin de la gravedad. Sin embargo, esta rels se pueden modificar por medio de enclaves mecnicos para sujetar que tratan a con armadura. Un botn disparador o de reconexin permite que la armadura vuelva a su posicin de trabajo antes que el motor se ha puesto en marcha de nuevo. Esta disposicin se adoptara generalmente en el caso de arrancadores para aplicaciones concretas en las que el operario debe ser advertido de la sobrecarga, o en pequeos motores accionarios, en los que le un reenganche automtico puede resultar, en ciclos de sobrecarga repetidos, perjudicial para el motor como para el dispositivo de mxima, para el quemador y para la instalacin, a causa de una explosin.

    Los rels magnticos contra sobrecargas tienen la ventaja de procurar un ajuste preciso de retardo del tiempo de disparo para cada motor. La bobina de accionamiento soporta directamente la corriente de lnea del motor en motores de corriente continua, o bien se utiliza un transformador de corriente en el caso de motores grandes de corriente alterna. Ajustando la relacin de transformacin, se consigue un ajuste grosero del disparo. El recorte fino precisa costar la posicin del mbolo sumergido, del resorte y/o los orificios del pistn amortiguador. Sin embargo, a pesar de estas ventajas, los rels magnticos de mxima no son utilizados tan ampliamente como los rels trmicos de mxima.

    6.- Rel de sobrecarga trmico de aleacin fusible Un rel trmico, concretamente proyectado para reenganche manual y que se muestran la figura siguiente, es el trmico de eleccin entre fusible. Como se observa en el esquema, se conecta un calefactor elctrico de alta potencia en el circuito de carga. Bajo condiciones de sobrecarga, el calor es suficiente para fundir la aleacin fusible a baja temperatura y hacer que el muelle arrastre al cierre y haga girar el contacto mvil fuera de los contactos fijos. Al principio podra parecer que, comparando con el rel magntico de mxima, el tipo de aleacin fusible es un dispositivo complicado sin necesidad. Realmente, es un rel de mxima prctico muy popular por las siguientes razones.

    1. El dispositivo de retorno del rel necesita que ser fiel a la accin y por tanto un determinado periodo de espera, el cual vara directamente con la magnitud de la sobrecarga, antes de que el motor pueda ser reconectado.

    2. El rel de besarla conectado a mano por lo que advierte al operario que se ha producido una sobrecarga.

    3. El rel funciona bien tanto en corriente continua como alterna ya que 1 A de corriente continua y una determinada potencia calorfica nominal en amperes es universal para todas las frecuencias. Cuando funcione en corriente alterna, el calefactor puede

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 7

    conducir la corriente de lnea, o una fraccin de lnea si se utiliza transformador de corriente o un shunt de induccin.

    4. Dentro de una determinada gama de calefactores, el mismo mecanismo del rel es de ampla versatilidad y se pueden obtener los ajustes de mxima tan slo cambiando el calibre del calefactor (se dispone de un amplio variado surtido de calefactores en amperes) y para motores de corriente alterna ms grandes pueden emplearse utilizando, si es preciso, transformadores de corriente.

    5. El rel trabaje independientemente de la accin de la gravedad tanto en posicin vertical como horizontal y vence cualquier rozamiento con el uso de un adecuado resorte de cierto cuya accin es independiente de la gravedad o de la corriente.

    6. La precisin y seguridad en el funcionamiento de rel es bastante elevada ya que es en funcin del punto de fusin relativamente constante de la alineacin.

    7. El rel posee las caractersticas trmicas de tiempo inverso que se precisan para la proteccin de todo tipo de motores; es decir, ya aquel efecto trmico vara con el cuadrado de la corriente, una fuerte sobrecarga hace que el rel funcione el ms breve tiempo.

    Figura 3: Rels de sobrecarga trmicos

    7.- Rel de sobrecarga trmico bimetlico Las ventajas de la aplicacin de un calefactor separado para accionar los contactos que mxima normalmente cerrados, anim al desarrollo de otros dispositivos ms sencillos y menos caros tales como el rel trmico bimetlico mostrado en la figura. Una tira rectangular y metlica corriente se curva al calentarse debido a la diferente dilatacin de los metales. Este tipo de desviaciones lento como por lo que podra quemar los contactos han interrumpir una corriente elevada del circuito muy inductivo de un motor. El dispositivo mostrado en la figura que emplear un disco circular bimetlico cuya cara superior tiene un elevado coeficiente de dilatacin. A causa del calor, las fuerzas desarrolladas en el disco, debidas a la distinta

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 8

    dilatacin, son tales que el disco debe invertir su convexidad con rapidez en vez de gradualmente. El disparo de accin rpida que aparece en el instante de la inversin tiene fuerza suficiente para abrir los contactos fijos a y b tal como se muestra la posicin desplazaba de la figura. El tiempo desplazamiento del rel trmico bimetlico de mxima es inversamente proporcional a la magnitud de la corriente de sobrecarga sostenida. De la misma forma que los rels de fusin trmica y de accin retardada, permite sobrecargas dpb duracin sin desconectar el motor de la lnea. Similares a la accin de los tipos de aleacin fusible, el tiempo de enfriamiento, que se necesita para que se realice la transicin desde la posicin desplazada hasta la normalmente cerrada, es funcin de la magnitud de la sobrecarga o del calor desarrollado. Por tanto, una sobrecarga muy fuerte precisar de un tiempo de reconexin mayor que una ligera. Aunque el dispositivo mostrado en el esquema es de reenganche automtico, es posible modificar el dispositivo incluyendo mecanismo de enclave el cual sujeta y retiene el contacto mvil cuando se desplaza, precisando reenganche o liberacin manual. Como los rels bimetlicos emplean calefactores, sus mecanismos son intercambiables con los rels de aleacin fusible. El rel bimetlico posee dos ventajas que no presentan los tipos de aleacin fusible. Puede retornar automticamente y, por medio de un elemento de compensacin, se pueden realizar ajustes segn las variaciones de la temperatura ambiente.

    8.- Rel de sobrecarga trmico inductivo de aleacin fusible Uno de los inconvenientes de los rels de mxima de aleacin fusible y trmicos bimetlicos, mostrados en la figuras anteriores, es que el uso de un calefactor separado slo puede permitir ajustes de sobrecarga en incrementos discretos, segn los calibres disponibles de calefactores de corrientes. Por estar al alcance de 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 ms elevado el valor nominal de la sobrecarga durante una marcha determinada por funcionamiento particular. Un dispositivo que lo permite es el rel de sobrecarga inductivo de aleacin fusible que se muestran la figura. Este rel se acciona segn el principio de induccin de corrientes de Foucault en un cilindro de aleacin de cobre y en la aleacin fusible a baja temperatura que est en el interior del mismo. El rel, por tanto, slo funciona en corriente alterna y se utiliza exclusivamente para la proteccin de sobrecarga es el motores de corriente alterna. Como el calor producido en la aleacin fusible es proporcional a la densidad de flujo creada por la corriente en la bobina de induccin, se produce una caracterstica de tiempo inverso debido a las prdidas por corrientes de Foucault para un ajuste determinado del ncleo de hierro regulable. Cuando se ajusta a una entehierro mayor para una carga determinada, se produce un efecto trmico menor debido a una reduccin de la densidad de flujo. El rel de mxima inductivo de aleacin fusible tiene dos ventajas principales la primera par una bobina de una determinada capacidad de corriente, el ajuste de disparo de mxima es regulable sin limitacin; y la segunda en unin con transformadores de varias tomas de corriente, el mismo rel de mxima puede ser utilizado para una amplia diversidad de motora de corriente alterna, de superior o inferior valor nominal de la corriente de sobrecarga, con las mismas ventajas de ajuste indicadas anteriormente.

    9.- Rel de sobrecarga trmico inductivo bimetlico

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 9

    La ampliacin de la gama de ajuste de sobrecargas de una determinada bobina de mxima tambin es posible en los rels bimetlicos de la figura, la cual ilustra un rel trmico inductivo bimetlico contra sobrecargas. Este rel contiene un ncleo de hierro que generalmente es fijo, insertado en un manguito de cobre o latn al que ha sido soldada una armadura mi metlica en palanca. Las corrientes de Foucault generadas en el tubo de cobre calientan la palanca bimetlica. Una corriente de sobrecarga produce el calor suficiente para curvar la armadura bimetlica y desplazarlos contactos del circuito de carga normalmente cerrados. Generalmente, este rel este reposicin automtica; pero puede disponer se uno reconexin manual como se describi en la seccin 7. Las ventajas de dichos rel son las mismas que las indicadas en el prrafo precedente, con la ventaja aadida, con la ventaja aadida de que es un mecanismo ms simple y compacto.

    10.- Dispositivos trmicos auxiliares El principio bimetlico se utiliza tambin en un dispositivo denominado termostato o disco trmico que se muestra en la figura siguiente. Los contactos del disco estn normalmente cerrados a la temperatura ambiente usual, y el aparato puede remacharse o soldarse al bastidor o soporte de un motor. En el caso de un incremento de la temperatura ambiente a causa de una ventilacin deficiente como de una tensin de lnea anormalmente excesiva, de sobrecargas frecuentes o sostenidas, de cojinetes defectuosos, de falta de lubricacin o de arranque es demasiado frecuentes, el consecuente calor desarrollado es conducido al disco y abre los contactos normalmente cerrados a y b conectados al circuito. Este dispositivo, por tanto, funciona como consecuencia del calor efectivo del motor originado en la superficie del mismo en vez del producido por la corriente de carga. En consecuencia, es menos sensible a las corrientes de sobrecarga pero lo ves ms a la ventilacin, a la temperatura ambiente y a los inconvenientes del calentamiento mecnico, como resultado de falta de lubricacin o cojinetes defectuosos. En motores ms grandes, la apertura de los contactos a y b puede ser utilizada para accionar un circuito de aviso. Las tengamos grandes que emplean ambos dispositivos como de discos trmicos y de proteccin de sobrecarga, para la mxima seguridad. Se observar que todos los contactos del rel de mxima estn normalmente cerrados ya que el rel del bobinado est en serie con el inducido de un motor de corriente continua o con la armadura estatrica de un motor de corriente alterna. Los contactos de rel y la fuerza de impulsin deben ser lo bastante grandes para producir el poder de ruptura necesario para desconectar el circuito. El disco trmico bimetlico no utiliza ningn tipo de bobinas, pero sus contactos deben ser lo suficientemente grandes, en motores pequeos, para interrumpir la corriente de lnea o de inducido. Tambin se observar que el disco de la figura tiene una aleacin de elevado coeficiente de dilatacin en su parte inferior para aumentar la sensibilidad y reducir el tiempo de maniobra en el caso de una corriente de sobrecarga. En motores de corriente alterna mayores, tanto los contactos normalmente cerrados como los normalmente abiertos pueden aplicarse para accionar un circuito de rels de mxima o la bobina dilatacin de los disyuntores por los que pasa la corriente al motor. Los discos trmicos pueden ser usados como proteccin de sobrecargas y/o de temperatura de motores de corriente continua y de corriente alterna. La gama de ajustes de rels de tipo inductivo utilizados en motores de corriente alterna puede ampliarse por medio de dispositivos de saturacin del ncleo de hierro. El shunt inductivo de saturacin, mostrado en la figura, proporciona una limitada ampliacin de la gama de ajuste mediante incremento del tiempo disparo de un rel trmico de mxima durante un periodo de arranque o de frenado, o en cualquier otro periodo de corriente

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 10

    transitorio. Generalmente, durante estos periodos es cuando un rel trmico puede abrir sus contactos normalmente cerrados, incluso si el ajuste de su calefactor de mxima presenta el valor correcto para el motor bajo condiciones de sobrecarga sostenida. Antes de adquirir un calefactor ms grande, con lo que se incrementa el valor nominal de la sobrecarga sostenida, es preferible utilizar un shunt inductivo de saturacin. Cuando la bobina del rel trmico de mxima o el calefactor conduce la corriente nominal o inferior, la cada de tensin en corriente alterna en el calefactor o la bobina es inferior a la tensin que se necesita para saturar la bobina de reactancia. La reactancia, por tanto, presenta una alta impedancia, y se deriva una pequea corriente de carga del calefactor o de la bobina de elevada resistividad del rel conectada en serie. Sin embargo, durante los periodos transitorios de frenado cuyo arranque, la corriente de carga incrementada satura la bobina, reduciendo su impedancia y haciendo que una mayor parte de la corriente de carga se derive del calefactor o de la bobina del rel. De esta forma, el equipo de maniobra del rel se ampla durante estos periodos. La capacidad nominal del shunt inductivo est determinada por el calibre y nmero de vueltas de su devanado. El valor nominal que se precisa esta generalmente recomendado por el fabricante para la combinacin corrales especficos.

    Figura 4: Dispositivos trmicos, de saturacin, utilizados junto con calefactores trmicos

    Un transformador de corrientes en durable tambin puede ser utilizado en la misma manera que un shunt inductivo. Como se observe la figura, cuando la corriente del primario es pequea, el transformador no est saturado y el calefactor recibe toda la relacin de corriente transformada. Por otra parte, durante la corriente normal transitoria, la corriente del primario es elevado, saturando el transformador y disminuyendo la relacin de transformacin. Esto significa que un incremento de la corriente transitoria de sobrecarga no produce un incremento proporcional en el calefactor o rel de corriente. Por tanto, el transformador de corriente de saturacin tambin protege el calefactor contra las corrientes anormales transitorias. Al mismo tiempo, el transformador de corriente puede utilizarse para aumentar la gama de ajuste de un rel trmico de mxima de corriente alterna. Una aplicacin tpica se muestra la figura siguiente. Resumiendo, el transformador de corriente de sobrecarga presenta tras funciones uno proteger el calefactor o rel frente elevadas corrientes transitorias de sobrecarga, dos incrementar el tiempo de maniobra durante los periodos de corriente normal transitoria, y tres ampliar la gama de ajuste del calefactor o bobina del rel.

    Los calefactores trmicos utilizados en todos los rels trmicos normalmente es

    ensayan y se determinan sus valores nominales a una temperatura ambiente de 40C como el aumento estndar de temperatura visible en el materia elctrico fabricado corrientemente. Si se desea determinar las caractersticas de corriente de tiempo inverso de un rel trmico a

    cualquier otra temperatura ambiente, por ejemplo de 25C, se puede dibujar una nueva corriente para rel de mxima de la figura utilizando la ecuacin siguiente.

    (

    )

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 11

    La ecuacin indica que la sensibilidad de un mecanismo del rel trmico en el que se utilizan calefactores es funcin de la temperatura de funcionamiento del elemento trmico. Cuando la temperatura de operacin en la ecuacin es relativamente alta comparada con la temperatura ambiente, el rel trmico es relativamente inestable alguna variacin de la temperatura ambiente y de la corriente nominal es aproximadamente la misma para una amplia gama de valores de temperatura ambiente.

    11.- Disyuntores de mxima y mnima tensin En general, el disparo por mxima tensin no es tan comn como por mnima tensin; y como que la primera es ms sencilla como se describi en primer lugar. Existen dos razones de por qu el disparo por mximas no esta normalmente incluido en los arrancadores manuales o automticos y el los reguladores uno las tensiones superiores a la tensin nominal ocurran pocas veces, y los pequeos incrementos la tensin aplicada en bornes del inducido superiores a la tensin nominal para mquinas de corriente continua o de corriente alterna cmo se traducen en un incremento del par y una consecuente reduccin ante la corriente del inducido. Sin embargo, cuando un incremento de la tensin puede producir una variacin del par y de la velocidad del sistema de tal forma que afecte adversamente a su potencia de salida, o daar a los aparatos elctricos y mecnicos, es necesario utilizar alguna disposicin para la proteccin contra sobretensiones.

    La figura muestra un tpico rel inductivo instantneo presentando los contactos a y b normalmente cerrados cuando la tensin nominal de la lnea se aplica a los terminales V1 y V2. Los contactos normalmente cerrados se conectan en serie con la lnea como hubo un circuito de control que conecta el motor. El caso de sobretensin entre V1 y V2, la corriente de la bobina del rel es suficiente para atraer la armadura de hierro y abrir los contactos a y b normalmente cerrados. El rel puede ajustarse por medio de un contacto regulable para abrir a voluntad a mayores o menores sobretensiones. Este tipo de rel pero utilizarse tanto en corriente continua o como en corriente alterna, con las nicas modificaciones necesarias, el caso de esta ltima, slo un manguito de cobre o de latn y un ncleo de chapas. En la configuracin mostrada en la figura, los contactos de rel permanecern abiertos durante aprobacin de la sobretensin. Y se conectarn automticamente cuando la tensin sea la normal. No obstante, en algunos tipos de funcionamiento esto puede no ser ventajoso, y se deber aadir un mecanismo de enclave para detener la armadura mvil y sujetarla hasta que se reenganche manualmente. Aunque el tipo de rel de sobretensin instantnea puede ser conveniente algunas aplicaciones, existen situaciones en las que la fluctuacin temporal de la tensin de lnea puede producir molestas desconexiones de la mquina y detencin del servicio. En estas situaciones, puede utilizarse un rel de sobretensin de retardo inverso del tipo de la figura. Este tipo de rel est proyectado para funcionar slo en corriente alterna. Y cuya apariencia, es similar al contador de induccin de corriente alterna. Dos grupos de polos inductores y de arrendamientos, en cuadratura, similares a los de un motor de induccin bifsico, estn situados debajo y encima ante el disco macizo de aluminio. Las bobinas del polo principal debajo del disco inducen una f.e.m. en el y excitan las bobinas auxiliares de encima del disco. La rotacin del disco depende de la magnitud del campo de excitacin y del retardo creado por la posicin de los imanes permanentes con respecto al disco. Para una determinada

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 12

    intensidad de campo magntico permanente, la posicin ms hacia el borde impedir la rotacin en mayor grado de una ms hacia el interior. Sin embargo, bajo condiciones de sobretensin, puede producirse el par suficiente para hacer que el disco gire lentamente a pesar del amortiguamiento de las corrientes de Foucault del imam permanente. Por tanto, una sobretensin sostenida para que el disco gire lentamente y tambin que la espiga del tope haga girar el contacto mvil alrededor del pivote, abriendo el contacto ab normalmente cerrado. En tanto la sobretensin se mantenga, se ejerce un par contra resorte para mantener el contacto abierto, cuando la tensin vuelve a ser normal, el empuje del resorte contra las pide a tope domina y el rel es de sobretensin se le conecta a su posicin normal. El principio de induccin empleado en el rel de mxima tensin de accin retardada se utiliza tambin en rels de proteccin de campo, en rels diferenciales, en rels de inversin de corriente, canales de mnima tensin y han rels de disparo por factor de potencia inferior. El disparo por mnima tensin se emplea casi siempre en arrancadores y reguladores de corriente alterna y de corriente continua. En baja tensin se visten dos formas de proteccin.

    1. Desconexin por mnima tensin, en la que el dispositivo ajustado a la disminucin falta de tensin ocasionarn la interrupcin de potencia del circuito principal pero no impedir el restablecimiento de dicho circuito cuando la tensin de la lnea vuelva a su valor normal o nominal.

    2. La proteccin contra tensin mnima, en la que el efecto de una disminucin o falta de tensin ocasionar y mantendr la interrupcin de potencia del circuito principal.

    En gran parte, la distincin entre desconexin por tensin mnima de proteccin

    contra mnima es una cuestin de seguridad y depende de la naturaleza de la carga del motor. En el caso de maquinaria mvil tal y como una sierra circular o distinta podra causarle serios daos como pues el motor arrancar y automticamente. Por otro lado, un equipo con desplazamiento distante tal y como bombas, compresores de aire, acondicionadores, refrigeradoras o ventiladores debe ser conectado inmediata y automticamente despus de que la tensin vuelva a ser normal.

    La baja tensin generalmente es mucho ms de temer que la sobretensin en la mayor

    parte de las aplicaciones. Una reduccin dada apreciable de la tensin de la lnea originan el inducido de un motor de continuar alterna cargado y en marcha, un correspondiente incremento apreciable en la corriente del inducir para mantener el mismo flujo de excitacin y el mismo par, para accionar la misma carga. En motores de corriente alterna, la reduccin del par vara con el cuadrado de la tensin. La correspondiente reduccin de tensin, par y velocidad a pueden incluso inferir en la operacin de sistemas tema que nos centrfugas y/o la cada del par hasta el paro de motores de induccin monofsico.

    El rel mostrado la figura puede utilizarse como rel inductivo instantneo de mnima

    tensin, funcionando tanto en corriente alterna como en corriente continua. En dicha disposicin, la tensin normal o nominal de la lnea aplicada entre los contactos V1 y V2 es suficiente para mantener los contactos a y b en su posicin normal cerrada. Cuando la tensin disminuye hasta cierto valor, o en ausencia de tensin de lnea se abre los contactos a y b cuando la armadura del rel de extiende a causa de la fuerza combinada de la gravedad y de la tensin adicionada del resorte. Los rels instantneas de mnima tensin se pueden ajustar por medio de resistencias en serie en el circuito de la bobina, o variando la tensin del resorte, para abrir el circuito o a una tensin predeterminado. El rel de la figura este reconexin automtica. Si se desea, puede enclavarse para retener la armadura y llevarla,

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 13

    mediante reenganche manual, a su posicin normal cerrada cuando la tensin vuelve a su valor terico.

    Figura 5: Rels de mxima y mnima tensin

    Como en el caso del rel instantneo de mxima tensin, las que reducciones o fluctuaciones temporales de la tensin de lnea pueden producir molestias interrupciones en el funcionamiento del motor. En la figura se muestra un rel de accin retardada de mnima tensin. En dicho esquema, los contactos a y b, de mnima, estn en posicin normal cerrado bajo condiciones de tensin nominal normal. La excitacin de los campos principal ni cuadratura produce el par suficiente para mantener las pica de tope contra el contacto mvil, y el resorte se distinguen. S se utiliza una resistencia variable en serie con el arrendamiento inferior del campo principal para ajustar al par que empuja la espiga de tope contar brazo del pivote a la tensin nminal. Cuando la tensin de la lnea disminuye, la tensin de resorte sobrepasar el par del disco y abre los contactos a y b. No obstante, las reducciones momentneas de la tensin no bastan para originar la rotacin suficiente del disco a causa del frenado retador del imn permanente, el cual tambin proporciona la caracterstica de tiempo inverso que se necesita. Los contactos a y b normalmente cerrados puede ser dispuestos para hacer funcionar las bobinas de excitacin de los disyuntores o interrumpir circuitos de control cada vez que la tensin disminuy por debajo de su valor normal. Tambin se utilizan disposiciones las cuales simultneamente hacen imposible que el motor de arranque a menos que la tensin de la lnea alcance su valor nominal.

    12.- Proteccin contra la inversin de polaridad El generador de corriente continua de carga de una batera, una inversin de la corriente o de la polaridad para que el generador tiende a funcionar como motor. Si no puede girar, puede perjudicarse el generador atascado al intentar funcionar como motor. Adems, en muchos procesos electromecnicos, tales como la galvanoplastia, una inversin de polaridad puede ocasionar un producto defectuoso. En el frenado por inversin, una inversin de la corriente del inducido ocasionara rotacin inversa, por lo que se intuye la necesidad de alguna proteccin. La figura muestra un sencillo rel contra inversin de corriente que utiliza una armadura de imn permanente. El circuito puede usarse bien como rel normal cerrado o como normal abierto. Como se indica, cuando la corriente circula de I1 a I2, el rel abre los contactos a-b y cierra los a y b. Cuando la corriente circula de I2 a I1, el electroimn cambia la polaridad indicada en el esquema, y se hicieron los contactos a-b mientras que se abre los a y b. El rel de inversin de corriente se dispara cuando la tensin en la bobina produce la f.m.m. suficiente para mover armadura del imn permanente. Por tanto, puede utilizarse como dispositivo de proteccin para evitar que el circuito se alimentado si la polaridad es incorrecta,

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 14

    y llevar al reposo un generador o desconectar una fuente de alimentacin de batera si la polaridad es incorrecta o sea la corriente tiende invertirse.

    Figura 6: Rels de control de polaridad

    El mismo principio puede emplearse en el rel diferencial o rel de tensin corriente utilizados los reguladores de tensin de los automviles, como se muestran la figura. Las bobinas de tensin y de corriente que estn devanadas en el mismo sentido alrededor del ncleo de hierro. La tensin producida por el generador enva corriente a la batera del automvil, ocasionando la armadura del rel se site en una posicin determinada. Cuando la tensin del generador disminuye, la tensin en la corriente de la batera se invierte, el rel funciona, abriendo un grupo de contactos y cerrando otro.

    13.- Rel de proteccin contra inversin e interrupcin de fases El principio del disco de induccin bifsico puede tambin emplearse tanto contra inversin de fases como contra interrupcin de una fase de un sistema polifsico. En estas aplicaciones, el contacto mvil est soldado o atornillado al disco rotatorio de la figura. Los devanados en cuadratura superior e inferior, cada uno conectado a una fase distinta, estn compensados para producir un paro en el sentido de las agujas del reloj contra el muelle antagonista y mantener el contacto mvil a contra el fijo b. En el caso de inversin de fase se invierte instantneamente el sentido de rotacin, y se abre los contactos a-b desconectando el motor de la red. En el caso de una avera ms serio por interrupcin de una fase, a causa de un fusible fundido en una de las lneas del motor trifsico, el par monofsico es insuficiente comparado con la tensin de resorte antagonista y los contactos a-b se abren tambin. Las fluctuaciones momentneas de la tensin son amortiguadas por el amortiguador de imn permanente, el cual tambin sirve para producir una caracterstica de tiempo inverso.

    Figura 7: Rels de fase, de factor de potencia y estabilizadores de frecuencia

    14.- Rel diferencial Como el principio de induccin funciona por medio de un equilibrio de la f.m.m. y de la corriente en las bobinas principales y de cuadratura en el rel, este principio puede emplearse para detectar ligeros desequilibrios los circuitos de corriente alterna. Las dos bobinas principales inferiores son una bobina de suma y una suma de diferencia, respectivamente, a la vez que las bobinas en cuadratura superiores tambin son una bobina de suma y una

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 15

    diferencia. La corriente de las bobinas de suma se compensa con la corriente de las bobinas de diferencia. Si las corrientes son equilibradas que iguales, no se produce ningn campo resultante y el disco no girar. En la figura, la corriente por las bobinas de suma se tiende a mantener a los contactos a-b cerrados. La corriente por las bobinas de diferencia es proporcional al desequilibrio de los arrendamientos como resultado de un incremento de la temperatura de uno de los arrendamientos, una fuga a tierra de los anillos conectores de motores sncronos o motores de induccin de rotor bobinado, una fuga de fase a otra del estator, o una fuga de fase del estator a tierra. La corriente de las bobinas de diferencia producir un par de sentido contrario las agujas del reloj, tendiendo abrir los contactos a-b como respuesta a cualquiera de las condiciones antes mencionadas. El rel diferencial funciona con un rel para cada fase y est conectado para detectar slo un desequilibrio en el interior de la misma mquina, en vez de detectar un desequilibrio de la corriente de lnea o del sistema.

    15.- Rel estabilizador de frecuencia Dos rels, cada uno en la rama correspondiente de una red simple en puente, pueden utilizarse para detectar tanto un incremento o como una disminucin de la frecuencia segn la figura. A la frecuencia deseada, la corriente en un rel se ajusta por medio de un potencimetro para mantener abiertos ambos pares de contactos. Mientras la frecuencia deseada se mantenga ante los terminales la armadura continuar quieta. Un incremento de la frecuencia har que aumente la impedancia de la bobina de reactancia y que disminuye la corriente en el rel dos, ocasionando el cierre de los contactos a-b. De manera similar, una disminucin de la frecuencia se traducir en un incremento de la corriente en el rel dos, llevando al cierre los contactos a y b. La red puente es as un sensible detector de error direccional. El rel uno acta como antagonista o equilibrante de fuerza contra rel dos, por lo que las variaciones de frecuencia en afectan por igual a ambas bobinas del rel. El potencimetro no result afectado por las para acciones de frecuencia, y la bobina de reactancia en el transductor de frecuencia. Como que la velocidad del motor sncrono o de induccin es proporcional a la frecuencia, este dispositivo puede utilizarse en aplicaciones donde las variaciones de frecuencia-velocidad son crticas, y donde el motor no podra arrancar o dejara de funcionar sea la frecuencia no se estableciera precisamente a su valor nominal. A la vez, el cierre del rel para funcionar a las redes correctoras para restablecer la frecuencia a su valor original.

    16.- Disyuntores de sobrecarga Ningn examen sobre proteccin de motores sera completo sin una descripcin del disyuntor de sobrecarga. Un disyuntor es un dispositivo de sobrecarga destinado a interrumpir un circuito pero sin autodeteriorarse. Los fusibles, los disyuntores actan en primer lugar como proteccin de cortocircuitos, combinados con cualquiera de los dispositivos de sobrecarga de los circuitos de los motores indicados previamente. Tambin, como los fusibles, est normalizados como disyuntores de baja tensin y de potencia. Existen numerosos tipos de dicho montones que utilizan diversos mtodos para abrir un circuito y extinguir el arco que se forma entre los contactos fijos y mviles. Los pequeos disyuntores de baja tensin emplean elementos calefactores bimetlicos que poseen caractersticas de tiempo inverso funcionan bajo el principio del rel bimetlico de sobrecarga. Los disyuntores de baja tensin ms grandes que emplean combinaciones de elementos de disparo magnticos y trmicos en los que los primeros aportan las caractersticas de disparo instantneo para proteccin de

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 16

    cortocircuitos como y los segundos las de disparo de tiempo inverso para corrientes de sobrecarga sostenidas. Generalmente, los pequeos disyuntores al aire estn incluidos en una caja de baquelita y se encuentran en el comercio en cajas moldeadas uni, bi y tripolares montadas en cuadros para 50, 100, 225, 400, 600 y 800 A. Cada tamao corresponde a una variedad de valores nominales estndar de corriente continua determinados por el valor nominal de sus elementos de disparo. Los poderes de ruptura de los disyuntores al aire de baja tensin en caja moldeada pueden ser de hasta 35 kA. Los disyuntores de caja moldeada pueden reengancharse por medio de una palanquita cuyo mecanismo de sujecin es independiente de la rapidez con que acta. As, en el cierre o la apertura de circuitos altamente inductivos, los contactos permitirn gran rapidez de cierre o de apertura para evitar el desgaste de los contactos y procurar una rpida extincin del arco. La palanquita es generalmente libre, significando que los contactos no pueden mantenerse cerrados manualmente durante sobrecarga sostenidas o durante un cortocircuito. Por debajo de 600 V, existen disyuntores al aire mayores, sobre cuadros, de hasta 4000 A con poderes de corte de hasta 100 kA. La figura muestra un disyuntor manual al aire del tipo de ncleo mvil o de solenoide. El elemento inductivo mostrado es de tipo instantneo, mientras que s se emplean amortiguadores en la armadura mvil se obtiene un retardo variable, como se describi anteriormente. La figura muestra, la bobina de funcionamiento o conectada en serie y la forma en que los contactos mviles se conectan elctricamente para la interrupcin del circuito. Algunos de los disyuntores al aire ms grandes, de baja tensin, son de reenganche elctrico en vez de manual por medio de un solenoide de enclavamiento, que tambin proporciona la ventaja de reenganche distancia en el caso de la sobrecarga. Los disyuntores de potencia magnticos al aire, trifsicos, estn disponibles extensiones de hasta 18 kV y con capacidades estndar de 750000 kVA. En construccin, son similares a los disyuntores de baja tensin al aire pero manipulados elctricamente. Para mayores poderes de ruptura, se utilizan disyuntores de aire comprimido para extinguir el arco. Los disyuntores de aire comprimido estn normalizados hasta 34,5 kV y 2,5 millones de kVA. Incluso se puede disponer de mayores pars de ruptura con disyuntores en bao de aceite, cuyos contactos estn inmersos en aceite para extinguir el arco y refrigerar los contactos. Los disyuntores en bao de aceite se utilizarn invariablemente para distribuciones de potencia antes que para proteccin de motores.

    17.- Proteccin contra el arco de descarga

    Los disyuntores y los rels contra sobrecargas emplean invariablemente algn mtodo para proteger sus contactos frente a los aspectos peligrosos originados por el arco elctrico que se forma cuando se interrumpe un circuito altamente inductivo. Por ejemplo, en el disyuntor de aire de la figura, el circuito se interrumpe en los contactos mviles principales antes de que se abran las puntas de cebado del arco. La combinacin de calor creciente y la accin rpida de contacto elstico que sostiene la punta mvil de cebado del arco sirve para interrumpir rpidamente la corriente sin perjuicio de los contactos principales.

    En disyuntores mayores, se utilizan campos magnticos para oponerse a la accin

    donde las partculas de aire ionizados y conductores que con sostienen que el arco; luego, un campo concentra y hace descender el arco hasta que se extingue, por lo que fsicamente retira el arco de los contactos. Este principio se denomina principio de desionizacin, y el campo

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 17

    magntico es creado por un imn permanente o por un electroimn denominado bobina de extincin. Se consigue la desionizacin del aire y la extincin del arco por qu se hace tender el arco hacia su extincin en un espacio delimitado y aislado. A veces, se emplean ruptores mltiples en las cajas de soplado de arco dividiendo ste en un grupo de descargas en serie que tienden a desionizar el aire ms rpidamente.

    Figura 8: Disyuntor de sobrecarga de disparo magntico instantneo

    La figura muestra un tipo de rel de proteccin utilizado para desconectar una dinamo en el caso del paso de descargas disruptivas entre los circuitos aislados y la carcasa de la maquina. El rel de proteccin contra la descarga disruptiva mostrado en la figura es un rel inductivo de accin instantnea cuya bobina est bien aislada y proyectado para transportar la corriente de la carcasa de la maquina a tierra. En el caso de una descarga tierra, el rel se desconecta instantneamente, precisando un reenganche manual.

    La figura muestra una aplicacin tpica de una bobina de extincin. Un motor shunt se

    lleva al arranque con su reostato o regulador del campo cortocircuitado para as poder desarrollar el par mximo de arranque y una rpida aceleracin cuando se abren los contactos mostrados en la figura para reducir la corriente de excitacin y permitir un control de la velocidad por medio de un restato que campo, el cambio brusco de la corriente de excitacin puede originar la energa suficiente para deteriorar el restato. Una bobina de extincin de alta impedancia, o de un imam permanente situado directamente debajo de los contactos, crea un campo que sirve para extinguir rpidamente el arco de la caja de soplado.

    La figura muestra el mtodo denominado principio direccional de la descarga, donde un colector de cobre se conecta en el circuito de descarga con la direccin adecuada para producir una f.m.m. que repele el arco. Se obliga al arco a elevarse rpidamente, reduciendo el desgaste de los contactos que lo interrumpen.

  • Grado en ingeniera elctrica Accionamientos elctricos y electrnica de potencia Tema 10

    Profesor: Fco. J. Snchez Sutil (U.Jan-Dpto. Ing. Elctrica) Dispositivos de rels y proteccin Pg. N 18

    Figura 9: Dispositivo de proteccin contra el arco de descarga

    Referencias de trminos

    Trmino Significado

    I25 Intensidad a la temperatura indicada en A I40 Intensidad a la temperatura indicada en A TOP Temperatura de operacin en