Manual electrotcnicoTelesquemarioTelemecanique

Junio

99

Telesquemario

Tecnologasde control industrial

Control de potencia

Compendio

Motores elctricos

Tratamiento de datos

Adquisicin de datos

Dilogo hombre-mquina

Estandarizacin de esquemas

Esquemas bsicos

Realizacin de un equipo

Normas y definiciones

Indice general

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8910Esta sntesis aporta respuestas sencillas a las dudas que suelen plantearse losprofesionales. Resulta muy fcil de utilizar, y permite localizar rpidamente frmulasfundamentales o encontrar los smbolos y designaciones de las magnitudes y unidadesde medida ms importantes.La presente obra se completa con un ndice alfabtico.

En este apartado se citan las principales normas internacionales y europeas, y secomenta con mayor detenimiento la norma IEC 947.Recoge igualmente las normas sobre variacin de velocidad, seguridad de lamaquinaria y calidad.

Para disear un equipo es necesario respetar una metodologa, poseer conocimientostcnicos y utilizar auxiliares de equipos que se integren en el mismo concepto desistema. El proceso de montaje de los equipos, desde la implantacin de los materialeshasta la puesta en funcionamiento, se basa en la experiencia de Telemecanique,utilizando productos del sistema Telequick y ejemplos concretos.

Este captulo est dedicado al anlisis de los esquemas bsicos de los automatismos.Cada esquema va acompaado de un comentario que explica el funcionamiento de loscircuitos de potencia y de control, las especificidades, las dificultades que convieneevitar al disear un equipo y el material que se debe elegir, junto con las referenciasbsicas.

La utilizacin de los smbolos grficos electrotcnicos estndar no slo facilita el diseode los esquemas bsicos y la interpretacin de stos por parte de cualquier usuario, sinoque garantiza una coherencia grfica y lgica de todos los esquemas. Los smbolos queaparecen en el presente captulo respetan las normas ms recientes.

Aunque el desarrollo de los aparatos electrnicos basados en intercambios de mensajesnumricos, alfanumricos o grficos ha contribuido a ampliar la gama de interfacesde dilogo, los aparatos electromecnicos, como los pilotos y pulsadores, siguendesempeando una funcin importante dentro de los automatismos.

Este captulo est dedicado esencialmente a los motores asncronos. En l se describendetalladamente el principio de funcionamiento, las caractersticas y la eleccin del tipo dearranque mediante equipos de contactores o electrnicos y en funcin de la mquinaarrastrada. Trata igualmente el caso de los motores de corriente continua.

Este apartado describe los principios de funcionamiento, las gamas de productos ylas aplicaciones de los interruptores de posicin electromecnicos, de los detectoresinductivos y de los detectores fotoelctricos. Dicho contenido se completa con lapresentacin de aparatos de control, codificadores rotativos y sistemas de identificacininductiva u ptica.

Gracias al desarrollo de los autmatas programables, los automatismos han hallado enla lgica de programacin una respuesta adaptada a sus necesidades de flexibilidad yevolucin, igualmente vlida para completar la lgica de cableado a base de contactoresauxiliares. Este captulo trata igualmente las funciones de los interfaces.

Las cuatro funciones de un arrancador son el seccionamiento, la proteccin contra loscortocircuitos, la proteccin contra las sobrecargas y la conmutacin. Tras definir dichasfunciones, el presente captulo describe los aparatos mono y multifuncin y explica cmoasociarlos. Incluye un apartado sobre la variacin de velocidad.

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Captulo 1

Captulo 2

Captulo 3

Captulo 4

Captulo 5

Captulo 6

Captulo 7

Captulo 8

Captulo 9

Captulo 10

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Schneider Electric Espaa, S.A. - 1999Dep. legal: B. 00.000-99

De acuerdo con la ley del 11 de marzo de 1977,se prohbe la reproduccin total o parcial de la presente obra

sin autorizacin expresa del editor.

AdvertenciaSchneider Electric Espaa, S.A. declina cualquierresponsabilidad derivada de la utilizacin incorrecta dela informacin y los esquemas que figuran en lapresente obra.Aunque la misma se ha elaborado con el mayoresmero, podra contener errores que han pasadoinadvertidos. Schneider Electric Espaa, S.A. declinacualquier responsabilidad derivada de la puesta enprctica de la informacin y los esquemas que figuranen la obra. El lector deber adoptar las precaucionesde uso necesarias y comprobar que la puestaen prctica de las aplicaciones descritas respetanlas reglas del arte industrial.

Durante los ltimos aos el control industrial ha experimentado

profundos cambios, entre los que destaca la aparicin de la electrnica,

que en la actualidad favorece la fabricacin de automatismos complejos yque ha permitido a las empresas descompartimentar las funciones

tcnicas.

Gracias a esta obra, todos los profesionales que se encuentren en una

situacin anloga y que tengan una influencia ms o menos directa en la

eleccin de los productos especialistas en automatismos, electricistas,

mecnicos, informticos, responsables del instrumental, jefes de compra,etc. podrn entender mejor su tecnologa y afrontar los verdaderos retosdel control industrial.

Los especialistas en tecnologas electromecnicas podrn mejorar susnociones de electrnica, y a la inversa, los expertos en electrnica

profundizarn sus conocimientos sobre aparatos electromecnicos.

La estructura de esta obra de referencia se basa en las principales

funciones de los automatismos control de potencia, tratamiento y

adquisicin de datos, dilogo hombre-mquina y su contenido abarca

desde los variadores de velocidad, motores sin escobillas (brushless),autmatas programables, detectores y clulas, y terminales de

explotacin, hasta los contactores disyuntores, motores asncronos,

contactores, interruptores de posicin y pulsadores, pasando por las

normas, la coordinacin, etc.

Esta es, en definitiva, una herramienta pedaggica en cuya concepcin,

basada en la experiencia de Telemecanique, han primado el espritu

prctico y la sencillez, con el fin de que todos aquellos que se inicien al

fascinante mundo de los automatismos adquieran unos conocimientos

elementales, aprendan a interpretar los esquemas bsicos y conozcan

los procedimientos para montar equipos respetando las normas

internacionales.

Introduccin

l control de potencia es una de las cuatro

funciones que conforman la estructura de un

automatismo. Su funcin bsica consiste en

establecer o interrumpir la alimentacin de los

receptores siguiendo las rdenes de la unidad de

proceso de datos. Dichas rdenes se elaboran a

partir de la informacin procedente de los captadores (funcinde adquisicin de datos) y de los rganos de mando (funcinde dilogo hombre-mquina).Entre los receptores ms utilizados para el accionamiento de

mquinas se encuentran los motores elctricos asncronos de

jaula. Los equipos de control de potencia destinados acontrolarlos, normalmente llamados arrancadores, realizan las

funciones de seccionamiento, proteccin y conmutacin. Se

pueden clasificar en tres familias:

arrancadores todo o nada: el motor suele arrancar con sus

caractersticas propias y el rgimen de velocidad establecido

es constante,

arrancadores basados en arrancadores electrnicos: la

aceleracin y la deceleracin estn controladas y el rgimen

de velocidad establecido es constante,

arrancadores basados en variadores de velocidad

electrnicos: el arranque y la parada estn controlados y la

velocidad depende de una consigna.

E

Captulo 1

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Control de potencia

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Funciones y constitucin de los arrancadoresEl seccionamientoLa proteccinLa conmutacin

SeccionamientoEl seccionadorEl interruptor y el interruptor seccionadorEl interruptor seccionador modular

Proteccin cotra los cortocircuitosLos fusiblesLos disyuntores magnticos

Proteccin contra las sobrecargasLos rels trmicos de bilminasLos rels con sondas de termistancias PTCLos rels electromagnticos de mxima corrienteProteccin de motores de arranque prolongadoLos rels temporizadores trmicosRels de control y de medida

Conmutacin todo o nadaEl contactor electromagnticoEl contactor de bajo consumoLos rels y los contactores estticos

Asociacin de aparatos: la coordinacinDefinicin de la coordinacinCoordinacin de tipo 1 y de tipo 2Coordinacin totalEjemplo de asociacin

Aparatos de funciones mltiplesArrancadores con aparatos de funciones mltiplesEl contactor disyuntorEl disyuntor motor magnticoEl disyuntor motor magnetotrmicoEleccin de un disyuntor: la selectividadProteccin de los circuitos de control y de los circuitos auxiliares

Componentes modularesContactores modularesContactores disyuntores de instalacinOtros componentes modulares

Arrancadores y variadores de velocidad electrnicosPrincipales tipos de variadoresPrincipales funciones de los arrancadores y variadores de velocidad electrnicosComposicinPrincipales modos de funcionamientoConvertidor de frecuencia para motor asncronoRegulador de tensin para motor asncrono

Eleccin de un contactorCriterios de eleccin de un contactorEjemplos de eleccin en funcin de las aplicaciones

Eleccin de un variadorEleccin de un dispositivo de proteccin

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Control de potencia

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Funciones y constitucinde los arrancadores

Los arrancadores renen los elementos necesariospara controlar y proteger los motores elctricos. De laeleccin de stos depende el rendimiento de toda lainstalacin: nivel de proteccin, funcionamiento convelocidad constante o variable, etc.El arrancador garantiza las siguientes funciones: seccionamiento, proteccin contra cortocircuitos y sobrecargas, conmutacin.

Funciones y constitucin de los arrancadores

Equipo con seccionador, cortacircuito de fusibles y contactores

El seccionamientoPara manipular las instalaciones o las mquinas y susrespectivos equipos elctricos con total seguridad, esnecesario disponer de medios que permitan aislarelctricamente los circuitos de potencia y de control de la redde alimentacin general.Esta funcin, llamada seccionamiento, corresponde a:l aparatos especficos: seccionadores o interruptoresseccionadores,l funciones de seccionamiento integradas en aparatoscon funciones mltiples.Obsrvese que en los equipos con varios arrancadores nosiempre es necesario aadir un seccionador a cadaarrancador. Sin embargo, conviene tener siempre dispuestoun mando de aislamiento general que permita aislar todo elequipo.

Control de potencia

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1La proteccinTodos los receptores pueden sufrir accidentes:De origen elctrico: sobretensin, cada de tensin, desequilibrio o ausencia defases que provocan un aumento de la corriente absorbida, cortocircuitos cuya intensidad puede superar el poder decorte del contactor.De origen mecnico: calado del rotor, sobrecarga momentnea o prolongadaque provocan un aumento de la corriente que absorbe elmotor, haciendo que los bobinados se calientenpeligrosamente.Con el fin de que dichos accidentes no daen loscomponentes ni perturben la red de alimentacin, todos losarrancadores deben incluir obligatoriamente:l proteccin contra los cortocircuitos, para detectar ycortar lo antes posible las corrientes anmalas superioresa 10 In,l proteccin contra las sobrecargas, para detectar losaumentos de corriente hasta 10 In y cortar el arranque antesde que el recalentamiento del motor y de los conductoresdae los aislantes.Si es necesario, se pueden aadir proteccionescomplementarias como el control de fallos de aislamiento, deinversin de fases, de temperatura de los bobinados, etc.La proteccin corresponde a:l aparatos especficos: seccionadores portafusibles,disyuntores, rels de proteccin y rels de medida,l funciones especficas integradas en los aparatos defunciones mltiples.

La conmutacinLa conmutacin consiste en establecer, cortar y, en el casode la variacin de velocidad, ajustar el valor de la corrienteabsorbida por un motor.Segn las necesidades, esta funcin puede realizarse conaparatos,l electromecnicos: contactores, contactores disyuntores ydisyuntores motores,l electrnicos: rels y contactores estticos, arrancadoresralentizadores progresivos, variadores y reguladores develocidad.

Funciones y constitucin de los arrancadores

Arrancadores con contactores LC1-D y rels trmicos LR2-D

Control de potencia

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1

Seccionamiento

Los equipos elctricos slo se deben manipular cuandoestn desconectados.El seccionamiento consiste en aislar elctricamenteuna instalacin de su red de alimentacin, segn loscriterios de seguridad que establecen las normas.El seccionamiento se puede completar con una medidade proteccin adicional, el enclavamiento, undispositivo de condenacin del seccionador en posicinabierta que impide que la instalacin se vuelva a ponerbajo tensin de forma imprevista, garantizando as laseguridad de las personas y de los equipos.La funcin de seccionamiento se realiza con: seccionadores, interruptores seccionadores, disyuntores y contactores disyuntores, siempre queel fabricante certifique que son aptos para dichafuncin.En el apartado Aparatos de funciones mltiples sedescriben los aparatos con la funcin seccionamientointegrada, como los disyuntores o los contactoresdisyuntores.

El seccionadorEl seccionador es un aparato mecnico de conexin que enposicin abierta cumple las prescripciones especificadas parala funcin de seccionamiento (norma IEC 947-3).Sus principales elementos son un bloque tripolar o tetrapolar,uno o dos contactos auxiliares de precorte y un dispositivo demando lateral o frontal que permite cerrar y abrir los polosmanualmente.La velocidad de cierre y de apertura dependen de la rapidezde accionamiento del operario (maniobra manualdependiente). Por tanto, el seccionador es un aparato deruptura lenta que nunca debe utilizarse con carga. Lacorriente del circuito debe cortarse previamente con unaparato de conmutacin previsto a tal efecto (normalmenteun contactor).El contacto auxiliar de precorte se conecta en serie con labobina del contactor. Se abre antes y se cierra despus quelos polos del seccionador, por lo que en caso demanipulacin accidental con carga, interrumpe laalimentacin de la bobina del contactor antes de que se abranlos polos del seccionador. Sin embargo, los contactos deprecorte no deben considerarse como un mando de control delcontactor, que dispone de su pro-pio mando de Marcha/Paro.El estado de los contactos debe indicarse de forma seguramediante la posicin del dispositivo de control, mediante unindicador mecnico independiente (corte plenamenteaparente) o permitiendo que los contactos estn visibles(corte visible). En ningn caso se podr enclavar elseccionador cuando est en posicin cerrada o cuando suscontactos se hayan soldado accidentalmente.Se puede aadir a los seccionadores portafusibles ensustitucin de los tubos o de las barretas de seccionamiento.

SeccionadorSmbolos de los seccionadores y de los interruptores seccionadores

Manipulacin en cargaAislamiento en posicin O

Seccionador

no

s

Interruptor

sno

Interruptorseccionadorss

Seccionamiento

Seccionador con y sin fusibles Interruptor-seccionador

Q1

1/L1

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Q3

1/L1

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3/L2

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Q2

1/L1

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3/L2

4

5/L3

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Control de potencia

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1El interruptory el interruptor seccionadorEl interruptor es un aparato mecnico de conexin capaz deestablecer, tolerar e interrumpir corrientes en un circuito encondiciones normales, incluidas las condicionesespecificadas de sobrecarga durante el servicio, y tolerardurante un tiempo determinado corrientes dentro de uncircuito en las condiciones anmalas especificadas, como encaso de un cortocircuito (norma IEC 947-3).El mecanismo vinculado al dispositivo de mando manualgarantiza la apertura y el cierre brusco de los contactos,independientemente de la velocidad de accionamiento deloperario. Por lo tanto, el interruptor est diseado para sermanejado con carga con total seguridad. Sus caractersticasse basan en las categoras de empleo normativas utilizadaspara clasificar los circuitos cuya alimentacin resulta ms omenos difcil de establecer o interrumpir en funcin del tipode receptores utilizados.Los interruptores que cumplan las condiciones de aislamientoespecificadas en las normas para los seccionadores soninterruptores seccionadores, aptitud que el fabricante debecertificar marcando el aparato con un smbolo (1).Al igual que los seccionadores, los interruptores y losinterruptores seccionadores se pueden completar con undispositivo de enclavamiento para el enclavamiento y, segnel caso, con fusibles.

El interruptor seccionador modularEsta nueva generacin de interruptores seccionadores secaracteriza por la posibilidad de completar y modificar lacomposicin de los aparatos bsicos, para adaptarlos con lamayor precisin a nuevas necesidades, utilizando lossiguientes mdulos adicionales: polos de potencia, polos neutro de cierre anticipado y de apertura retardada, barretas de tierra, contactos auxiliares de cierre y de apertura, bloques de conexin reversibles que permiten cableardesde la parte frontal o posterior.Los interruptores seccionadores de mando giratorioampliables con mdulos pueden realizar las funciones deinterruptor principal, de paro de emergencia o de controlmanual de los motores.

Interruptor seccionador ampliable con mdulosInterruptores seccionadores de mando giratorio

(1) Aptitud para el seccionamiento.La aptitud para el seccionamiento se define por la distancia de aperturade los contactos o la resistencia a una onda de choque Uimp, y por laposicin no equvoca del mando de control, incluidos los contactossoldados (si los contactos estn soldados, el mando de control no sepuede poner en posicin de paro).

Seccionamiento

Control de potencia

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1

Proteccincontra los cortocircuitosUn cortocircuito es el contacto directo de dos puntoscon potenciales elctricos distintos: en corriente alterna: contacto entre fases, entre fasey neutro o entre fases y masa conductora, en corriente continua: contacto entre los dos polos oentre la masa y el polo aislado.Las causas pueden ser varias: cables rotos, flojos opelados, presencia de cuerpos metlicos extraos,depsitos conductores (polvo, humedad, etc.),filtraciones de agua o de otros lquidos conductores,deterioro del receptor o error de cableado durante lapuesta en marcha o durante una manipulacin.El cortocircuito desencadena un brutal aumento decorriente que en milsimas de segundo puede alcanzarun valor cien veces superior al valor de la corriente deempleo. Dicha corriente genera efectoselectrodinmicos y trmicos que pueden daargravemente el equipo, los cables y los juegos debarras situados aguas arriba del punto de cortocircuito.Por lo tanto, es preciso que los dispositivos deproteccin detecten el fallo e interrumpan el circuitorpidamente, a ser posible antes de que la corrientealcance su valor mximo.Dichos dispositivos pueden ser: fusibles, que interrumpen el circuito al fundirse, por loque deben ser sustituidos, disyuntores, que interrumpen el circuito abriendo lospolos y que con un simple rearme se pueden volver aponer en servicio.La proteccin contra los cortocircuitos puede estarintegrada en aparatos de funciones mltiples, como losdisyuntores motores y los contactores disyuntores, quese describen en el apartado Aparatos de funcionesmltiples.

Los fusiblesLos fusibles proporcionan una proteccin fase a fase, con unpoder de corte muy elevado y un volumen reducido. Sepueden montar de dos maneras: en unos soportes especficos llamados portafusibles, en los seccionadores, en lugar de los casquillos o lasbarretas.Se dividen en dos categoras:

Fusibles distribucin tipo gG (1)Protegen a la vez contra los cortocircuitos y contra lassobrecargas a los circuitos con picos de corriente pocoelevados (ejemplo: circuitos resistivos).Normalmente deben tener un calibre inmediatamentesuperior a la corriente del circuito protegido a plena carga.

Fusibles motor tipo aMProtegen contra los cortocircuitos a los circuitos sometidos apicos de corriente elevados (picos magnetizantes en lapuesta bajo tensin de los primarios de transformadores oelectroimanes, picos de arranque de motores asncronos,etc.). Las caractersticas de fusin de los fusibles aM dejanpasar las sobreintensidades, pero no ofrecen ningunaproteccin contra las sobrecargas. En caso de que tambinsea necesario este tipo de proteccin, debe emplearse otrodispositivo (por ejemplo, un rel trmico).Normalmente deben tener un calibre inmediatamentesuperior a la corriente del circuito protegido a plena carga.

Cortacircuitos fusibles

Proteccin contra los cortocircuitos

(1) La norma IEC 269-2 ha cambiado la denominacin tipo g portipo gG.

Control de potencia

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1Dispositivo de proteccin contra funcionamientomonofsico (dpfm)Se puede instalar en un portafusibles multipolar o en unseccionador portafusibles. Requiere fusibles con percutor (oindicadores de fusin).Se trata de un dispositivo mecnico que se acciona medianteel percutor liberado cuando se funde un fusible. Controla laapertura de un contacto conectado en serie con la bobina delcontactor. De este modo, queda garantizada la cada delcontactor, es decir, la desconexin del receptor, incluso sislo se funde un fusible.Tambin est disponible un contacto de cierre suplementariopara sealizar el fallo a distancia.

Icc (kA)2326122550

In (A)1.1151.2301.4501.1503.600

S (kVA)2.5802.1602.3152.8002.500

Efectos trmicosSi se toma un conductor con una resistencia de 1 mW por el quecircula una corriente eficaz de 50 kA durante 10 ms, la energadisipada de 2.500 julios equivale a una potencia de 250 kW.En un contactor tripolar cuyos contactos se abren por repulsingenerando arcos elctricos, se puede estimar que la energadisipada es varias veces superior.Los efectos trmicos de un cortocircuito provocan en loscomponentes los siguientes efectos: fusin de los contactos, de los bobinados de las bilminas y delas conexiones, calcinacin de los materiales aislantes.

Los esfuerzos electrodinmicos provocan en los componentes lossiguientes efectos: rotura o deformacin de las piezas y de los juegos de barras, repulsin de los contactos, propagacin de los arcos elctricos.

Corriente de cortocircuito presumible IccEs el valor eficaz de la corriente simtrica permanente que seestablecera en el punto considerado del circuito si se cambiara eldispositivo de proteccin por un conductor de impedanciadespreciable. Este valor depende nicamente de la tensin dealimentacin y de la impedancia por fase Z0 (transformador + lnea).Se demuestra que el clculo de la corriente de cortocircuito trifsicaequivale al de la corriente de cortocircuito monofsica establecidaentre una fase y el neutro. Es igual al cociente de la tensin simpleE0 (tensin entre fase y neutro) por la impedancia de lnea Z0 porfase. Dicha impedancia de lnea incluye las resistencias R y lasinductancias L de todos los elementos situados aguas arriba delcortocircuito.

En un juego de barras, la fuerza que aparece entre 2 barras de 1 mde longitud, separadas por 5 cm y atravesadas por una corriente decresta de 50 kA, alcanza un valor de 1.000 daN o1 tonelada.En un polo del contactor, los contactos fijo y mvil se separan sinrecibir la orden de apertura en cuanto la fuerza de repulsin superael valor de la fuerza que ejerce el resorte de compresin. Estafuerza de repulsin de contacto se debe: al efecto de bucle: un polo se presenta como un bucle ms omenos perfecto en funcin de la forma de las piezas que loconforman y del modelo de contactor; cada pieza del polo estsometida a una fuerza electrodinmica dirigida hacia el exterior delbucle, a la estriccin de las lneas de corriente en la zona de contacto.

impedancia de lnea Z0 = (R2) + (Lw2)

corriente de cortocircuito Icc = E0Z0

Estriccin de las lneas de corrienteEfecto de bucle

Proteccin contra los cortocircuitos

i

F

ii idf

Corriente de cortocircuito de un transformadorEs la corriente que suministrara el secundario de un transformadoren cortocircuito (cortocircuito atornillado), con una alimentacinnormal del primario. En caso de cortocircuito en una instalacin,este valor de corriente slo se alcanza si el fallo se produce en lasbornas del transformador. En los dems casos, queda limitada a unvalor inferior debido a la impedancia de lnea.La siguiente tabla muestra las magnitudes de corriente decortocircuito para transformadores de fabricacin normal con unatensin secundaria de 400 V.

Efectos electrodinmicosEntre dos conductores paralelos por los que circulan una corrientei1 e i2 aparece una fuerza que puede ser de atraccin si lascorrientes tienen el mismo sentido, y de repulsin si tienen sentidosopuestos. Por norma general, ambos conductores forman parte deun mismo circuito con igual corriente y sentidos opuestos. En talcaso, la fuerza es de repulsin y proporcional al cuadrado de lacorriente.

Control de potencia

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1

Poder de cierreEs el valor mximo de corriente que puede establecer undisyuntor con su tensin nominal en condicionesdeterminadas. En corriente alterna, se expresa con el valorde cresta de la corriente.El poder de cierre es igual a k veces el poder de corte, segnse indica en la siguiente tabla (IEC 947-2).

PdCi1,5 PdCo1,7 PdCo2 PdCo2,1 PdCo2,2 PdCo

cos jjjjj

0,70,50,30,250,2

Los disyuntores magnticosProtegen los circuitos contra los cortocircuitos, dentro de loslmites de su poder de corte a travs de disparadoresmagnticos (un disparador por fase). Tambin protegencontra los contactos indirectos, siguiendo las normas sobreregmenes de neutro, para los esquemas TN o IT. Losesquemas TT pueden necesitar una proteccin diferencialresidual (ver los esquemas de los regmenes de neutro en lapgina 273). Dependiendo del tipo de circuito que se deseaproteger (distribucin, motor, etc.), el umbral de disparomagntico se situar entre 3 y 15 veces la corriente trmicaIth. Dependiendo del tipo de disyuntor, dicho umbral dedisparo puede ser fijo o ajustable por el usuario.Todos los disyuntores pueden realizar cortes omnipolares: lapuesta en funcionamiento de un solo disparador magnticobasta para abrir simultneamente todos los polos. Cuando lacorriente de cortocircuito no es muy elevada, los disyuntoresfuncionan a mayor velocidad que los fusibles.

Caractersticas principalesPoder de corteEs el valor mximo estimado de corriente de cortocircuito quepuede interrumpir un disyuntor con una tensin y en unascondiciones determinadas. Se expresa en kiloamperioseficaces simtricos.La norma IEC 947-2 define dos valores para el poder decorte de los disyuntores: el poder asignado de corte ltimo IcuEs el valor eficaz mximo de corriente que permite realizarun corte correctamente y a continuacin una operacin decierre-apertura. Es prcticamente igual al poder de corte Icnciclo P1 de la norma IEC 157-1. el poder asignado de corte de servicio IcsEs el valor eficaz mximo de corriente que permite realizarun corte correctamente y a continuacin dos operaciones decierre-apertura. Es prcticamente igual al poder de corte Icnciclo P2 de la norma IEC 157-1.

AutoproteccinEs la aptitud que posee un aparato para limitar la corriente decortocircuito con un valor inferior a su propio poder de corte,gracias a su impedancia interna.

Poder de limitacinUn disyuntor es adems limitador cuando el valor de lacorriente que realmente se interrumpe en caso de fallo esmuy inferior al de la corriente de cortocircuito estimado.La limitacin de la corriente de cortocircuito depende de lavelocidad de apertura del aparato y de su capacidad paragenerar una tensin de arco superior a la tensin de la red.Permite atenuar los efectos trmicos y electrodinmicos,proporcionando as una mejor proteccin a los cables y alaparellaje.

Disyuntores magnticos Compact y GV2-LArrancador con disyuntor magntico

Proteccin contra los cortocircuitos

PdCo 4,5 kA < PdCo 6 kA 6 kA < PdCo 10 kA 10 kA < PdCo 20 kA 20 kA < PdCo 50 kA 50 kA < PdCo

2 4 6

1/L1

Q1

3/L2

5/L3

KM1

12

34

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M 3

U WV

1 3 5

2 4 6

F1

Control de potencia

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1Proteccincontra las sobrecargas

Los fallos ms habituales en las mquinas son lassobrecargas, que se manifiestan a travs de unaumento de la corriente absorbida por el motor y deciertos efectos trmicos. El calentamiento normal de unmotor elctrico con una temperatura ambiente de 40 Cdepende del tipo de aislamiento que utilice. Cada vezque se sobrepasa la temperatura lmite defuncionamiento, los aislantes se desgastanprematuramente, acortando su vida til. Por ejemplo,cuando la temperatura de funcionamiento de un motoren rgimen permanente sobrepasa en 10 C latemperatura definida por el tipo de aislamiento, la vidatil del motor se reduce un 50%.Conviene sealar, no obstante, que cuando se produceun calentamiento excesivo como consecuencia de unasobrecarga, los efectos negativos no son inmediatos,siempre que sta tenga una duracin limitada y no serepita muy a menudo. Por lo tanto, no conllevanecesariamente la parada del motor, sin embargo, esimportante recuperar rpidamente las condiciones defuncionamiento normales.De todo lo expuesto se deduce que la correctaproteccin contra las sobrecargas resultaimprescindible para: optimizar la durabilidad de los motores, impidiendoque funcionen en condiciones de calentamientoanmalas, garantizar la continuidad de explotacin de lasmquinas o las instalaciones evitando paradasimprevistas, volver a arrancar despus de un disparo con lamayor rapidez y las mejores condiciones de seguridadposibles para los equipos y las personas.El sistema de proteccin contra las sobrecargas debeelegirse en funcin del nivel de proteccin deseado: rels trmicos de bilminas, rels de sondas para termistancias PTC, rels de mxima corriente, rels electrnicos con sistemas de proteccincomplementarios.Esta proteccin tambin puede estar integrada enaparatos de funciones mltiples, como los disyuntoresmotores o los contactores disyuntores que sedescriben en el apartado Aparatos de funcionesmltiples.

Los rels trmicos de bilminasLos rels trmicos de bilminas son los aparatos msutilizados para proteger los motores contra las sobrecargasdbiles y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente alternao continua. Sus caractersticas ms habituales son: tripolares, compensados, es decir, insensibles a los cambios de latemperatura ambiente, sensibles a una prdida de fase (1), por lo que evitan elfuncionamiento monofsico del motor, rearme automtico o manual, graduacin en amperios motor: visualizacin directa en elrel de la corriente indicada en la placa de caractersticas delmotor.

Principio de funcionamiento de los rels trmicos tripolaresLos rels trmicos tripolares poseen tres bilminascompuestas cada una por dos metales con coeficientes dedilatacin muy diferentes unidos mediante laminacin yrodeadas de un bobinado de calentamiento.Cada bobinado de calentamiento est conectado en serie auna fase del motor. La corriente absorbida por el motorcalienta los bobinados, haciendo que las bilminas sedeformen en mayor o menor grado segn la intensidad dedicha corriente. La deformacin de las bilminas provoca asu vez el movimiento giratorio de una leva o de un rbolunido al dispositivo de disparo.Si la corriente absorbida por el receptor supera el valor dereglaje del rel, las bilminas se deformarn lo bastantecomo para que la pieza a la que estn unidas las partesmviles de los contactos se libere del tope de sujecin. Estemovimiento causa la apertura brusca del contacto del relintercalado en el circuito de la bobina del contactor y el cierredel contacto de sealizacin. El rearme no ser posible hastaque se enfren las bilminas.

Rels trmicos LR2-D de Telemecanique

Proteccin contra las sobrecargas

(1) La norma IEC 947-4 sustituye el concepto de rel diferencial porel de rel sensible a una prdida de fase.

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1

Telemecan

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Proteccin contra las sobrecargas

Tapa

Tapa de precintado

Referenciadoenganchable

S/C mecnico*

Disparador

Soporte del disparador

Bilmina de compensacin

Rueda regulacin

BasculadorVisualizacin

Base

Pulsador Manual/Auto

Pulsadorde paro

Entrada de potencia

Placa

Tornillo dereglaje

Pulsador de prueba

Regleta superior

Regleta inferior

Caja

Bilmina principal

Tornillo de estribo

Tapa de proteccin de potencia Tapa de proteccin auxiliar

Soporte delcontacto mvil NC

Contacto mvil NC

Contacto fijo NC

Contacto fijo NA

Soporte del contacto mvil NA

Travesao

Regleta de contactos

Palancadiferencial

S/C trmico*

Rel trmico LR2-D

* S/C: Subconjunto

Control de potencia

17

1Compensacin de la temperatura ambienteLa curvatura que adoptan las bilminas no slo se debe alcalentamiento que provoca la corriente que circula en lasfases, sino tambin a los cambios de la temperaturaambiente. Este factor ambiental se corrige con una bilminade compensacin sensible nicamente a los cambios de latemperatura ambiente y que est montada en oposicin a lasbilminas principales.Cuando no hay corriente, la curvatura de las bilminas sedebe a la temperatura ambiente. Esta curvatura se corrigecon la de la bilmina de compensacin, de forma tal que loscambios de la temperatura ambiente no afecten a la posicindel tope de sujecin. Por lo tanto, la curvatura causada por lacorriente es la nica que puede mover el tope provocando eldisparo.Los rels trmicos compensados son insensibles a loscambios de la temperatura ambiente, normalmentecomprendidos entre 40 C y + 60 C.

ReglajeLos rels se regulan con un pulsador que modifica elrecorrido angular que efecta el extremo de la bilmina decompensacin para liberarse del dispositivo de sujecin quemantiene el rel en posicin armada.La rueda graduada en amperios permite regular el rel conmucha precisin. La corriente lmite de disparo estcomprendida entre 1,05 y 1,20 veces el valor indicado.

Deteccin de una prdida de faseEste dispositivo provoca el disparo del rel en caso deausencia de corriente en una fase (funcionamientomonofsico). Lo componen dos regletas que se muevensolidariamente con las bilminas. La bilmina correspondientea la fase no alimentada no se deforma y bloquea elmovimiento de una de las dos regletas, provocando eldisparo.Los receptores alimentados en corriente monofsica ocontinua se pueden proteger instalando en serie dos bilminasque permiten utilizar rels sensibles a una prdida de fase.Para este tipo de aplicaciones, tambin existen rels nosensibles a una prdida de fase.

Clases de disparoLos rels trmicos se utilizan para proteger los motores delas sobrecargas, pero durante la fase de arranque debenpermitir que pase la sobrecarga temporal que provoca el picode corriente, y activarse nicamente si dicho pico, es decir laduracin del arranque, resulta excesivamente larga.La duracin del arranque normal del motor es distinta paracada aplicacin; puede ser de tan slo unos segundos(arranque en vaco, bajo par resistente de la mquinaarrastrada, etc.) o de varias decenas de segundos (mquinaarrastrada con mucha inercia), por lo que es necesario contarcon rels adaptados a la duracin de arranque. La normaIEC 947-4-1-1 responde a esta necesidad definiendo trestipos de disparo para los rels de proteccin trmica: Rels de clase 10Vlidos para todas las aplicaciones corrientes con unaduracin de arranque inferior a 10 segundos. Rels de clase 20Admiten arranques de hasta 20 segundos de duracin. Rels de clase 30Para arranques con un mximo de 30 segundos de duracin.Observacin importante: en las aplicaciones con unarranque prolongado, conviene comprobar que todos loselementos del arrancador (contactores, aparatos de proteccincontra los cortocircuitos, cables, etc.) estn dimensionadospara soportar la corriente de arranque sin calentarsedemasiado.

Curvas de disparo de los rels trmicosPrincipio de deteccin de prdida de fase

Principio de compensacin de la temperatura ambiente

1,05 Ir

> 2 h> 2 h> 2 h> 2 h

1,2 Ir

< 2 h< 2 h< 2 h< 2 h

7,2 Ir

2 s tp 10 s2 s tp 10 s2 s tp 20 s2 s tp 30 s

tiempo de disparo en fro

Proteccin contra las sobrecargas

tiempo

mltiplos de Ir

clase 30clase 20clase 10

Curvatura delas bilminas

principales

Deflexin de la bilminade compensacin

contacto fijo contacto mvil

Posicin en fro Posicin en calienteFuncionamiento equilibrado

Posicin en calienteAusencia de una fase

1,5 Ir

< 2 min> 4 min> 8 min> 12 min

2 h

4 min

10 s4 s

11,05

1,21,5

7,2 17

2 s

10 min

2 min

20 s

Clase 10 A 10 20 30

Control de potencia

18

1

9695

KM1 KM1

A1A2

1413

F1

9798

KM1

X2X1

KM1

A1A2

9695

F1

9798

1413

S1

1413

S1

F1

S1

9695

KM1 KM1

A1A2

9798

F1

Modos de rearmeEl rel de proteccin se puede adaptar fcilmente a lasdiversas condiciones de explotacin eligiendo el modo derearme Manual o Auto (dispositivo de seleccin situado en laparte frontal del rel), que permite tres procedimientos derearranque: las mquinas simples que pueden funcionar sin controlespecial y consideradas no peligrosas (bombas,climatizadores, etc.) se pueden rearrancar automticamentecuando se enfran las bilminas:

rearme Auto, esquema 3 hilos en los automatismos complejos, el rearranque requiere lapresencia de un operario por motivos de ndole tcnica y deseguridad:

rearme Auto, esquema 2 hilosTambin se recomienda este tipo de esquema para losequipos de difcil acceso. por motivos de seguridad, las operaciones de rearme delrel en funcionamiento local y de arranque de la mquinadebe realizarlas obligatoriamente el personal cualificado:

rearme Manual

Control de los contactos auxiliaresEn los rels trmicos con basculador simple, la presin de loscontactos disminuye a medida que las bilminas sedeforman. Este inconveniente se puede evitar gracias aldispositivo llamado de doble percusin (patentado porTelemecanique) utilizado en los rels trmicos con bilminasde clase 10 y 20 serie D de Telemecanique, que mantiene lapresin de contacto hasta el umbral de basculamiento. Dichodispositivo elimina los riesgos de disparo accidental debido avibraciones o choques indirectos al tiempo que garantiza elcambio de estado franco de los contactos.

Asociacin con un contactorCircuito de potencia: cada bobinado de calentamiento debeintercalarse en una fase o polaridad del receptor protegido.Circuito de control: el contacto de apertura del rel debeconectarse en serie dentro del circuito de la bobina delcontactor que controla la puesta bajo tensin del receptor.Asociacin con un dispositivo de proteccin contralos cortocircuitosLos rels trmicos no slo no protegen contra loscortocircuitos sino que requieren una proteccin contra losmismos, por lo que es necesario asociarles un disyuntor ofusibles.

Proteccin contra las sobrecargas

Rearme de los rels trmicos LR2-D de Telemecanique

Presin de contacto de los rels trmicos LR2-D de Telemecanique

Asociacin de rel trmico y fusibles

1 3 5

2 4 6

F2

L1 L2 L3

12

34

56

KM1

A1A2

9798

1314

9695

Rearme AutoEsquema 2 hilos

Rearme AutoEsquema 3 hilos

Rearme Manual

Deteccindel fallo

Deteccindel fallo

Seal demando

Monofsico,continuo

Trifsico

0

4

8

12

16

0,2 0,4 0,6 0,8 In 1,2

K 3 In

15 g

3 g

LR2

Asociacin de rel trmico y contactor

1 3 5

2 4 6

1/L1

3/L2

5/L3

2 4 6

KM1

KM1

A1A2

A1A2

9798

1314

9695

9596

F2

KM1

1314

1314

S1

F2

Proteccin de circuitos monofsicos y trifsicos

Control de un piloto de sealizacin y de una bobina de contactor1 3 5

2 4 6

KM1

A1A2

9798 96

95

X1X2

H1

1 3 5

2 4 6

1/L1

3/L2

5/L3

2 4 6

KM1

A1A2

9798

1314

9695

M 3

U WV

1 3 5

2 4 6

1/L1

5/L2

2

34 6

KM1

A1A2

9798

1314

9695

M1

A1 A2

Control de potencia

19

1Los rels con sondasde termistancias PTCEste sistema de proteccin controla la temperatura real delelemento protegido. Se compone de: una o varias sondas de termistancias con coeficiente detemperatura positivo (PTC). La resistencia de estoscomponentes estticos aumenta bruscamente cuando latemperatura alcanza el umbral llamado Temperatura Nominalde Funcionamiento (TNF), un dispositivo electrnico, alimentado en corriente alternao continua, que mide permanentemente la resistencia de lassondas asociadas. Un circuito detecta el fuerte aumento delvalor de la resistencia que se produce cuando se alcanza laTNF y ordena el cambio de estado de los contactos de salida.En funcin del tipo de sondas, este modo de proteccinpuede activar una alarma sin detener la mquina (TNF de lassondas inferior a la temperatura mxima especificada para elelemento protegido), o detener la mquina (la TNF coincidecon la temperatura mxima especificada).Existen dos tipos de rels de sondas: de rearme automtico, cuando la temperatura de lassondas tiene un valor inferior a la TNF, de rearme manual local o a distancia, ya que el pulsador derearme no resulta efectivo mientras la temperatura seasuperior a la TNF.El disparo se activa con los siguientes fallos: se ha superado la TNF, corte de las sondas o de la lnea sondas-rels,

cortocircuito de las sondas o de la lnea sondas-rels, ausencia de la tensin de alimentacin del rel.Las sondas miden la temperatura con absoluta precisin, yaque, debido a su reducido tamao, tienen una inercia trmicamuy pequea que garantiza un tiempo de respuesta muycorto.

Aplicaciones

Los rels de sondas controlan directamente la temperaturade los devanados estatricos, lo que les permite proteger losmotores contra los calentamientos debidos a sobrecargas,aumento de la temperatura ambiente, fallos del circuito deventilacin, nmero de arranques elevado, funcionamientopor impulsos, arranque anormalmente prolongado, etc. Sinembargo, para utilizar este modo de proteccin, es necesarioque las sondas se hayan incorporado a los bobinadosdurante el proceso de fabricacin del motor o al realizarse unrebobinado tras un accidente.Los rels de sondas tambin se utilizan para controlar elcalentamiento de los elementos mecnicos de los motores odems aparatos que admitan sondas: cojinetes, circuitos deengrase, fluidos de refrigeracin, resistencias de arranque,radiadores de semiconductores, etc.El nmero mximo de sondas que se pueden asociar enserie en el mismo rel depende del tipo de rel y del tipo desonda (100 o 250 ohmios a 25 C). Dichas sondas puedentener una TNF diferente, lo que permite controlar con un solorel todos los elementos con temperaturas de funcionamientodistintas. Sin embargo, esta solucin slo se recomienda enlos casos en los que no sea necesario localizar los fallos congran precisin.

Control de un motor con termistancias, con memorizacinControl de un motor con termistancias, sin memorizacin

Proteccin contra las sobrecargas

Caractersticas de una sonda de termistancia PTC

4 A. g1 KM1

12

34

56

A11321

22

143

4A2

T1

T2 KM1

12

34

56

T1

T2

R

A1

A2 12 14

11

TNF

20

TNF+

15

TNF

TNF+

5

TNF

55020 0

100

250

550

1330

4000

resistencia (ohmios)

temperatura (C)

lmites respetados porlas sondas universalesMarca A(norma IEC 34-11-1A)

Ubicacin de una sonda de termistancia PTC

Control de potencia

20

1

Cortocircuitado del rel de proteccin durante el arranqueAsociacin de tres rels electromagnticos con un contactor

Proteccin contra las sobrecargas

21

12

contactos de retencincontactos impulsionales

2 4 6

1/L1

3/L2

5/L3

1314

12

F2 F3 F4

12

12

U WV

KM1

A1A2

12

F2

9394 92

91

F3

9192

A1A2

KM1

9192

9192

F4

F2

1314

21

F3

F4

F2

9192

A1A2

KM1

1314

S2

9192

1314

KM1

2122

S1

9192

2 4 6

Q1

2 4 6

1 3 5

KM1

1/L1

3/L2

5/L3

U WV

1 3 5

2 4 6

F2

M 3

2 4 6

1 3 5

KM2

9596

F2

A1A2

KM1

1314

S2

1112

1314

KM1

A1A2

KM2

S1

Q221

1314

Q1

5655

KM1

5453

KM1

' Circuito de controlEl contacto de disparo de cada rel debe asociarse en serieen el circuito de la bobina del contactor que alimenta elreceptor. Este contacto puede ser de retencin o fugaz: contacto de retencinCuando se dispara el rel, los contactos se mantienenmecnicamente. El rel debe rearmarse manualmenteo con un dispositivo de rearme elctrico a distancia.Con los esquemas de control 2 hilos hay que utilizarobligatoriamente contactos de retencin, para que elcontactor no ratee. contacto impulsionalEl contacto de disparo vuelve a la posicin inicial despus delfuncionamiento del rel y la apertura del contactor, por lo quedebe utilizarse obligatoriamente con un esquema 3 hilos.En ambos casos, resulta imprescindible solucionar el falloantes de rearmar el rel (contacto de retencin) o de volver aactivar el pulsador de marcha (contacto impulsional).

Proteccin de motores de arranqueprolongadoPara proteger los motores de arranque prolongado contra lassobrecargas es preferible utilizar rels de bilminas de clase20 o 30 (ver la pgina 17). Pero en caso de que estaproteccin resulte imposible (por ejemplo, cuando la duracindel arranque rebase los lmites que determina la norma sobreclases de disparo) la proteccin deber realizarse: mediante un rel con sondas de termistancias (ver lapgina 19), mediante un rel trmico de clase 10 alimentado a travsde los secundarios de tres transformadores de corriente conbajo ndice de saturacin, cortocircuitando un rel trmico de clase 10 durante elarranque con ayuda de un contactor. Al final del arranque, un

Los rels electromagnticosde mxima corrienteLos rels electromagnticos de mxima corriente se utilizanpara proteger las instalaciones sometidas a picos de corrientefrecuentes (por ejemplo, arranque de motores de anillos enaparatos de elevacin) contra las sobrecargas importantes enlos casos en los que, a causa de arranques demasiadofrecuentes, variaciones bruscas del par o riesgos de calado,resulte imposible utilizar rels trmicos de bilminas.Principio de funcionamientoLos principales elementos de los rels son: un circuito magntico, formado por una parte fija, unaarmadura mvil y una bobina, un mecanismo de disparo accionado a travs de la armaduramvil y que acta sobre contactos auxiliares NC + NA.La corriente que se desea controlar atraviesa la bobina,conectada en serie a una de las fases del receptor. Cuandodicha corriente rebasa el valor de reglaje, el campomagntico que genera la bobina es suficiente para atraerla armadura mvil y cambiar el estado de los contactos.El contacto de apertura se encuentra en el circuito de labobina del contactor principal, por lo que ste se abre.Dispositivo de reglajeEl reglaje se realiza reduciendo o aumentando el ngulo deapertura de la armadura mvil, lo que modifica el entrehierro,y por tanto, el nmero de amperios-vuelta necesarios paracerrar el circuito magntico. El dispositivo de reglaje estgraduado en amperios, por lo que basta con indicar el valorde la corriente de disparo.Asociacin con un contactor' Circuito de potenciaInclusin de un rel en cada una de las fases de alimentacindel receptor protegido.

Control de potencia

21

1

9798

F2

H1

26T

3

F2

9596

R

l3

l4

l1

l2

13

4contacto auxiliar temporizado controla la apertura delcontactor de cortocircuitado, volviendo a asociar lasbilminas del rel en el circuito del motor. No obstante,conviene sealar que si durante el arranque se produce uncorte de fase, el rel trmico no lo detectar hasta que sedesactive el contactor de cortocircuitado.

Los rels temporizadores trmicosLos rels temporizadores trmicos tienen dos funciones: controlar, desde que se ponen bajo tensin mediante uncontacto auxiliar, que las operaciones no duren ms de loprevisto, temporizar las acciones de los rels midiendo la corriente ola tensin.Se utilizan principalmente para: proteger la resistencia o el autotransformador de arranquede un motor contra los arranques demasiado frecuentes,prolongados o incompletos. Permite realizar arrancadoresconformes a las normas IEC 947-4-1, NF/EN 60947-4-1, DINVDE 0660 T102 (idntica a la norma EN 60947-4-1), retrasar las paradas de seguridad hasta el momento en elque la persistencia o la repeticin de un fenmeno resultenpeligrosas (por ejemplo: descebado de una bomba, falta depresin del aceite de una mquina, etc.).Principio de funcionamientoLos principales elementos de los rels son:

una bilmina rodeada de un bobinado de calentamientoconectado en serie a una o varias resistencias, una caja de material moldeado con un contacto NC y uncontacto NA de retencin, un pulsador de rearme, una rueda frontal para regular el tiempo de disparo.El conjunto compuesto por el bobinado de calentamiento y laresistencia est conectado entre los dos hilos dealimentacin del circuito de control del equipo. Dentro delcircuito del bobinado de calentamiento del rel hay uncontacto NA (3-4) que controla su puesta bajo tensin desdeque se inicia el arranque o el fenmeno que se debecontrolar, y un contacto NC (1-2) que controla la finalizacinde los mismos. Cuando arranca el motor o se inicia elfenmeno, el contacto (3-4) se cierra. A partir de estemomento, se establece el contacto (1-2) y el bobinadode calentamiento del rel se pone bajo tensin. Durante todoel tiempo que duran el arranque o el fenmeno, el calor vadeformando progresivamente la bilmina. Pueden darse doscasos: la duracin es inferior al tiempo determinado en el rel.Cuando finalizan el arranque o el fenmeno, el contacto (1-2)se abre. La tensin del bobinado de calentamiento seinterrumpe, la bilmina se enfra y el rel est preparado paracontrolar el siguiente ciclo, la duracin del arranque o del fenmeno es superior altiempo determinado. La bilmina se deforma de tal maneraque provoca el disparo del rel. El contacto de retencin(95-96) se abre y ordena la apertura de todos los contactoresesclavos. Despus de solucionar el accidente, el operariodebe rearmar el rel antes de volver a poner la instalacin enfuncionamiento.

Estacin de aire comprimido o de bombeoArrancador rotrico

Proteccin contra las sobrecargas

9798

F2

H1

26T

3

F2

9596

R

13

4

Circuitoestablecidodurante elarranque

Circuito delpresostato o delrel dedescebado

ResistenciaadicionalEXTERNA(para U > 220 V)

(10 a 21 s)o(18 a 24 s)

ResistenciaadicionalEXTERNA(para U > 220 V)

(10 a 21 s)o(18 a 24 s)

Alim

enta

cin

Circ

uito

de

cont

rol d

elarr

anca

dor

Alim

enta

cin

Circ

uito

de

cont

rol d

elarr

anca

dor

Control de potencia

22

1

Rels de control y de medidaAunque los arrancadores siempre incluyen una proteccincontra los cortocircuitos y las sobrecargas, puede quealgunas aplicaciones requieran un sistema de proteccinadicional (control de la tensin, de la resistencia deaislamiento, etc.), sin que por ello sea necesario instalar relsmultifuncin. Los rels de control y de medida especficosconstituyen una solucin que se adapta exactamente a lanecesidad concreta:' Controlar la tensin de alimentacinPara que todos los componentes de un equipo deautomatismo funcionen correctamente, la tensin dealimentacin de ste debe mantenerse dentro de undeterminado rango, que vara segn los aparatos. En casode cambio de tensin, y concretamente en caso desubtensin, aunque sea transitoria, los rels de mnimatensin permiten activar una alarma o interrumpir laalimentacin de la instalacin.' Controlar la alimentacin de las 3 fasesUn corte de fase en el circuito de un receptor puede llegar aafectar a un sector o al conjunto de la instalacin,provocando perturbaciones en algunos circuitos. Por lo tanto,conviene detectar este tipo de cortes en cuanto aparecen.' Controlar el orden de las fasesLa inversin de las fases puede provocar gravesdesperfectos mecnicos en la mquina arrastrada. Losaccidentes de este tipo se producen, por ejemplo, despusde una intervencin por motivos de mantenimiento o dereparacin.

Proteccin contra las sobrecargas

' Controlar la resistencia de aislamientoLos fallos de aislamiento pueden resultar peligrosos para elfuncionamiento, el material y el personal.' Controlar la evolucin de una variableLa ejecucin de determinadas operaciones puede estarcondicionada por la evolucin de una tensin o una corriente.Los rels permiten controlar los umbrales regulables.' Controlar el nivel de los lquidosEste tipo de rels se puede utilizar, por ejemplo, para evitar eldescebado de una bomba.

Rels de control y de medida de Telemecanique

Control de potencia

23

1

El contactor electromagnticoEl contactor electromagntico es un aparato mecnico deconexin controlado mediante electroimn y confuncionamiento todo o nada. Cuando la bobina delelectroimn est bajo tensin, el contactor se cierra,estableciendo a travs de los polos un circuito entre la red dealimentacin y el receptor. El desplazamiento de la partemvil del electroimn que arrastra las partes mviles de lospolos y de los contactos auxiliares o, en determinados casos,del dispositivo de control de stos, puede ser: rotativo, girando sobre un eje, lineal, deslizndose en paralelo a las partes fijas, una combinacin de ambos.Cuando se interrumpe la alimentacin de la bobina, elcircuito magntico se desmagnetiza y el contactor se abrepor efecto de: los resortes de presin de los polos y del resorte de retornode la armadura mvil, la fuerza de gravedad, en determinados aparatos (laspartes mviles recuperan su posicin de partida).El contactor ofrece numerosas ventajas, entre las quedestacan la posibilidad de: interrumpir las corrientes monofsicas o polifsicaselevadas accionando un auxiliar de mando recorrido por unacorriente de baja intensidad, funcionar tanto en servicio intermitente como en continuo, controlar a distancia de forma manual o automtica,utilizando hilos de seccin pequea o acortandosignificativamente los cables de potencia, aumentar los puestos de control y situarlos cerca deloperario.A estas caractersticas hay que aadir que el contactor: es muy robusto y fiable, ya que no incluye mecanismosdelicados, se adapta con rapidez y facilidad a la tensin dealimentacin del circuito de control (cambio de bobina), garantiza la seguridad del personal contra arranquesinesperados en caso de interrupcin de corrientemomentnea (mediante pulsadores de control), facilita la distribucin de los puestos de paro de emergenciay de los puestos esclavos, impidiendo que la mquina seponga en marcha sin que se hayan tomado todas lasprecauciones necesarias, protege el receptor contra las cadas de tensinimportantes (apertura instantnea por debajo de una tensinmnima), puede incluirse en equipos de automatismos sencillos ocomplejos.

Conmutacin todo o nada

Conmutacin todo o nada

La funcin conmutacin todo o nada establece einterrumpe la alimentacin de los receptores. Estasuele ser la funcin de los contactoreselectromagnticos.En la mayora de los casos, el control a distanciaresulta imprescindible para facilitar la utilizacin ascomo la tarea del operario, que suele estar alejado delos mandos de control de potencia. Como normageneral, dicho control ofrece informacin sobre laaccin desarrollada que se puede visualizar a travsde los pilotos luminosos o de un segundo dispositivo.Estos circuitos elctricos complementarios llamadoscircuitos de esclavizacin y de sealizacin serealizan mediante contactos auxiliares que seincorporan a los contactores, a los contactoresauxiliares o a los rels de automatismo, o que ya estnincluidos en los bloques aditivos que se montan en loscontactores y los contactores auxiliares.La conmutacin todo o nada tambin puede realizarsecon rels y contactores estticos. Del mismo modo,puede integrarse en aparatos de funciones mltiples,como los disyuntores motores o los contactoresdisyuntores descritos en el subcaptulo Aparatos defunciones mltiples.

Control de potencia

24

1

Conmutacin todo o nada

Portacontactos mviles

Circuito magntico fijo Amortiguador

Tope posterior

Resorte del pestillo

Pestillo

Contacto de potencia mvil

Contacto de potencia fijo

Cmara apagachispas

Armadura mvil Chaveta del circuito mvil

Resorte del contacto auxiliar

Contacto mvil auxiliar

Tapa gua-hilos

Tapa de proteccin de potencia

Tornillo de estribo

Tornillo de ensamblaje cmara apagachispas / base

Resorte de retorno

Bobina

Chaveta fija

Base

Contactor LC1D

Control de potencia

25

1

Composicin de un contactorelectromagnticoEL ELECTROIMANEl electroimn es el elemento motor del contactor. Suselementos ms importantes son el circuito magntico y labobina. Se presenta bajo distintas formas en funcin del tipode contactor e incluso del tipo de corriente de alimentacin,alterna o continua.El circuito magntico incluye un entrehierro reducidoen posicin cerrado que evita que se produzcanremanencias (1). Se obtiene retirando el metal ointercalando un material amagntico (2).El recorrido de llamada es la distancia que media entre laparte fija y la parte mvil del circuito cuando el contactor esten reposo. El recorrido de aplastamiento es la distancia quemedia entre ambas partes cuando los polos entran encontacto.Los resortes que presionan los polos se comprimen duranteel recorrido de aplastamiento y hasta el final del mismo.

Circuito magntico de corriente alterna' Caractersticas chapas de acero al silicio unidas mediante remache osoldadura, circuito laminado para reducir las corrientes de Foucaultque se originan en toda masa metlica sometida a un flujoalterno (las corrientes de Foucault reducen el flujo til de unacorriente magnetizante determinada y calientaninnecesariamente el circuito magntico), uno o dos anillos de desfase, o espiras de Frager, quegeneran en una parte del circuito un flujo decalado conrespecto al flujo alterno principal. Con este mecanismo seevita la anulacin peridica del flujo total, y por consiguiente,de la fuerza de atraccin (lo que podra provocar ruidosasvibraciones).

' Utilizacin en corriente continuaLos circuitos magnticos laminados se pueden utilizar encorriente continua con total normalidad. En tal caso, esnecesario emplear una bobina distinta a la que se utiliza contensin alterna de igual intensidad. Tambin es precisointercalar una resistencia de reduccin de consumo en elcircuito de control de la bobina en cuanto se cierra elcontactor (ver la pgina 27).Circuito magntico en corriente continuaEn el circuito magntico de los electroimanes alimentados encorriente continua no se forman corrientes de Foucault. Endeterminados casos, es preferible utilizar un electroimnespecfico para corriente continua de acero macizo en lugarde adaptar un circuito magntico laminado de corrientealterna.

LA BOBINALa bobina genera el flujo magntico necesario para atraer laarmadura mvil del electroimn.Puede estar montada en una rama del circuito magntico o,excepcionalmente, en dos, segn el modelo de contactor.Est diseada para soportar los choques mecnicos queprovocan el cierre y la apertura de los circuitos magnticos ylos choques electromagnticos que se producen cuando lacorriente recorre las espiras.Para atenuar los choques mecnicos, la bobina o el circuitomagntico, y en algunos casos ambos, estn montadossobre unos amortiguadores.Las bobinas que se utilizan hoy en da son muy resistentes alas sobretensiones, a los choques y a los ambientesagresivos. Estn fabricadas con hilo de cobre cubierto de unesmalte de grado 2 y soportan temperaturas de 155 C, oincluso de 180 C. Existen bobinas impregnadas al vaco osobremoldeadas.

Contactores Telemecanique

Conmutacin todo o nada

(1) Remanencia: un contactor remanente es un contactor quepermanece cerrado cuando las bornas de su bobina ya no estn bajotensin.(2) Amagntico: que no conserva el magnetismo; el cobre y el latnson metales amagnticos.

Control de potencia

26

1

LOS POLOSLa funcin de los polos consiste en establecer o interrumpir lacorriente dentro del circuito de potencia. Estndimensionados para que pase la corriente nominal delcontactor en servicio permanente sin calentamientosanmalos. Consta de una parte fija y una parte mvil. Estaltima incluye unos resortes que transmiten la presincorrecta a los contactos que estn fabricados con unaaleacin de plata con una excepcional resistencia a laoxidacin, mecnica y al arco (1).Los contactos pueden ser de doble corte o de simple corte.Los contactos de doble corte estn muy bien adaptados atodas las aplicaciones en corriente alterna (servicio intensivo,AC-3, AC-4, etc.) y permiten realizar aparatos compactos.Los contactos de simple corte suelen incluir un dispositivoapagachispas magntico. Se recomienda utilizarlos paracortar corrientes continuas y para aplicaciones con serviciosevero.Los polos ruptores, utilizados para resolver determinadosproblemas de automatismo, funcionan al contrario que lospolos normales: los contactos se encuentran en estadopasante cuando el electroimn de control no est bajotensin, y no pasante cuando recibe alimentacin.

Representacin simblica de los polos y los contactos auxiliaresPolos de simple y doble corte

Conmutacin todo o nada

12

34

56

KM1

A1A2

2

1

3

4

2

3

1

5655 67

6821

3

4

(1) Ver corte de corrientes: el arco elctrico en la pgina 29.

LOS CONTACTOS AUXILIARESLos contactos auxiliares realizan las funciones deautomantenimiento, esclavizacin, enclavamiento de loscontactores y sealizacin. Existen tres tipos bsicos: contactos instantneos de cierre NA, abiertos (nopasantes) cuando el contactor est en reposo, y cerrados(pasantes) cuando el electroimn est bajo tensin, contactos instantneos de apertura NC, cerrados(pasantes) cuando el contactor est en reposo, y abiertos (nopasantes) cuando el electroimn est bajo tensin, contactos instantneos NA/NC. Cuando el contactor esten reposo, el contacto NA se encuentra en estado nopasante y el contacto NC en estado pasante. El estado de loscontactos se invierte cuando se cierra el contactor. Los doscontactos tienen un punto comn.Los contactos temporizados NA o NC se establecen o seseparan cuando ha transcurrido un tiempo determinadodespus del cierre o la apertura del contactor que los activa.Este tiempo se puede regular.

Control de potencia

27

1

Comportamiento de un circuito magnticoen corriente alterna y continuaRelacin entre fuerza de atraccin y corriente de controlCuando el contactor est en reposo, en posicin de llamada,las lneas de fuerza del campo magntico presentan unamplio recorrido en el aire y la reluctancia (1) total del circuitomagntico a es muy elevada. Por lo tanto, se necesita unacorriente de llamada la elevada para generar una fuerza deatraccin superior a la del resorte de retorno y provocar elaccionamiento.

Cuando el contactor se encuentra en posicin trabajo, elcircuito magntico cerrado tiene una reluctancia f muy baja.En este caso, la fuerza de atraccin debe ser mayor paraequilibrar la fuerza de los resortes de presin de los polos.Pero la escasa reluctancia permite conseguir un flujocorrespondiente ffffff con una corriente mucho menor que lacorriente de llamada:

En sntesis, para mantener el circuito magntico cerrado, essuficiente una corriente If bastante menor que la corriente dellamada la necesaria para la activacin.

Circuito magntico en corriente alterna' Alimentacin en corriente alternaEn corriente alterna, el valor de la corriente de la bobina sedetermina por su impedancia (3). La presencia de unentrehierro de grandes dimensiones, determina que a lallamada la reluctancia del circuito magntico y la impedanciade la bobina sean respectivamente muy elevada y pocoelevada (4).La corriente de llamada la es muy intensa y se limita casiexclusivamente con la resistencia de la bobina.En posicin de trabajo, el circuito magntico cerrado tieneuna reluctancia baja que determina un fuerte aumento de laimpedancia de la bobina. Esta impedancia elevada limita lacorriente a un valor If notablemente inferior a la (6 a 10 vecesmenor).En sntesis, la corriente de la bobina disminuye simplementea causa del aumento de la impedancia resultante de ladisminucin del entrehierro. Como se explica en el prrafoanterior, esta corriente basta para mantener cerrado elcircuito magntico.' Alimentacin en corriente continuaEl valor de la corriente slo depende de la resistencia de labobina. Las caractersticas de la bobina a la llamadapermiten que la resistencia determine una corriente lasuficiente para enclavar el contactor.Cuando el electroimn se encuentra cerrado, el valor de laresistencia sigue siendo el mismo y la corriente sigue siendoigual a la corriente de llamada la, mientras que, comoacabamos de ver, una corriente bastante menor serasuficiente para mantener el circuito magntico en posicin decierre. A menos que el electroimn tenga un diseo especial,la bobina no puede absorber durante mucho tiempo lapotencia resultante del paso permanente de la corriente dellamada la sin un aumento excesivo de la temperatura, por loque es necesario disminuir el consumo al mantenimiento.El consumo se reduce intercalando en serie con la bobinauna resistencia adicional de valor apropiado.La resistencia se pone en servicio a travs de un contactoauxiliar de apertura que se abre cuando el contactor terminade cerrarse.

(4) En una primera aproximacin, la impedancia de la bobina esinversamente proporcional a la reluctancia del circuito magntico:

(3) Para una corriente alterna de frecuencia angularw (w = 2 pif = 314 a 50 Hz) y un circuito con una resistencia R, unainductancia L y una capacidad C, el valor de la impedancia sera:

n es el nmero de espiras de la bobina.

L = n2

(1) La reluctancia es la resistencia que el circuito magntico ofrece alpaso del flujo. Se puede comparar con la resistencia de un circuitoelctrico que se opone al paso de la corriente (ley de Ohm).Para un circuito magntico homogneo de hierro dulce, con longitudl, seccin constante S y permeabilidad m, la reluctancia sera:

En la mayora de los casos la nica reluctancia es la de losentrehierros, ya que los metales magnticos son mucho mspermeables que el aire (100 a 1.000 segn el grado de saturacin).

lmS =

I es la corriente que recorre la bobina.La fuerza de atraccin es proporcional al cuadrado del flujo.

(2) El flujo es proporcional a los amperios-vuelta, pero inversamenteproporcional a la reluctancia:

nl

f =

Z = R2 + X2 donde X = Lw A la llamada, la corriente absorbida es igual a: la = U/RCuando el contactor est cerrado, la corriente pasa a ser: If = U/(R+R)U: tensin de la red de alimentacinR: resistencia de la bobinaR: resistencia adicionalLa bobina es distinta a la que se utiliza normalmente con tensin alternade igual intensidad.

Disminucin de consumo

Conmutacin todo o nada

1Cw

R

R

A1A2

KM1

KM1

21

6665

U

ff = nIf (baja)f (muy baja)

nIa (elevada) (2)a (muy elevada)fa =

Control de potencia

28

1

Circuito magntico en corriente continuaCon los electroimanes diseados especialmente paracorriente continua no es necesario aplicar el sistema dereduccin de consumo. En tal caso, el circuito magntico y labobina estn sobredimensionadas (mayor volumen de aceroy cobre) para aumentar la superficie de enfriamiento yfavorecer la disipacin de las caloras.A igual calibre, un contactor equipado con este tipo decircuito es mayor que un contactor con circuito magnticoalterno alimentado en corriente continua con reduccin deconsumo, y la durabilidad mecnica es muy elevada.La corriente de llamada Ia es igual a la corriente demantenimiento If.

Circuito magntico de bajo consumoVer la pgina 32.

Circuito magntico con bobina de dos devanadosEsta tcnica, patentada por Telemecanique, resulta idneapara los contactores de elevado calibre que requieran unelectroimn: poco voluminoso, para limitar el peso y el tamao de losequipos, que suministre un esfuerzo motor capaz de mantener unelevado rendimiento de los contactos, insensible a las posibles cadas de tensin de la lnea dealimentacin y a las llamadas de corriente derivadas delarranque de los motores, con un consumo energtico mnimo, con una fiabilidad electromecnica muy alta.Estas exigencias slo puede cumplirlas un electroimn: diseado especialmente para corriente continua, que incluya una bobina con funciones de llamada ymantenimiento separadas, que se pueda alimentar tanto en corriente alterna comocontinua, segn el tipo de bobina.

' Alimentacin en corriente alternaEl principio de funcionamiento es el siguiente: cuando el contactor se cierra, el contacto (1) integrado enla bobina interrumpe la corriente del rectificador, y por tantoen el bobinado de llamada (A), el bobinado de mantenimiento (M), que ya se alimentabaen corriente alterna (semialternancia), es el nico que quedabajo tensin. El contacto (2) se utiliza con el control porimpulso, como contacto de automantenimiento, cuando el circuito magntico del electroimn (Y) estcerrado, acta como un transformador cuyos primario ysecundario seran respectivamente el bobinado demantenimiento (M) y el bobinado de llamada (A) conectado alas bornas de los cuatro diodos del puente.Durante las alternancias positivas, los diodos del puenterectificador cortocircuitan el secundario y hacen que circulecorriente en el bobinado de llamada (A) y, por tanto, que seproduzca una induccin en un sentido determinado.Durante las alternancias negativas, los diodos impiden quecircule una corriente inversa en el secundario y la energaalmacenada en ste se libera en forma de corriente de igualsentido que la anterior.Por tal motivo, el flujo magntico del electroimn (Y) siempretiene el mismo sentido y siempre es positivo.Este sistema elctrico tiene un efecto anlogo al de las juntasde desfase montadas en los contactores de menor calibre.' Alimentacin en corriente continua cuando el contactor se cierra, el contacto (1) integrado enla bobina se abre y el bobinado de mantenimiento (M) seconecta en serie con el bobinado de llamada (A).

Bobinas tipo corriente continua

Conmutacin todo o nada

A1

03

A2

(1)

(2)

+

(A)(M)

(Y)

A1

A2

(1) (A)

(M)

(Y)

Corriente alterna

Corriente continua

Control de potencia

29

1

+ ++

++

+

l0

ii

() (+)

Volts

l (mm)

Corte de corrientes: el arco elctricoNormalmente, el contactor se abre para interrumpir la corrienteelctrica que previamente atravesaba el receptor (motor, etc.).Este ltimo suele ser inductivo y, salvo excepciones (apertura enel momento preciso del paso por cero de una corriente alterna), lacorriente no se interrumpe de forma inmediata.Cuando la intensidad es superior a un amperio, se estableceun arco elctrico entre los contactos en el momento en que seseparan.El arco es una forma de descarga elctrica en los gases o envaco. Se trata de un plasma formado por electrones libres y deiones arrancados de los electrodos por efecto trmico y quecirculan en el medio gaseoso impulsados por el campo elctricoestablecido entre los contactos. En este sentido, se puedecomparar el arco con un conductor mvil de forma variable que sepuede poner en movimiento aplicndole, a lo largo de surecorrido, un campo magntico o situando piezas ferromagnticascerca de l.La parte central alcanza la temperatura mxima que a menudosupera varios miles, incluso varias decenas de miles de grados,valores muy superiores a los que pueden tolerar los metales y, apriori, los aislantes utilizados en la fabricacin de contactosy cmaras de corte.Por lo tanto la duracin del arco debe ser breve: ni demasiadolarga para que no se deterioren las paredes o los materialesmetlicos de la cmara, ni demasiado corta para limitar lassobretensiones derivadas de los cambios de corrienteexcesivamente rpidos dentro del circuito de carga. La resistenciadel arco es inversamente proporcional al nmero de electroneslibres presentes en el plasma: ser menor cuanto mayor sea elnmero de electrones, es decir, cuanto mayor sea la ionizacin o,en resumen, cuanto mayor sea la temperatura del arco. Pararestablecer la rigidez dielctrica del espacio entre contactoso desionizacin es pues necesario un enfriamiento rpido delos gases recalentados. En un momento determinado, el productodel valor de la resistencia del arco por la corriente que lo atraviesaes lo que llamamos tensin de arco.Las investigaciones llevadas a cabo por Ayrton demuestran queesta tensin es: Uarc = A + (B 2 I) para las corrientes superioresa varias decenas de amperios. A representa la sumaprcticamente constante, de aproximadamente unos quince

voltios, de las cadas de tensin considerables que se producencerca de los electrodos: DUa en el nodo y DUc en el ctodo.B 2 I es una cada de tensin aproximadamente proporcional a lalongitud del arco.Si se desea disminuir una corriente continua hasta anularla, esnecesario introducir en el circuito un arco cuya tensin seasuperior a la de la fuente de alimentacin. Segn la frmula deAyrton es preciso aumentar la longitud del arco sometindolo a uncampo magntico de soplado, o an mejor, fraccionarlo paramultiplicar el nmero de cadas de tensin en los electrodos:Uarc = n (15 V + Bl), donde I es la longitud unitaria de cada arcoelemental. De este modo se obtiene una tensin elevada yescalonada con arcos de longitud adecuada a las dimensionesnecesariamente reducidas de las cmaras de corte.En corriente alterna la corriente se anula a s misma, por lo que latensin de arco elevada no resulta til. Por el contrario, espreferible una tensin de arco baja para minimizar la energa dearco Warc durante la duracin del arco ta.Warc = Uarc 2 I 2 ta disipada en el plasma por efecto Joule. Elarco se extingue al anularse la corriente, por lo que en 50 Hz elarco se extingue de forma natural unas milsimas de segundodespus de su aparicin. La dificultad reside en impedir quereaparezca despus de que la corriente pase por cero.Para ello, la funcin principal de las piezas metlicasferromagnticas situadas en la cmara de corte es atraer el arcoen la direccin correcta (soplado magntico) y enfriar rpidamenteel medio despus del arco. Al absorber las caloras liberadas en elarco por efecto Joule, aceleran los fenmenos de desionizacin,reduciendo el riesgo de cebado.

Fraccionamiento del arco mediante plaquetasForma general de un arco estabilizado

Conmutacin todo o nada

El corte en vacoEl corte en vaco, que anteriormente slo se utilizaba en altatensin, en la actualidad tambin se emplea en baja tensin.La resistencia dielctrica en vaco, 25 kV/mm en lugar de 3 kV/mmen el aire, permite distancias entre contactos muy reducidas conuna excelente resistencia a las sobretensiones. Por tal motivo, losaparatos de corte en vaco no requieren una energa de controlmuy elevada.El corte en vaco se caracteriza esencialmente por una rapidsimarecuperacin de la rigidez dielctrica del medio entre contactosdespus del arco. Adems, como el arco se produce dentro de unreceptculo estanco, los aparatos de corte en vaco resultan muyseguros.

Arco

Longitud l del arco

Cada de tensincatdica

Plaquetas ferromagnticasArcos elementales de

longitud l'

Cada de tensinandica

Tensin dearco total Ua

Tensin dearco total Ua

+

l (mm)

Volts

0

Voltios V

Control de potencia

30

1

Accidentes que pueden daar los contactoresCuando un contactor sufre algn deterioro, convienecomprobar en primer lugar que el calibre de ste correspondea la potencia del motor. En caso de que as sea, y muyespecialmente si el valor de la corriente de calado del motores inferior al poder de cierre del contactor, la causa deldeterioro ser con toda probabilidad el funcionamientoincorrecto del electroimn, debido a la presencia deperturbaciones en el circuito de control. A continuacin seindican las perturbaciones ms frecuentes y la solucin queconviene a cada caso.

Cada de tensin de la redEsta cada puede ser consecuencia del pico de corriente queproduce el motor al arrancar cuando se juntan los contactosmviles del contactor y los contactos fijos.Provoca una prdida de energa del circuito magntico queya no tiene fuerza suficiente para continuar el recorrido hastacompletar el cierre.Como la presin sobre los polos es nula, stos se sueldan.Cuando el motor alcanza su velocidad nominal, la tensinaumenta, y cuando llega aproximadamente al 85% de Un,el circuito magntico se cierra del todo.Esta es una situacin crtica para la instalacin. Es necesariocomprobar la longitud y la seccin de todos los cables, y, ensu caso, la potencia del transformador de alimentacin.Cuando varios motores arrancan simultneamente (porejemplo en un mando por conmutadores de posicinmantenida) despus de un corte de red, el pico de corrienteacumulado tambin puede provocar una cada de tensin.En este caso se recomienda instalar un dispositivo paradecalar en el tiempo los arranques, siguiendo un orden deprioridad.

Cada de tensin en el circuito de controlCuando el contactor se alimenta en baja tensin (24 a 110 V)y hay varios contactos en serie, puede producirse una cadade tensin del circuito de control a la llamada del contactor.Esta cada de tensin se suma a la que provoca el pico dearranque del motor, lo que origina una situacin anloga a ladescrita anteriormente.En tal caso, es necesario sustituir el aparato y cambiar elcontactor afectado por un contactor auxiliar con una corrientede llamada mnima para controlar la bobina del contactorprincipal, alimentada a su vez con la tensin de la red.

Cada de tensin en el circuito de control

Conmutacin todo o nada

Uc: tensin de control Us: tensin de la red de alimentacin

KM1

A1A2

KA1Us

KA1

A1A2

1

2Uc

KM1

A1A2

1

2Uc

Esquema original Esquemas sugeridos

Control de potencia

31

1

Vibracin de los contactos controlAlgunos contactos de la cadena control a veces producenvibraciones (termostato, manostato, etc.), que repercuten enel electroimn del contactor de potencia y provocan cierresincompletos, haciendo que se suelden los polos.Esta situacin se soluciona cambiando la temporizacin delaparato a dos o tres segundos. Utilizar un contactotemporizado al cierre.

Microcortes de la red o interrupcin accidentalo voluntaria de corta duracinCuando despus de una breve interrupcin de la tensin dered (unas decenas de microsegundos) el contactor vuelve acerrarse, la fuerza contraelectromotriz del motor y la de la redse desfasan. En tales circunstancias, el pico de corrientepuede llegar a duplicar su valor normal y existe el riesgo deque los polos se suelden por exceder el poder de cierre delcontactor. Este accidente se puede evitar retrasando en doso tres segundos el cierre del aparato con un contactotemporizado al cierre para que la fuerza contraelectromotrizsea casi nula.Para proteger los contactores contra los microcortes, tambinse puede temporizar la apertura del contactor principalutilizando un dispositivo retardador (rectificador condensador).

Consecuencias de los accidentesSi como consecuencia de las circunstancias anteriormentedescritas los polos del contactor se sueldan, no sucedernada anormal antes de la orden de parada del motor ya quela soldadura de uno o varios polos no impide que el contactorse cierre por completo.En cambio, al abrirse, el contactor se queda bloqueado porel polo o polos soldados. Los polos que no se han soldado seabren unas dcimas de milmetro.Se inicia un arco muy corto que, como la llama de un soplete,quema de forma lenta y constante los polos no soldados yacaba incendiando el aparato.Cuando a continuacin se examina el contactor, se observaque a menudo uno o dos polos permanecen intactos: son losque estaban soldados.Conviene sealar que la corriente no es mayor que lacorriente nominal del motor y que las protecciones nofuncionarn hasta que el aparato est daado y se inicie uncortocircuito.

ConclusionesLas perturbaciones que pueden provocar la soldadura de lospolos del contactor tienen una duracin tan corta y unaaparicin tan fugaz que resulta muy difcil detectarlas.Adems, estos accidentes no suceden sistemticamentecada vez que se cierra el contactor, pero s suelen producirsecuando coinciden varias perturbaciones o cuando surge unaperturbacin en una red cuya tensin ya est muy prxima alvalor mnimo admisible. Aunque el contactor no es el origendel fallo, resulta imprescindible revisar todo el circuito decontrol para eliminar la causa.

Vibraciones de los contactos de esclavizacin

Conmutacin todo o nada

KM1

A1A2

KA1

A1A2

1

2

KM1

A1A2

1

2 KA1

KM1

A1A2

KA1

A1A2

1

2 KA1

KA1 KM1

Esquema original Esquemas sugeridos

Contactores de pequeo calibre Contactores de grueso calibre

Control de potencia

32

1

El contactor de bajo consumoLos contactores de bajo consumo se pueden controlar sininterfaces a travs de las salidas estticas de los autmatasprogramables. A tal efecto, incluyen un electroimn encorriente continua adaptado a los niveles de tensin y decorriente de este tipo de salidas (normalmente DC 24 V/100 mA).Este tipo de contactores tambin se utilizan cuando esnecesario limitar la disipacin trmica, por ejemplo en losequipos con mucho aparellaje o que incluyan aparatoselectrnicos, o en los equipos alimentados por batera.Las diferencias entre el circuito magntico de los contactoreso de los contactores auxiliares de bajo consumo y un circuitomagntico clsico son: geometra particular que minimiza las fugas magnticas ygua las partes mviles de forma precisa y con pocorozamiento, utilizacin de hierro puro de alta permeabilidad e imanespermanentes con elevado campo coercitivo.Los imanes estn dispuestos de tal manera que la fuerza derecuperacin que ejercen sobre las partes mviles alcanza sumxima intensidad cuando el contactor est abierto, lo quegarantiza una excelente resistencia a los choques enposicin de reposo, de magnitud similar a la que se obtieneen posicin de trabajo.

Cuando la bobina se pone bajo tensin, la fuerza deatraccin que ejercen los imanes sobre la paleta mvildisminuye en funcin del cuadrado del entrehierro (retorno dependiente negativa), mientras que en un electroimn clsicola fuerza de retorno que ejerce el resorte aumenta a medidaque se desplazan las partes mviles. Con el mismo calibre, lafuerza motriz que suministra el electroimn de un contactorde bajo consumo es inferior a la de un contactor estndar,por lo que la bobina consume una potencia menor.

Electroimn de un contactor de serie d de bajo consumo Contactor de serie d de bajo consumo de Telemecanique

Conmutacin todo o nada

entrehierro imn permanente

bobina

paleta mvil

Posicin de reposo Posicin de trabajo

Control de potencia

33

1

Conmutacin todo o nada

Los rels y los contactores estticosLos rels y contactores estticos son aparatos deconmutacin de potencia con semiconductores. Se utilizanpara controlar receptores resistivos o inductivos alimentadosen corriente alterna.Al igual que los contactores electromagnticos, los rels y loscontactores estticos pueden establecer o interrumpircorrientes importantes con una corriente de control de bajaintensidad, funcionar en servicio intermitente o continuo,recibir rdenes a distancia desde cualquier aparato que emitaseales de tensin todo o nada (interfaces de dilogohombre/mquina, salidas de autmatas programables, etc.).Los circuitos de control y de potencia estn aisladosgalvnicamente a travs de un optoacoplador o un relhermticamente sellado.Presentan numerosas ventajas con respecto a loscontactores electromagnticos: frecuencia de conmutacin elevada, ausencia de piezas mecnicas mviles, funcionamiento totalmente silencioso, limitacin mxima de parsitos radioelctricos que podranperturbar los componentes de automatismos electrnicoscercanos (bloqueo de los semiconductores de potencia alpasar por el cero de corriente), tecnologa monobloc, que insensibiliza los aparatos a loschoques indirectos, las vibraciones y los ambientespolvorientos, circuito de control con amplio rango de tensiones, consumo muy bajo que permite transmitir rdenes a travsde las salidas estticas de los autmatas programables.Los circuitos RC y los limitadores de cresta integradosprotegen los rels y los contactores estticos contra loscambios de tensin bruscos (dV/dt importante) y contra lassobretensiones.Se pueden controlar en corriente continua o alterna. Encorriente continua, la entrada est protegida contra lainversin de polaridades. En corriente alterna, un circuitorectificador con filtro restablece la tensin continua en eloptoacoplador.

Los rels y los contactores estticos no constituyen unaislamiento galvnico entre la red de alimentacin y elreceptor. Si fuera necesario, es posible realizar est funcinconectando aguas arriba un contactor electromagntico quesirve para varias salidas.

Los rels estticosSon aparatos unipolares perfectamente adaptados paracontrolar cargas resistivas para regulacin de hornos,aplicacin que normalmente requiere una cadencia deconmutacin elevada. Existen dos versiones: rels sncronos: la conmutacin en estado pasante y elbloqueo se realizan respectivamente cuando la alternanciaposterior a la aplicacin de la seal de mando llega a cero yen el cero de corriente, rels asncronos: la conmutacin en estado pasante y elbloqueo se realizan respectivamente despus de laaplicacin de la seal de mando y en el cero de corriente.Si se utilizan rels estticos para alimentar los receptorespolifsicos, se recomienda conectar en serie los circuitos decontrol para que la conmutacin de todos los rels seasimultnea.

Los contactores estticosEstos aparatos tripolares estn especialmente adaptadospara el control de motores trifsicos que funcionen concadencias elevadas.Incluyen dos contactos auxiliares estticos: un contacto derealimentacin y un contacto compatible con las entradas deautmatas programables. Los componentes de potencia y loscontactos auxiliares pasan al estado pasante con la mismaseal de mando.Existe una versin con dos sentidos de marcha que permiteinvertir el sentido de giro del motor permutando las fases 1y 2 (la fase 3 no se puede conmutar). El inversor incluye unenclavamiento interno que impide controlar simultneamentelos dos sentidos de mar