SISTEMA DE PROTECCION, CONTACTORES, MEMORIA CON RELE, CONFIGURACION DELTA-ESTRELLA
EVER LOT ATENCIA ARENAS COD 9254358
Msh HAROLD RODRIGUEZ ARIAS
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA INGENIERIA EN MECATRONICA PAMPLONA 2011
CONTROLES ELECTRICOS INDUSTRIALES En los comienzos de la industrialización las máquinas fueron gobernadas esencialmente a mano e impulzadas desde un eje común de transmisión o de línea. Dicho eje de transmisión era impulsado por un gran motor de uso contínuo el cual accinaba mediante una correa tales máquinas en el momento que fuese necesario, una de las desventajas principales que este sistema de transmisión de potencia fue que no era conveniente para una producción de nivel elevada. El funcionamiento automático de una máquina se obtiene exclusivamente por la acción desl motor y del control de la máquina. Este control algunas veces es totalmente eléctrico y otras veces suele combinarse al control mecánico, pero los principios básicos aplicados son los mismos. Una máquina moderna se compone de tres partes principales que son las siguientes: · La misma, destinada para realizar un tipo de trabajo. El motor, el cual es seleccionado considerando los requisitos de la máquina en cuanto a la carga, tipo de trabajo y de servicio que se requiere. · El sistema de control, que está estrechamente relacionado a las condiciones de funcionamiento tanto del motor como de la máquina. TIPOS DE CONTROLES ELECTRICOS. Estos pueden ser del tipo: MANUAL: Este tipo de control se ejecuta manualmente en el mismo lugar en que está colocada la máquina. Este control es el más sencillo y conocido y es generalmente el utilizado para el arranque de motores pequeños a tensión nominal. Este tipo de control se utilizan frecuentemente con el propósito de la puesta en marcha y parada del motor. El costo de este sistema es aproximadamente la mitad del de un arrancador electromagnético equivalente. E arrancador manual proporciona genegalmente protección contra sobrecarga y desenganche de tensión mínima, pero no protección contra baja tensión. Este tipo de control abunda en talleres pequeños de metalisteria y carpintería, en que se utilizan máquinas pequeñas que pueden arrancar a plena tensión sin causar perturbaciones en las líneas de alimentación o en la máquina. Una aplicación de este tipo de control es una máquina de soldar del tipo motor generador .El control manual se aracteriza por el hecho de que el operador debe mover un interruptor o pulsar un botón para que se efectúe cualquier cambio en las condiciones de funcionamiento de la máquina o del equipo en cuestión. SEMI−AUTOMATICO: Los controladores que pertenecen a esta clasificación utilizan un arrancador electromagnético y uno o más dispositivos pilotos manuales tales como pulsadores, interruptores de maniobra, combinadores de tambor o dispositivos análogos. Quizas los mandos más utilizados son las combinaciones de pulsadores a causa de que constituyen una unidad compacta y relativamente económica. El control semi−automático se usa principalmente para facilitar las maniobras de mano y control en aquellas instalaciones donde el control manual no es posible. La clave de la clasificación como en un sistema de control semiautomático es el hecho de que los dispositivos pilotos son accionados manualmente y de que el arrancador del motor es de tipo electromagnético. CONTROL AUTOMATICO: Un control automático está formado por un arrancador Electromagnético o contactor controlado por uno o más dispositivos pilotos automáticos. La orden inicial de marcha puede ser automática, pero generalmente es una operación manual, realizada en un panel de pulsadores e interruptores. En algunos casos el control puede tener combinación de dispositivos manuales y automáticos. Si el circuito contiene uno o más dispositivos automáticos, debe ser clasificado como control automático. Los contactores son dispositivos electromagnéticos, en el sentido de que en ellos se producen fuerzas magnéticas cuando pasan corrientes eléctricas por
las bobinas del hilo conductor que estos poseen y que respondiendo a aquellas fuerzas se cierran o abren determinados contactos por un movimiento de núcleos de succión o de armaduras móviles. COMPONENTES DE UN CONTACTOR El electro−imán: Es el elemento motor del contactor. Se compone de un circuito magnético, (una bobina y un núcleo de hierro). Su forma varía en función del tipo del contactor y puede Eventualmente diferir según sea la naturaleza de corriente de alimentación alterna o contínua. Un pequeño entre−hierro evita en el circuito magnético en posición de cierre, todo riesgo de remanencia. Los resortes son los que aseguran la presión entre los polos al momento en que la bobina está energizada. La Bobina: Produce el flujo magnético necesario para la atracción de la armadura móvil del electro−imán. Está concebida para resistir a los choques mecánicos provocados por el cierre y la apertura de los contactores, así como a los choques electromagnéticos debido al paso de la corriente por sus espiras. Las bobinas emplleadas actualmente son muy resistentes a las sobretensiones, a los choques, a las atmósferas agresivas; están realizadas en hilo de cobre de esmalte reforzado; algunas son reforzadas en cuanto a su construcción. LOS POLOS: Son los encargados de establecer o interrumpir la corriente en el circuito de potencia. Estos a su vez están elaborados para permitir el paso de la corriente nominal del contactor en servicios continuos sin calentamiento anormal. Se componen de una parte fija y de otra móvil. Los polos están generalmente equipados de contactos de plata−óxido de cadnio, material inoxidable de una gran resistencia tanto mecánica como al arco eléctrico. Cuando el contactor corta en carga; esta carga es cortada para resolver determinados problemas de automatismo.Los polos están formados por contactos los cuales pueden tener las diferentes combinaciones: -Contacto instantáneo de cierre (NA), abierto cuando el contactor está en reposo y cerrado cuando el electro−imán está en tensión. -Contacto instantáneo de apertura (NC), cerrado cuando el contactor está en reposo y abierto cuando el electro−imán está en tensión. -Contacto instantáneo (NANC), cuando el contactor está en reposo uno de los contactos está cerrado mientras que el otro permanece abierto. Cuando cierra el circuito magnético los contactos se invierten. Los contactos: Su deterioro prematuro ocurre cuando circula a través de ellos corrientes superiores a las que fueron diseñados. De tal manera que conviene revisar: Si se eligió bien el contactor (que corresponda a la potencia nominal del motor), pero si el contactor el es adecuado el daño puede tener su origen en el circuito de mando o por caídas de tensión, cortes de tensión y microcortes.
GUARDAMOTOR Guardamotor es un disyuntor magneto-térmico, especialmente diseñado para la protección de motores eléctricos. Este diseño especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo hace más robusto frente a las sobreintensidades transitorias típicas de los arranques de los motores. El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico se produce con una intensidad y tiempo mayores. Su curva característica se denomina D o K. Las características principales de los guardamotores, al igual que de otros interruptores automáticos magneto-térmicos, son la capacidad de ruptura, la intensidad nominal o calibre y la curva de disparo. Proporciona protección frente a sobrecargas del motor y cortocircuitos, así como, en algunos casos, frente a falta de fase. Entre sus características técnicas podemos mencionar: Larga vida eléctrica: producto de la elección de adecuadas aleaciones de Ag/OCd y una reducción de los rebotes de los contactos durante el cierre. Larga vida mecánica: debida al perfecto balance de las masas en movimiento y a la óptima calidad del Fe-Si elegido para la construcción de los electroimanes. Cierre seguro del contactor: sin “rateo” aún cuando la tensión caiga un 20 % por debajo de la tensión nominal. Reducido tiempo de fijación de los cables de conexionado : mediante la inclusión de tornillos con prensa cables asociados. Fácil montaje mediante tornillos en todos los tamaños, agregándose la posibilidad de poder montarse sobre riel DIN EN 50022 (DIN 46277) de 35 mm. Algunas definiciones Corriente nominal de empleo (Ie.):La corriente nominal de empleo es la indicada en el aparato y esta definida a valores nominales de tensión y frecuencia, para una determinada categoría y de acuerdo al tipo de envoltura de protección. Corriente nominal térmica (Ith.):La corriente nominal térmica de un contactor es la máxima corriente que puede soportar durante 8 horas de servicio sin que la temperatura de las diversas partes exceda el límite especificado por las normas, en ausencia de maniobras de cierre y apertura, estando sin caja y al aire libre (en ambiente interior razonablemente exento de polvo y sin radiaciones externas). Corriente nominal térmica en caja (Ith.):La corriente nominal térmica en caja de un contactor es la máxima corriente que puede soportar durante 8 horas de servicio sin que la temperatura de sus diversas partes exceda el límite especificado por las normas, en ausencia de maniobras de cierre y apertura, estando en su caja. Tensión nominal de empleo (Ue.):La tensión nominal de empleo de un contactor es el valor de tensión que combinado con el valor de corriente nominal de empleo, determina la aplicación del contactor y al que están referidos el poder de cierre y apertura, el tipo de servicio y la categoría de
empleo. A un contactor puede asignarse un número de combinaciones de tensiones y corrientes nominales de trabajo para diferentes servicios y categorías de utilización. Tensión nominal de aislación (Ui):La tensión nominal de aislación de un contactor es el valor de tensión al cual se refieren las pruebas dieléctricas, las distancias en el aire y las longitudes de contorneo. Potencia nominal de empleo: Es la máxima potencia que un contactor puede controlar y esta generalmente definida con valores que se corresponden con las potencias de motores normalizados. Vida mecánica: Se refiere a la resistencia al desgaste mecánico. Se caracteriza por el número de operaciones sin carga (es decir sin corriente en los contactos principales) que pueden realizar el 90% o más cantidad de contactores de un determinado tipo antes que sea necesaria la reparación o el reemplazo de sus partes mecánicas. Se permite, sin embargo, el mantenimiento normal que incluye el reemplazo de los contactos.
Vida eléctrica: Se refiere a la resistencia al desgaste eléctrico. Se caracteriza por el número de operaciones con carga correspondiente a las condiciones de servicio definidas que pueden realizar el 90% o más cantidad de contactores de un determinado tipo antes que sea necesaria la reparación o el reemplazo de sus contactos.
Capacidad nominal de cierre: La capacidad nominal de cierre de un contactor es un valor de corriente determinado bajo condiciones estacionarias que el contactor puede establecer sin que se suelden o haya un desgaste exagerado de sus contactos o emisión excesiva de llama, bajo condiciones de cierre establecidas.
Capacidad nominal de apertura: La capacidad nominal de apertura de un contactor es un valor de corriente que el contactor puede interrumpir sin un desgaste exagerado de los contactos o emisión excesiva de llama, bajo condiciones establecidas de apertura y a la tensión nominal de empleo.
CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO Y DE AMBIENTE. Los contactores de la línea "H y HAZ" fueron diseñados para ser utilizados en instalaciones interiores y operan bajo las siguientes condiciones normales: Temperatura ambiente: La temperatura ambiente del aire en el lugar de instalación de los aparatos no debe exceder de +40 oC y el promedio de esa temperatura durante un período de 24 horas no excederá los +35 oC. El límite inferior de temperatura será –5 oC.
Altitud: La altitud del lugar de instalación no deberá exceder 2 000 metros sobre el nivel del mar. Para instalaciones a mayores altitudes será necesario tener en cuenta la reducción de la rigidez dieléctrica y del efecto refrigerante del aire. Condiciones de montaje: La instalación normal de los contactores es sobre un plano vertical y está permitido instalarlos en otras posiciones con una inclinación de hasta 15 grados a izquierda, derecha, adelante y atrás respecto al plano vertical. Diferentes tipos de protección Los diferentes tipos de protección utilizados en los equipos automáticos por contactores son los siguientes: -Protección contra las sobrecargas pequeñas pero prolongadas − relés térmicos; relés Magnetotérmicos; sondas de termistancias. - Protección contra las sobrecargas importantes − relés magnetotérmicos; relés electromagnéticos. -Protección contra los cortocircuitos − fusibles; guardamotores de alto poder de corte. -portafusibles; interruptores de seguridad. -Protección contra la marcha en monofásico − relés térmicos diferenciales; seccionadores provistos del dispositivo adecuado y de fusibles con percutor. -Protección del personal contra los contactos accidentales − seccionadores, interruptores de seguridad. -Protección de falta de tensión − contactores con auto−alimentación; relés de medida. - Protección de máxima intensidad − relés de medida. -Protección de mínima intensidad − relés de medida. -Protección contra arranques demasiado largos o frecuentes; control de la duración de una _ operación; _ejecución diferida de una orden; relés con temporización térmica.
EL RELE En los circuitos de control automático nos encontramos generalmente con uno o más relés, principalmente a causa de que el relé proporciona flexibilidad. El relé pro su propia construcción es un amplificador mecánico, es decir, que cuando se activa o se excita la bobina de un relé con 24 voltios y los contactos están controlando un circuito de 440 voltios, se amplifica la tensión mediante el uso del mismo. El relé tiene la misma construcción sque el contactor pero con la diferencia de que maneja una menor potencia. La bobina, polos y contactos son de construcción un poco similar. TEMPORIZADORES O RELES DE TIEMPO. Son aparatos en los cuales se abren o cierran determinados contactos, llamados contactos temporizados, después de cierto tiempo, debidamente preestablecido, de haberse abierto o cerrado su circuito de alimentación. TEMPORIZADOR AL TRABAJO: Aquel cuyos contactos temporizados actúan después de cierto tiempo de que se ha energizado el elemento motor del temporizador. En el momento de energizar el
temporizador, los contactos temporizados que tiene siguen en la misma posición de estado de reposo y solamente cuando ha transcurrido el tempo programado, cambian de estado, es decir que el contacto NA se cierra y el contacto NC se abre. TEMPORIZADOR AL REPOSO:En este tipo de temporizador, los contactos temporizados actúan como temporizados después de cierto tiempo de haber sido desenergizado ele elemento motor del temporizador. Cuando se energiza el temporizador, sus contactos temporizados actúan inmediatamente como si fueran contactos instantáneos, manteniéndose en esa posición todo el tiempo que el temporizador esté energizado. TEMPORIZADOR ELECTROMECÁNICO: Temporizador en el cual la temporización se consigue mediante engranajes, con sistemas comparables a los relojes mecánicos. El conteo del tiempo programado se inicia al energizar un pequeño motor síncrono de velocidad constante, que mueve una serie de engranajes, para reducir la velocidad del motor. El último de los engranajes lleva un pin o tope para accionar unos contactos de apertura lenta o un micro ruptor de apertura brusca, los cuales actúan como contactos temporizados. TEMPORIZADORES NEUMATICOS: Temporizadores en los cuales la temporización se obtiene regulando la entrada de aire en un fuelle, hasta que se llene completamente, momento en el cual éste acciona los contactos del temporizador. El aire es expulsado del fuelle prácticamente en forma instantánea. TEMPORIZADORES ELECTRONICOS. Son aquellos cuyo sistema de temporización está conformado por circuitos electrónicos. Se encuentra una gran variedad de modelos, dependiendo de su funcionamiento. TERMOSTATOS Aparatos que abren o cierran circuitos eléctricos, en función de la temperatura que los rodea. Los termostatos no deben confundirse con los relés térmicos. •
•
De láminas metálicas: Se fundamenta en la acción que ejerce la temperatura en una lámina, compuesta por dos metales con diferentes coeficientes de dilatación (bimetal), que se flexiona (dobla) al elevarse o disminuir la temperatura, hasta llegar a accionar los contactos que tiene. De tubo capilar: Aprovecha las alteraciones en la presión de un fluido alojado en un tubo muy delgado, al variar la temperatura. Esta variación de presión produce a su vez una modificación en la forma del tubo, hasta accionar los contactos eléctricos que posee.
Conexión Delta – Estrella Esta conexión es “de naturaleza elevadora”. Es decir que aunque rt =1, el voltaje de línea en la salida es 3 veces mayor que el de entrada. En esta conexión el voltaje secundario se desplaza 30 en retraso con respecto al voltaje primario del transformador, y no presenta problemas con las componentes en sus voltajes de terceros armónicos. Se eliminan las tensiones del tercer armónico al circular la corriente de iste tercer armónico por el
primario en el triangulo. El neutro del secundario se puede conectar con la tierra o puede ser utilizado para tener un suministro de cuatro cables. Se puede tener un suministro desequilibrado de cuatro cables, y las tensiones desequilibradas resultantes son relativamente pequeñas, siendo solamente proporcionales a las impedancias interna de los enrollamientos. Por esta razón se pueden alimentar simultáneamente cargas equilibradas y desequilibradas. Encontramos las debilidades en este arreglo en que una avería en una fase hace que una batería o unidad trifásica no pueda funcionar hasta que se la repare. El enrollamiento en triangulo puede ser débil mecánicamente en el caso de un transformador reductor de tensión con el primario a tensión muy alta o con una tensión mediana en el primario y potencia pequeña. La conexión delta-estrella, de las más empleadas, tiene efecto como reductor de tensión para alimentar una distribución de cuatro cables, con carga equilibrada o desequilibrada y se utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes de generación o de transmisión, en los sistemas de distribución (a 4 hilos) para alimentación una carga mixta de fuerza y alumbrado, (motores e iluminación). En sistemas de distribución es conveniente su uso debido a que pueden tener 2 voltajes diferentes (entre fase y neutro). Esta conexión es igualmente aplicable para elevar la tensión con miras a alimentar una distribución de alta tensión o línea de transmisión, pues son eliminadas las tensiones del tercer armónico, puede disponerse de un neutro en la A.T. para conectar con la tierra, y los enrollamientos de A.T. poseen las características más robustas.
Conexión Estrella – Delta La conexión estrella – delta, se usa generalmente para bajar de un voltaje alto a uno medio o bajo. Una razón de ello es que se tiene un neutro para aterrizar el lado de alto voltaje lo cual es conveniente y tiene grandes ventajas. La conexión estrella-delta es contraria a la conexión deltaestrella; por ejemplo en sistema de potencia, la conexión delta-estrella se emplea para elevar voltajes y la conexión estrella-delta para reducirlos. En ambos casos, los devanados conectados en estrella se conectan al circuito de más alto voltaje, fundamentalmente por razones de aislamiento. En sistemas de distribución esta conexión es poco usual, salvo en algunas ocasiones para distribución a tres hilos. Esta conexión no presenta problemas con los componentes en sus voltajes de terceros armónicos, puesto que se consume una corriente circulante en el lado de la delta (triangulo). Esta conexión es estable con respecto a cargas desequilibradas, debido a que la delta redistribuye cualquier desequilibrio que se presente. Es la conexión más conveniente para los transformadores reductores de tensión, debido a las características inherentes de los enrollamientos en estrella para altas tensiones y de los enrollamientos en triangulo para las bajas tensiones. Se eliminan las tensiones del tercer armónico por la circulación de la corriente de este tercer armónico en el secundario en triangulo.
Esta conexión tiene como desventaja que el voltaje secundario se desplaza en retraso 30 con respecto al voltaje primario del transformador, lo cual ocasiona problemas en los secundarios si se desea conectar en paralelo con otro transformador, siendo uno de los requisitos para conectar en paralelo, que los ángulos de fase de los secundarios del transformador deben ser iguales. El enrollamiento en triangulo puede resultar débil mecánicamente en el caso de un transformador elevador con una tensión en el secundario muy alta, o con una tensión secundaria medianamente alta y potencia pequeña. Un defecto en una fase hace que no pueda funcionar la batería o unidad trifásica hasta que se la repare.
La aplicación principal de esta conexión tiene efecto en los transformadores reductores para alimentar una carga equilibrada trifásica, por ejemplo, motores. Se utiliza esta conexión en los sistemas de transformación de las subestaciones receptoras cuya función es reducir voltajes.
