CURSO_INSTALADOR_ELECTRICISTA_CEAC_8.pdf

CONSTRUC EN I N í

)N

Y

TÉCNICOS

Curso de Instalador Electricista

CEAC

Unidad didáctica: Automatismos y cuadros eléctricos (I)

§§§ Unidad didáctica 8

CURSO DE

INSTALADOR

ELECTRICISTA

Automatismos y cuadros eléctricos (I)

• • •

«Mil

*VU

Introducción Primera p a r t e de tres unidades dedicadas al m ó d u l o de A u t o m a t i s m o s y c u a d r o s eléctricos, e l e m e n t o s f u n d a m e n t a l e s en cualquier instalación eléctrica. No en vano, los a u t o m a t i s m o s se d e f i n e n c o m o el c o n j u n t o de circuitos que p e r m i t e n c o n t r o l a r una m á q u i n a o un c o n j u n t o de ellas de f o r m a a u t o m á t i c a para que puedan realizar un ciclo o un proceso d e t e r m i n a d o . Para ¡r c o n o c i e n d o ambos elementos, iniciaremos la unidad con una i n t r o d u c c i ó n en la que se describen las partes de un a u t o m a t i s m o , su lenguaje, los a u t o m a t i s m o s cableados y p r o g r a m a d o s , la simbología, etc. además de definir un buen n ú m e r o de conceptos sobre a p a r a m e n t a eléctrica. De hecho, sobre la a p a r a m e n t a eléctrica p r o f u n d i z a m o s en un capítulo específico. En él realizamos una clasificación c o m p l e t a de la misma, es decir, una clasificación general ( a p a r a m e n t a de alta tensión, de media y baja tensión) y una clasificación específica para cada una de ellas. El o b j e t i v o es que q u e d e n claras las f u n c i o n e s y qué papel j u e g a n los distintos c o m p o n e n t e s eléctricos con los que el t é c n i c o electricista trabaja. A c o n t i n u a c i ó n pasamos a los cuadros eléctricos, t a n t o los cuadros de m a n d o c o m o los de c o n t r o l ( a m b o s t i p o s d e s c r i t o s d e t a l l a d a m e n t e ) d e b e n i n c l u i r las protecciones necesarias porque m u c h a s veces se s o m e t e n a condiciones de t r a b a j o adversas. Por tal m o t i v o d e d i c a m o s un capítulo específico a los dispositivos de p r o t e c c i ó n . En él, se describen e l e m e n t o s c o m o son los distintos tipos de relés (térmicos, e l e c t r o m a g n é t i c o s , de c o n t r o l t a c o m é t r i c o , etc.), los i n t e r r u p t o r e s m a g n e t o t é r m i c o y diferencial, los seccionadores, etc. Los c o n t a c t o r e s t a m b i é n m e r e c e n capítulo a p a r t e por su i m p o r t a n c i a al p e r m i t i r éstos a b r i r o cerrar un c i r c u i t o e l é c t r i c o a distancia. Lo m i s m o hacemos con los relés de m a n d o y aparatos auxiliares. A m b o s los clasificamos y d e s c r i b i m o s sus características y f u n c i o n e s d e t a l l a d a m e n t e . Finalmente, a h o n d a m o s en los e s q u e m a s de m a n d o y c o n t r o l . En ellos se r e p r e s e n t a n todos los cables y bornes de conexión que f o r m a n el a u t o m a t i s m o . Así, d e s c r i b i m o s los sistemas de c o n m u t a c i ó n (conjunto de e l e m e n t o s que f o r m a n el a u t o m a t i s m o ) , las f u n c i o n e s lógicas f u n d a m e n t a l e s (Función Y, Función 0 y Función INVERSOR), los e l e m e n t o s principales de un esquema de m a n d o (circuito de a l i m e n t a c i ó n , p r o t e c t o r e s , reparaciones, disposición de los elementos, etc.) o los circuitos de m e m o r i a .

ESQUEMA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN A LOS AUTOMATISMOS 1. Partes de un a u t o m a t i s m o 2. El lenguaje de los a u t o m a t i s m o s

11. Límites de obligado f u n c i o n a m i e n t o 12. Secciones normales de los conductores redondos de cobre (tabla 7)

3. Sistema Analógico y Sistema Digital 4. A u t o m a t i s m o s cableados y programados CONCEPTOS GENERALES DE LA APARAMENTA ELÉCTRICA 1. Conceptos generales relativos a la

DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN 1. Conceptos generales 2. Dispositivos de protección 3. Reglas de protección contra sobrecargas

a p a r a m e n t a eléctrica 2. Conceptos específicos para identificar y elegir la a p a r a m e n t a 3. Condiciones ambientales de funcionamiento 4. Otras definiciones

LOS CONTACTORES 1. Conceptos básicos 2. Clasificación 3. Simbología y referenciado 4. Contactor e l e c t r o m a g n é t i c o

5. Régimen t r a n s i t o r i o RELÉS DE MANDO Y APARATOS AUXILIARES CLASIFICACIÓN DE LA APARAMENTA ELÉCTRICA 1. Clasificación general 2. Clasificación de la a p a r a m e n t a de baja tensión 3. Instalación de la a p a r a m e n t a bajo envolvente 4. Condiciones de utilización de la a p a r a m e n t a según su aplicación 5. Maniobras 6. Elementos auxiliares 7. Tipos de servicio 8. Instrucciones de instalación, funcionamiento y mantenimiento 9. Condiciones ambientales normales 10. Condiciones fuera de los valores normales

1. Clasificación de los relés 2. Relés auxiliares o de m a n d o 3. Relés t e m p o r i z a d o r e s 4. Otros relés 5. Elementos auxiliares de mando y señalización 6. Elementos de señalización ESQUEMAS DE MANDO Y CONTROL 1. Los a u t o m a t i s m o s eléctricos 2. Los sistemas de c o n m u t a c i ó n 3. Las funciones lógicas f u n d a m e n t a l e s 4. Elementos principales de los esquemas de m a n d o 5. Los circuitos con m e m o r i a 6. Memoria con retención eléctrica

INTRODUCCIÓN

A LOS AUTOMATISMOS Cada vez más se hace necesario el uso de diferentes tipos de automatismos para poder ejecutar ios trabajos de control industrial o doméstico en aplicaciones tan diversas corno e! accionamiento de motores eléctricos, el control y regulación de un sistema de calefacción en una vivienda o controlando el ciclo de refrigeración de unas cámaras frigoríficas de una empresa cárnica. Aunque el campo de aplicación lo podemos ampliar a la mayoría de sectores económicos: industria, comercio, transporte, comunicaciones, domótica, ganadería, pesca...

PRODUCTO FINAL

I

agricultura,

INTRODUCCIÓN A LOS A U T O M A T I S M O S

Cuando hablamos de automatismos, nos referimos a todo un conjunto de circuitos que nos permiten controlar una máquina o un conjunto de ellas de forma automática para que puedan realizar un ciclo o proceso determinado. De esta forma, podemos afirmar que la finalidad genérica del uso de los automatismos va encaminado a aportar soluciones de naturaleza tanto técnica como económica o humana: - Mejorando la productividad. - Eliminando tareas humanas peligrosas, indeseables o repetitivas. - Aumentando la seguridad, vigilando y controlando instalaciones y máquinas.

P a r t e s d e un a u t o m a t i s m o En todo sistema automatizado podemos diferenciar dos partes principales: el circuito de potencia y el circuito de mando, que forman el conjunto de elementos y dispositivos, integrantes en las instalación eléctrica que posibilita la ejecución automatizada de un proceso, siguiendo una secuencia deseada (Fig. 1): - Los circuitos

de potencia,

encargados de gobernar y proteger directamente

las máquinas o receptores, mediante elementos tales como los contactores, relés térmicos, fusibles, interruptores automáticos, etc. - Los circuitos

de mando

y control,

formados por el conjunto de elementos

encargados de seguir una secuencia del proceso previamente impuesta. En definitiva, este circuito alimenta las bobinas de los diferentes contactores en función de la información que recibe de los diferentes captadores y sensores del automatismo y que está formada por pulsadores, final de carrera, aparatos de medida, relés y microprocesadores.

El l e n g u a j e d e los a u t o m a t i s m o s Otro concepto que has de tener claro para entender el funcionamiento de un sistema automatizado es el del lenguaje utilizado para "comunicarse" entre los diferentes componentes que lo f o r m a n . Para ello hemos de distinguir entre las señales analógicas y las digitales que podremos encontrar en los diferentes sistemas utilizados. Entendiendo como señal la información que se intercambia entre dispositivos eléctricos.

7

UNIDAD

8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I) 1

S i s t e m a a n a l ó g i c o y s i s t e m a digital Si deseamos representar en su forma binaria cualquier número entero decimal, dividiremos ei número entre 2 y sucesivamente. volveremos a dividir por 2 los cocientes resultantes, El ultimo y los restos obtenidos forman el número binario equivalente. Veamos un

ejemplo:

Los circuitos electrónicos se pueden dividir en dos amplias categorías: digitales y analógicos. La electrónica digital utiliza magnitudes con valores discretos (dígitos) mientras que la electrónica analógica emplea magnitudes con valores continuos. «

Un sistema

digital

está destinado a la generación, transmisión, procesamiento o

almacenamiento de señales digitales. También se trata de una combinación de dispositivos diseñado para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital. La mayoría de las veces los dispositivos son electrónicos, pero también pueden ser mecánicos, magnéticos o neumáticos. Para el análisis y la síntesis de sistemas digitales binarios se utiliza como herramienta el álgebra de Boole. Para la implementación de los circuitos digitales, se utilizan puertas lógicas (AND, OR y NOT) y transistores. Estas puertas siguen el comportamiento de algunas fun-

¿Cuál es el número binario correspondiente ai número decimal 624?

ciones booleanas (que estudiaremos más adelante). Se dice que un sistema es analógico

cuando las magnitudes de la señal se represen-

tan mediante variables continuas, esto es, análogas a las magnitudes que dan lugar

Dividiendo ei número y ios sucesivos cocientes entre 2 obtenemos su correspondiente valor binario.

a la generación de esta señal. Un sistema analógico contiene dispositivos que manipulan cantidades físicas representadas en forma analógica. En un sistema de este tipo, las cantidades varían sobre un intervalo continuo de valores. Así, una magnitud analógica es aquella que toma valores continuos. Una magnitud digital es aquella que toma un conjunto de valores discretos.

624 : 2= 312

resto(Q/

312 : 2= 156

resto©

156 : 2= 78

resto®

78 ; 2 = 39

resto©

nea, sino que alcanza todos los infinitos valores que entre ese intervalo. Otros ejem-

39 : 2= 19

resto®

plos de magnitudes analógicas son el tiempo, la presión, la distancia, el sonido.

19 : 2 = 9

resto®

9 ; 2= 4

resto®

4 : 2= 2

resto©

Una señal analógica es un voltaje o corriente que varía suave y continuamente. Una

2:2=0D

resto©

onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz

La mayoría de las cosas que se pueden medir cuantitativamente aparecen en la naturaleza en forma analógica. Un ejemplo de ello es la temperatura: a lo largo de un día la temperatura no varía entre, por ejemplo, 20 °C o 25 °C de forma instantá-

Seña: analógica

y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variacioba representación en binario equivalente del número 624 es; 0 0 1 1 1 000

0**-

nes de la luz que corresponden a la información que se está transmitiendo.

Señal aígital Las señales digitales, en contraste con las señales analógicas, no varían en forma continua, sino que cambian en pasos o en incrementos discretos. La mayoría de las señales digitales utilizan códigos binarios o de dos estados.

H V

I N T R O D U C C I Ó N A LOS A U T O M A T I S M O S

% |1! Automatismos cableados y programados Como hemos podido ver, los automatismos obedecen a unas funciones perfectamente determinadas para el mando y regulación de las máquinas eléctricas. Pero a la hora de diseñar y realizar un automatismo, podemos utilizar dos tipos diferentes de tecnologías para implementar un sistema de control y que se denominan: automatismos cableados o de lógica cableada y automatismos programados o de lógica programada.

Lógica cableada Su denominación viene dada por el tipo de elementos que intervienen en su implementación. En el caso de la tecnología eléctrica, las uniones físicas se realizan mediante cables eléctricos, relés electromagnéticos, interruptores, pulsadores, etc. En ¡o que respecta a la tecnología electrónica, las puertas lógicas son los elementos fundamentales mediante los cuales se realizan los controladores. La lógica cableada frente a la lógica programada presenta los siguientes inconvenientes: imposibilidad de realización de funciones complejas de control, gran volumen y peso, escasa flexibilidad frente a modificaciones y reparaciones costosas.

Lógica programada

George Boole, matemático inglés que fue el primero en definirla como parte de un sistema lógico a mediados del siglo XIX.• Específicamente, el álgebra de Boole fue un intento de utilizar las técnicas algebraicas para tratar expresiones de la lógica proposicionai. En la actualidad el álgebra de Boole se aplica de forma generalizada en diseño electrónico. Se aplicó por primera vez en circuitos de conmutación eléctrica biestables por Claude Shannon en 1938.

Se trata de una tecnología desarrollada a partir de la aparición del microprocesador, y de los sistemas programables basados en éste: computador, controladores lógicos y autómatas programables, esta tecnología frente a la lógica cableada presenta una serie de ventajas como son una mayor flexibilidad, posibilidad de cálculo científico e implementación de algoritmos complejos de control de procesos, arquitecturas de control distribuido, comunicaciones y gestión.

TECNOLOGÍAS DE MANDO Cableadas

Programadas

Automatismos: módulos conectados entre sí totalmente dedicados a un proceso y poco flexibles:

Automatismo: ciertos módulos son programas otros circuitos VLSI, adaptables a cualquier proceso y mucha flexibilidad:

Relés electromagnético contactos accionador por bobinas

Tarjetas electrónicas estándares o específicas

Módulos lógicos neumáticos contactos accionados por aire

Micro y miniordenadores

Tarjetas electrónicas circuitos impresos con TRT

Autómatas programables

9

UNIDAD 8

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S E L É C T R I C O S (I)

ü

/ EL. GRAFCET: PRINCIPIO BASICOS El GRAFCET surge en Francia a mediados de los años 70, debido a la colaboración de algunos fabricantes de autómatas, como Telemecanique y Aper con dos organismos oficiales, AFCET (Asociación francesa para la c i b e r n é t i c a , economía y técnica) y ADEPA (Agencia nacional para el d e s a r r o l l o de la p r o d u c c i ó n a u t o m a t i z a d a ) . H o m o l o g a d o en Francia,

Terminada

Alemania, y p o s t e r i o r m e n t e por la comisión Electrónica Internacional

Sí

(IEC 8 4 8 , año 1988). Actualmente es una herramienta imprescindible cuando se trata de automatizar procesos secuenciales de cierta complejidad con autómatas programabas. El GRAFCET es un diagrama funcional que describe la evolución del pro-

ACCIÓN n

ceso que se quiere automatizar tal y como se muestra en la figura. Está definido por unos elementos gráficos y unas reglas de evolución que reflejan la dinámica del comportamiento del sistema.

T

PROCESO TERMINADO

Todo a u t o m a t i s m o secuencial o c o n c u r r e n t e se puede e s t r u c t u r a r en una serie de etapas que representan

estados o subestados

del

sistema

en los cuáles se realiza una o más acciones, así como transiciones, que son las condiciones que deben darse para pasar de una etapa a otra.

E L E M E N T O S DEL GRAFCET Etapa inicial Mando

Acciones asociadas

A

Abrir puerta

A

Puerta abierta E s p e r a r l o seg. -j~ P a s a d o e s t e t i e m p o Cerrar puerta Puerta cerrada y no célula

10

Etapa normal

¡Transiciones ¡Receptividades asociadas I Líneas de enlace

Cíclico

jN0

A continuación te presentamos, a lo largo de varias páginas, una relación de símbolos más usuales, tanto en la representación de esquemas de sistemas combinadonales y secuenciales, como los más empleados en la confección de esquemas eléctricos, como son los símbolos normalizados para designar tensiones, tomas de tierra, conductores eléctricos, pulsadores, mandos, accionamientos eléctricos, interruptores, relés y máquinas eléctricas.

SIMBOLOGÍA DE ELECTRÓNICA C O M B I N A C I O N A L DESCRIPCIÓN

Símbolo clásico

a—

Operación negación: La salida adquiere el estado opuesto al de la entrada. Operación suma: La salida adquiere el estado "1" siempre que cualquiera I

de las entradas esté en "1!.

a—

—b

—

S

Operación suma negada: La salida adquiere el estado " 0 " siempre que cualquiera de las entradas esté en "1".

!

¡

i

i

Operación producto negado: La salida adquiere el estado "1" siempre que :

cualquiera de las entradas esté en "0". Operación semisuma: La salida adquiere el estado " 0 " siempre que todas las entradas estén en el mismo estado. Operación semisuma negada: La salida adquiere el estado "1" siempre que todas las entradas estén en el mismo estado.

b— •a —

5 __]

Operación producto: La salida adquiere el estado " 0 " siempre que cualquiera de las entradas esté en "0".

Símbolo ANSI

yO~5

L> I>

5 _ 3

3

i J1

—

y— ci

£>

3 -V 5

b— á-— "b— 3— b— a— b— a— b—

1

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V-C

i i i i

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1

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&

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—5

í 'i

'1

;

1

J

i

SIMBOLOGÍA DE ELECTRÓNICA SECUENCIAL

fl

UNIDAD 8

1


/\

SIMBOLOGIA DE TENSIONES Y TOMA DE TIERRA TENSIONES Y TOMA DE TIERRA

SÍMBOLO

Tensión continua Tensión alterna Tensión rectificada con componente alterna Polaridad positiva

+

Polaridad negativa Neutro

N

Toma de tierra Toma de tierra con protección m

Toma de masa o chasis SIMBOLOGÍA DE TENSIONES Y TOMA DE TENSIÓN CONDUCTORES Y TOMAS DE TENSIÓN

SÍMBOLO

Conductor principal o auxiliar Grupo de conductores en formato implícito ,

- ;3Q y so n/

Grupo de conductores en formato explícito N

30

X 120) • 11 /'i

Conexión flexible

— —

Conductor apantallado

— —

—— . -— Conductores trenzados Conexión de conductores Conexión doble de conductores Regleta de conexión

D

\

•*"» SIMBOLOGIA DE CONTACTOS ELECTRICOS CONTACTOS

SÍMBOLO

Contacto normalmente abierto (NA)

Contacto normalmente cerrado (NC)

Contacto conmutado

Contacto conmutado con posición de corte

Contacto inversor antes de apertura

Contacto de cierre adelantado respecto del conjunto

Contacto con cierre retrasado respecto del conjunto

Contacto de apertura retrasada respecto del conjunto

Contacto de apertura adelantada respecto del conjunto

Contacto de cierre retardado respecto del dispositivo accionador

Contacto de apertura retardada respecto del dispositivo accionador

Contacto de cierre y apertura retardada respecto del dispositivo accionador

Base de conexión

Clavija de conexión

Base y clavija de conexión

Conector a presión

B

UNIDAD 8


SIMBOLOGÍA DE PULSADORES, MANDOS Y ACCIONAMIENTOS ELÉCTRICOS PULSADORES

SÍMBOLO

Contacto de cierre con mando manual

^

Pulsador de cierre manual y retorno automático

"i

Tirador con contacto al cierre y retorno automático

1

Mando de transmisión mecánica, hidráulica, magnética, etc...

-

—

Mando de acción retardada

~

~

"" ~

Mando de acción adelantada

|_ .. 1

Retorno automático _ _

,

K

.

..

Retorno no automático Accionamiento mecánico manual

i :

"

_ _.

_

---•o— """"V""" h—

Mando rotatorio Mando de tirador Mando de pulsador

E—-

Mando de emergencia Mando por acción térmica Pulsador rotativo con contacto al cierre y retorno automático Pulsador de emergencia con enclavamiento no automático MANDOS Y ACCIONAMIENTOS

í>--

H SÍMBOLO

Mando por acción electromagnética Mando por efecto magnético Mando por energía hidráulica o neumática

m —

Mando por reloj eléctrico Mando por motor eléctrico

@>—-


SIMBOLOGÍA DE INTERRUPTORES ELÉCTRICOS INTERRUPTORES

^

SÍMBOLO I

Interruptor

! i

Interruptor final de carrera

o~\j

I

Contactor i

]

A

1

Interruptor guardamotor

;

Interruptor automático Seccionador

i ^

Seccionador conmutado

1 1 9

)

i i ! i !i

^

Interruptor seccionado Interruptor seccionador con apertura automática

JL \

Seccionador con fusible Interruptor con fusible

f i i • i

-

u SIMBOLOGÍA DE RELÉS ELÉCTRICOS

RELÉS Dispositivo de mando electromagnético

SÍMBOLO

i

r~H

Relé con dos devanados separados Relé de conexión lenta

-J ;

Relés de desconexión lenta Relé de acción térmica

í

3

Relé de acción electromagnética

pjn

Relé de intensidad máxima

•b

Relé de tensión máxima

ES

Relé de intensidad diferencial

•ja

Relé de enclavamiento mecánico

*

Electroválvula

—;¿<

i

15

UNIDAD 8


SIMBOLOGÍA DE M Á Q U I N A S ELÉCTRICAS L

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

SÍMBOLO

A Y T

Devanado trifásico en triángulo i

Devanado trifásico en estrella Devanado trifásico en estrella con toma de neutro Motor de corriente continua, de imán permanente, con dos conductores y excitación en serie

I [ f

|

|

1

'MU

Motor de corriente alterna, con colector, con dos conductores y excitación en serie

ky íü

Motor de corriente alterna, con colector, trifásico y excitación en serie ™ ~"

Motor de inducción, trifásico de jaula Motor de inducción, trifásico de rotor bobinado

(CM

Generador síncrono trifásico de imán permanente

g

Convertidor continua-continua (DC/DC)

_

_

___

i i

. _ ..._

Convertidor alterna-continua (AC/DC). Rectificador Convertidor continua-alterna (DC/AC). Ondulador, inversor

"Á-. r\/

Óa.

i

Arrancador de motor Arrancador estrella-triángulo L

1

i

... _

A

i

Arrancador regulador por tiristores. Convertidor de frecuencia. Variador de velocidad Transformador de tensión monofásico (representación unifilar) Transformador de tensión monofásico (representación multifilar) :

Transformador de tensión trifásico, conexión estrella-triángulo (representación unifilar) Generador síncrono trifásico con inducido en estrella y neutro accesible Transformador de tensión trifásico, conexión estrella-triángulo (representación multifilar)

I

1i

v.':::;-

1 GSj

1

i i

i¡

1 i

!


SIMBOLOGÍA DE OTROS COMPONENTES ELÉCTRICOS DE USO COMÚN COMPONENTES DE USO GENERAL

SÍMBOLO

(5

Amperímetro Voltímetro

!

0

Válvula

;

-txi-

;

-S-

Fusible Dispositivo luminosos. Lámpara

:'

Dispositivo luminoso intermitente

J-L

0

Bocina

¡

¡ 0 ^

Sirena

r

Timbre Zumbador

>

I

) ) _

Pila, batería o acumulador

T

Diodo rectificador

-w-

4

Puente rectificador Tiristor (SCR)

*

Fotodiodo. Diodo sensible a la luz •

~ -

'

"

—

—

Inductancia. Cualquiera de las dos representaciones es válida Resistencia

(—

Resistencia shunt

-R-

Potenciómetro

—

Fotorresistencia (LDR)

\T

Condensador Transformador de intensidad

|

j—

" -CB-

L

UNIDAD 8


CONCEPTOS GENERALES DE LA APARAMENTA ELÉCTRICA Estamos en contacto diario con elementos que forman parte de ia aparamenta eléctrica, puesto que los encuentramos en nuestra vida cotidiana (Fig, 1), Así, por ejemplo, ei interruptor diferencia! general de una vivienda o un interruptor para encender ia luz de una habitación constituyen elementos de lo que denominamos aparamenta, palabra que en ocasiones se sustituye, incorrectamente, por aparellaje, Este es un término procedente del francés apareillage, que no Sia sido aceptado por la Real Academia Española, que ha propuesto el término aparamenta comúnmente aceptado y que es el que utilizaremos a lo largo de este curso,

La aparamenta elementos funciones ciones

y en diferentes de todos

que seguir

Aparamenta y cuadros de distribución

eléctrica

(Catálogo 2006 Cewiss).

para

la normativa

dedicada

y abrir

condiciones

vigente

por

en cuanto

las personas,

por

al estudio

circuitos,

los que circula

y, en corriente,

de

a cada

fungeneral, cum-

funcionamien-

lo que su construcción

UNE correspondiente

los

diferentes

de realizar

de medida

a seguridad

de todos

en sus

de utilización;

de conexionado,

los aparatos

la normativa

to y seguridad

Figura 1.

es la rama de cerrar

de automatización,

de control pliendo

eléctrica

encargados

aparato.

tiene

C O N C E P T O S G E N E R A L E S DE L A A P A R A M E N T A

ELÉCTRICA

Ya habrás podido comprobar, con esta breve definición, que la aparamenta es fundamental en la profesión del instalador electricista. En el primer capítulo nos limitaremos a exponer una serie de definiciones de gran utilidad. No es necesario que las memorlces, pero s í e s esencial que las comprendas bien y que aprendas a diferenciar correctamente cada concepto.

D

C o n c e p t o s generales relativos a la a p a r a m e n t a eléctrica

Definiciones básicas Entendemos por aparamenta

eléctrica en general el conjunto de aparatos de manio-

bra, control, regulación y seguridad utilizados en las Instalaciones eléctricas. En este curso nos limitaremos a estudiar la aparamenta

de baja tensión, que se defi-

ne como el conjunto de aparatos y dispositivos sometidos a tensiones por debajo de los 1.000 V. También existe la aparamenta

eléctrica

de alta tensión, que comprende el conjunto

de aparatos y dispositivos alimentados por tensiones superiores a los 1.000 V, aunque en este curso únicamente nos centraremos en la aparamenta de baja tensión. Vamos a dar unas definiciones básicas relativas a los aparatos y que son las que hacen referencia a los valores característicos de cada uno de ellos, en función del uso al que están destinados, y que están escritos en su placa de características para identificación de los límites de su empleo. Dichos valores característicos hacen referencia a una cualidad determinada y, en concreto, a la magnitud que define el aparato con respecto a dicha cualidad que, a su vez, puede definirse por varias magnitudes.

EJEMPLO En un i n t e r r u p t o r es muy i m p o r t a n t e d e f i n i r cuál es la intensidad de c o r r i e n t e que puede circular por sus contactos sin calentamientos que lo p e r j u d i q u e n , pero, a su vez, es i m p o r t a n t e d e f i n i r qué t i p o de cor r i e n t e circulará por él y cuál será su frecuencia y en qué condiciones a m b i e n t a l e s t r a b a j a r á . Estos valores c a r a c t e r í s t i c o s los d e n o m i n a r e mos características nominales de los aparatos, y son las que sirven para d e n o m i n a r l o s e identificarlos y los que están inscritos en la placa de características que lleva cada uno. Por lo general, se dan solamente los valores característicos correspondientes a los empleos más corrientes.

19

t

UNIDAD 8


Vamos a d e f i n i r a c o n t i n u a c i ó n las principales características n o m i n a l e s de los aparatos: - Intensidad n o m i n a l de los c i r c u i t o s principales. - Capacidad de r u p t u r a o p o d e r de c o r t e n o m i n a l . - Capacidad o p o d e r de c o n e x i ó n n o m i n a l . Figura 2, Diferentes modelos de interruptor de caja moldeada

- S o b r e i n t e n s i d a d a d m i s i b l e n o m i n a l que p u e d e n s o p o r t a r los circuitos principales.

desde 160 A a 1600 A, de la firma Gewiss.

- Tensión n o m i n a l de los c i r c u i t o s principales y auxiliares.

Intensidad

nominal

Es la i n t e n s i d a d de c o r r i e n t e que un a p a r a t o puede s o p o r t a r i n d e f i n i d a m e n t e c u a n d o las c o n d i c i o n e s de e m p l e o son n o r m a les (f

:

;

).

Capacidad

de ruptura

o de

desconexión

La a p e r t u r a de un c i r c u i t o por el que circula c o r r i e n t e presenta d i f i c u l t a d e s por los f e n ó m e n o s que se p r o d u c e n al separarse los c o n t a c t o s y es una o p e r a c i ó n que debe realizarse con t o t a l seguridad. La cualidad que d e f i n e esta acción puede d e n o m i n a r s e dad de ruptura,

poder

de ruptura

o poder

de desconexión,

capaciy es

la c o r r i e n t e m á x i m a que un a p a r a t o d e t e r m i n a d o puede cortar, en unas condiciones de e m p l e o d e t e r m i n a d a s , con una t e n s i ó n dada, sin que se produzca d e t e r i o r o en sus c o n t a c t o s . La capacidad de r u p t u r a es un i n d i c a d o r del c o m p o r t a m i e n t o de un aparato c u a n d o t i e n e que a b r i r un c i r c u i t o con t e n s i ó n o c u a n d o se p r o d u c e un c o r t o c i r c u i t o . La m a g n i t u d que se utiliza para expresar el p o d e r de r u p t u r a de un a p a r a t o es el kiloamperio

efectivo

(kAef]r, se e m p l e a la unidad

k i l o a m p e r i o (kA) en lugar de la de a m p e r i o (A) por t r a t a r s e de valores eficaces de intensidades m u y altas.

Capacidad

de

conexión

Es la intensidad de c o r r i e n t e más elevada con la que un aparato es capaz de cerrar o conectar un circuito, con una tensión determinada y en unas condiciones de f u n c i o n a m i e n t o definidas, sin que se produzca d e t e r i o r o alguno en él.

20


ELÉCTRICA

La capacidad de conexión caracteriza a u n aparato eléctrico en relación con su comportamiento en el cierre de un circuito, estando éste bajo carga nominal o cuando en la red hay un cortocircuito. La magnitud que se utiliza para expresar el poder de cierre o conexión de un aparato es, como en el caso anterior, el kiloamperio efectivo (kA ef ); se emplea la unidad kiloamperio (kA) en lugar de la de amperio (A) por tratarse de valores eficaces de intensidades muy altas. Sobreintensidad Denominamos sobreintensidad

en general a la intensidad de corriente que, circulan-

do por un aparato, es superior a su intensidad nominal. Las sobreintensidades son admisibles en períodos de tiempo muy cortos, pero si se prolongan pueden perjudicar a los aparatos por los que circulan, puesto que éstos están diseñados para una intensidad nominal determinada, que no puede ser excedida sino en tiempos muy cortos. Podemos diferenciar dos tipos de intensidades: - Sobrecargas. - Cortocircuitos.

Sobrecargas Figura 3, Se dice gue un aparato eléctrico está sometido a una sobrecarga

cuando

por él circula

una intensidad

Cuadro general

de

de una vivienda.

corriente superior a la prevista en su diseño y que hemos definido como intensidad nominal. Imagina un interruptor general de una vivienda diseñado para 20 A. Si al poner en marcha todos los receptores de la vivienda

hacemos

circular

por el i n t e r r u p t o r

una

corriente de 25 A, este interruptor tendrá una sobrecarga de un 2 5 % (Fig. 3). Esta situación haría que el interruptor trabajase por encima de la intensidad nominal, produciéndose en él calentamientos que, con el tiempo, podrían perjudicarle. Como podrás ver más adelante, los interruptores automáticos están diseñados de tal manera que se produce su

9

21

UNIDAD 8


desconexión cuando transcurre un tiempo predeterminado a partir de un valor de sobrecarga. Cortocircuitos Otro tipo de sobrecarga o elevación de la intensidad por encima de la nominal se produce en el momento en que hay una unión o conexión directa, o sea, sin impedancia entre dos o más conductores de diferente fase, en el caso de corriente alterna, o de distinta polaridad, en el caso de corriente continua. Esta situación se denomina

cortocircuito.

En estas circunstancias, la intensidad que circula por el aparato o circuito alcanza valores muy elevados, que pueden perjudicar seriamente los aparatos y las instalaciones, provocando incluso fusiones de los elementos constitutivos. Los cortocircuitos deben ser eliminados rápidamente, y de ahí la importancia de los interruptores automáticos y de los fusibles, destinados a abrir rápidamente y, por lo tanto, a aislar de la fuente de tensión los circuitos afectados. Diferencia s i t r e sobrecargas \ cortocircuitos Si bien los dos fenómenos conllevan elevación de la intensidad por encima de la nominal, en el caso de los cortocircuitos esta elevación es prácticamente instantánea y de un valor muy superior al de la intensidad nominal. Sin embargo, la sobrecarga o sobreintensidad es una elevación moderada de la corriente que circula por el aparato con respecto a la nominal, y que se produce en un tiempo más prolongado. Más adelante veremos que existen aparatos destinados a proteger las instalaciones frente a sobrecargas y cortocircuitos y que tienen diseños específicos para cada uso. Tensiones

nominales

Entendemos por tensión nominal

de un aparato aquel valor de tensión que define

sus condiciones de trabajo cuando se producen fenómenos de ruptura o de cierre de la corriente. Distinguimos dos tensiones nominales: - Tensión nominal más elevada, que es la tensión eficaz más elevada de la red para la cual está diseñado el aparato. - Tensión nominal más baja, correspondiente a la tensión nominal de la red para la cual está diseñado el aparato.

Funciones de la aparamenta Podemos establecer dos tipos de funciones fundamentales: a) Funciones

de

maniobra

- Dejar fuera de servicio las cargas cuando no son necesarias. - Conmutar o combinar cargas y alimentaciones. - Desconectar las cargas que requieren intervención (por ejemplo, reparación y mantenimiento) a fin de operar fuera de peligro. - Realizar funciones de a u t o m a t i s m o y control uniendo entre sí los diferentes aparatos mediante circuitos eléctricos. b) Funciones

de

protección

- Desconectar partes averiadas para evitar que afecten al resto del sistema. - Evitar o reducir los efectos de averías o de situaciones anómalas.

C o n c e p t o s específicos para identificar y elegir la a p a r a m e n t a A continuación vamos a m o s t r a r t e una serie de conceptos y definiciones complementarios a los básicos a n t e r i o r m e n t e vistos. Tienen relación con la elección y empleo de la aparamenta de baja tensión, y te ayudarán a identificar las diferentes características de la aparamenta que aparece en la información facilitada por los fabricantes y que forma parte del léxico utilizado en electrotecnia. Esta información puede parecerte difícil de asimilar, pero constituye una eficaz herramienta de consulta que te será muy útil cuando tengas que consultar información relativa a los diferentes aparatos.

Definición de términos generales - Aparamenta.

T é r m i n o genérico que se aplica a los aparatos de conexión y a

su combinación con aparatos de mando, medida, protección y regulación asociados a ellos, así como a los conjuntos de tales aparatos con sus conexiones, accesorios y envolventes correspondientes.

•

UNIDAD 8


- Valor nominal.

Valor de una magnitud, empleado para designar o identificar

un componente, un dispositivo o un aparato. - Valor asignado. Valor de una magnitud, fijado generalmente por el fabricante, para un funcionamiento especificado de un componente, un dispositivo o un aparato. - Intensidad

prevista

(en un circuito y relativa a un aparato de conexión).

Intensidad que circularía suponiendo despreciable la impedancia de cada polo del aparato de conexión. - Sobreintensidad. - Cortocircuito.

Intensidad superior a la intensidad asignada. Fenómeno provocado por la conexión voluntaria o accidental

de dos o más puntos de un circuito entre los cuales hay una diferencia de potencial, mediante un conducto de poca impedancia. - Potencia

de cortocircuito

(en un punto de un circuito o red). Valor resultan-

te del producto de la intensidad prevista de cortocircuito en aquel punto por una tensión convencional, generalmente la tensión de explotación. - Sobrecarga.

Condiciones de funcionamiento de un circuito eléctricamente

correcto que provocan una sobreintensidad. (Una sobrecarga puede ser inherente al trabajo normal, por ejemplo, el arranque de un motor, y puede o tiene que ser permitida

y soportada

un t i e m p o

relativamente

largo.

Contrariamente, una corriente de cortocircuito debida a un defecto o a una conexión incorrecta en el circuito eléctrico, deberá ser despejada lo más rápidamente posible.) - Valor de cresta de la intensidad

prevista.

Valor de cresta de una intensidad

prevista, en el período transitorio de su establecimiento. - Intensidad

prevista

simétrica

(en corriente alterna). Intensidad

prevista

cuando es establecida en un Instante tal al que no sigue ningún fenómeno transitorio. - Intensidad

crítica

de carga. Valor de la intensidad cortada para el cual el

tiempo del arco eléctrico es notablemente ampliado. - Poder de corte. Valor de la intensidad máxima que un aparato es capaz de interrumpir bajo una tensión dada y en condiciones prescritas de empleo y comportamiento. En corriente alterna, la intensidad se expresa por el valor eficaz simétrico de la componente alterna. - Poder de cierre o conexión. Valor de la intensidad máxima que un aparato es capaz de cerrar o conectar bajo una tensión dada y en condiciones prescritas de empleo y comportamiento.

24


- Intensidad

crítica de cortocircuito.

ELÉCTRICA

Valor de la intensidad cortada, inferior al

poder asignado de corte de cortocircuito, para el cual la energía de arco es notablemente mayor que para el circuito. - Intensidad

de corta

duración

admisible

(/ cw ). Intensidad que un aparato

puede soportar en la posición de cerrado durante un corto intervalo de tiempo especificado y en las condiciones prescritas de uso y de comportamiento. - Tensión de restablecimiento.

Tensión que aparece entre bornes de un polo

de un aparato de conexión, después de la interrupción de la corriente.

Tiempos de actuación de los aparatos - Tiempo de apertura

(de un aparato). Intervalo entre el inicio o emisión de la

orden de apertura y el instante de separación de los contactos del arco en todos los polos. - Tiempo de arco. Tiempo de presencia del arco, desde el instante de su inicio hasta su extinción final. - Tiempo de corte. Intervalo entre el inicio de la orden de apertura y el instante de la extinción final del arco. - Tiempo de cierre. Intervalo entre el inicio de la orden de cierre y el instante en que los contactos se tocan en todos los polos. - Tiempo de establecimiento.

Intervalo entre el inicio de la orden de cierre y el

instante en que los contactos se estabilizan en su posición final de cerrados. - Tensión de aislamiento

(l/¡). Tensión que sirve de base para dimensionar las

distancias de aislamiento, trayectos de fuga y ensayos dieléctricos.

Distancias - Distancia

de aislamiento.

Distancia entre dos partes conductoras equivalen-

te a la longitud de un hilo tenso que siga el camino más corto entre ellos. - Línea de fuga. Distancia más corta entre dos partes conductoras, siempre a lo largo de superficie aislante. La longitud mínima permitida para una línea de fuga es función de a) La tensión de aislamiento asignada. b) El grado de contaminación ambiental. c) El grupo del material aislante según índice IRFS.

25

Pensiones • Tensión soportada

ai impulso.

Valor de cresta más elevado de una t e n s i ó n de

choque, de f o r m a y p o l a r i d a d prescritas, que no provoca descarga e l é c t r i c a en c o n d i c i o n e s especificadas (Fig. 3). Tensión soportada

a frecuencia

industrial.

Valor eficaz de una t e n s i ó n senoi-

dal a f r e c u e n c i a i n d u s t r i a l ( 5 0 o 6 0 Hz) que no provoca descarga eléctrica en c o n d i c i o n e s especificadas.

Ejemplo: Onda de choques cuyos valores característicos son: = 20 t, = 1,2 ¡j.s t 2 = 6 0 (jls

Figura 3. Forma característica de onda

Designación: U c t, / t 2

de choque o sobretensión

20 kV 1,2 / 5 0

tipo rayo.

Condiciones ambientales d e funcionamiento Observa a h o r a los f a c t o r e s que debes t e n e r en c u e n t a a la hora de evaluar las condiciones a m b i e n t a l e s en las que debe p e r m a n e c e r la a p a r a m e n t a eléctrica. - Temperatura.

Nivel t é r m i c o de un a p a r a t o o de una de sus partes. El valor

límite p e r m i s i b l e viene d e t e r m i n a d o por las características de la propia parte, de las partes vecinas y por c o n s i d e r a c i o n e s de s e g u r i d a d . Temperatura

del

aire

ambiente

o temperatura

ambiente.

Temperatura,

d e t e r m i n a d a en c o n d i c i o n e s prescritas, del aire q u e rodea el a p a r a t o (o material). (Para aparatos provistos de e n v o l v e n t e integrada, es la t e m p e r a t u r a del aire en el e x t e r i o r de la e n v o l v e n t e . En t r a b a j o n o r m a l , la t e m p e r a t u r a del aire a m b i e n t e no debe s o b r e p a s a r los + 4 0 °C, y su media en 2 4 horas no debe s o b r e p a s a r los +35 °C. El límite i n f e r i o r es - 5 °C.)

26


- Calentamiento.

ELÉCTRICA

Diferencia entre la temperatura del aparato (o de la parte en

cuestión) y la temperatura del aire ambiente que envuelve el aparato. El calentamiento viene limitado por a) Las propiedades térmicas del material constituyente de la pieza o parte en cuestión. b) La necesidad de no dañar o alterar piezas o partes vecinas. c) La integridad de las personas. - Envolvente

integrada.

Envolvente que constituye una parte integrada en el

aparato o material. - Contaminación.

Aporte de material extraño, sólido, líquido o gaseoso, que

puede implicar una reducción de la rigidez dieléctrica o de la resistividad superficial de un material. - Grado de

contaminación

a) Grado 1. No existe contaminación o sólo una contaminación seca no conductora. b) Grado

2. Contaminación

normal no conductora.

Ocasionalmente

puede presentar conductividad temporal provocada por la condensación. c) Grado 3. Contaminación conductora o no conductora que se vuelve conductora por la condensación. d) Grado 4. La contaminación (por ejemplo, polvo conductor, lluvia o nieve) provoca una conductividad persistente y elevada. (Rige el microentorno de la línea de fuga o de la distancia de aislamiento, que puede ser distinto del entorno del aparato. Para aplicaciones industriales suele considerarse el entorno Grado 3; puede estar modificado por la envolvente. Para aplicaciones domésticas y similares suele considerarse el entorno Grado 2.)

.¿1 Otras definiciones Finalmente, lee detenidamente las tres definiciones que se exponen a continuación.

27

HIJSIUMJk!


-Ley

de Joule

Cuando se refiere a un aparato de protección, es un índice de la energía que este aparato deja pasar en caso de disparo por sobreintensidad (generalmente cortocircuito), desde que se inicia la sobreintensidad hasta su extinción. Cuando se refiere a un elemento protegido, es un índice de la energía que este elemento es capaz de soportar sin daño irreversible, durante el tiempo de falta. Una protección contra fuerte sobreintensidad es correcta cuando el valor de la integral de Joule del aparato protector es inferior al del elemento rígido. Estos valores los dan los fabricantes o pueden deducirse de sus catálogos. - Valor convencional

de no disparo (de un relé o de un disparador). Valor espe-

cificado que puede soportar un relé o un disparador durante un tiempo determinado (tiempo convencional) sin actuar. - Valor convencional

de disparo (de un relé o de un disparador). Valor especi-

ficado que provoca la actuación del relé o del disparador dentro de un tiempo determinado (tiempo convencional).

Régimen transitorio En el proceso de cierre o apertura de un circuito, y hasta que se estabiliza la corriente, existe un período intermedio, llamado transitorio, en el que pueden aparecer fenómenos que pueden perturbar el funcionamiento de los aparatos, en función de su Intensidad. Aquí mencionaremos un par de definiciones referentes a estos fenómenos, que puedes necesitar al consultar catálogos de fabricante o literatura más especializada, y que ilustraremos con las figuras 4 y 5. - Transitorio.

Comportamiento de una magnitud al pasar de un régimen esta-

blecido a otro. En las maniobras de conexión se consideran intensidades transitorias, y en las maniobras de corte se consideran tensiones transitorias. - Tensión transitoria

de restablecimiento.

Tensión de restablecimiento duran-

te el tiempo en que presenta un carácter transitorio significativo.

C O N C E P T O S G E N E R A L E S DE LA A P A R A M E N T A

Proceso de conexión

ELÉCTRICA

z = ^ R 2 + X 2 = 7 R 2 + ( » L) 2 UG = I x Z Valor máximo = Valor eficaz • , / 2

Figura 4. Evolución de la intensidad de régimen transitorio o régimen

permanente,

al cerrar un circuito.

í Régimen ^_|__estable l c : Intensidad de cresta establecida prevista. En caso de L sin hierro y en caso de cortocircuito: l c max = 0,9 E

Proceso de desconexión

tiempo

Figura 5, Evolución de la tensión en un Ui: Cresta máxima de la tensión transitoria de restablecimiento.

Componente transitoria de la tensión

proceso de apertura de un circuito, de régimen tiempo

a régimen

transitorio permanente.

tte Valor instantáneo de la tensión de restablecimiento a la frecuencia utilizada, en el instante cero de intensidad. 7: Factor de restablecimiento.

tiempo

29

La aparamenta eléctrica es el conjunto de aparatos de maniobra que se utilizan en las instalaciones eléctricas. Estos aparatos se utilizan básicamente para abrir y cerrar circuitos y tienen que cumplir unos requisitos de f u n c i o n a m i e n t o definidos por normas. Los valores característicos definen el uso y la función de cada uno de los aparatos y los definimos como características nominales; las principales son las siguientes: - Intensidad nominal. - Capacidad de ruptura. - Capacidad de conexión. - Sobreintensidad admisible nominal. - Tensión nominal. La aparamenta en las instalaciones eléctricas, tiene, dos funciones básicas: - Funciones de maniobra. - Funciones de protección. Definiciones relativas a la aparamenta: - Términos generales. - Tiempo de actuación de los aparatos. - Distancias. - Tensiones. - Condiciones ambientales de funcionamiento. - Otras definiciones. - Régimen transitorio.


ELÉCTRICA

Ejercicios d e a u t o c o m p r o b a c i ó n Rodea con un círculo la V si cada una de las siguientes afirmaciones

es verdadera, o la F si es

falsa. . Es indistinto utilizar el término aparamenta que el término aparellaje. . Para identificar un aparato se utilizan las características nominales.

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

3. La magnitud que se utiliza para determinar el poder de ruptura de un aparato es el miliamperio. . Una sobrecarga es lo mismo que un cortocircuito. . Las funciones de protección de la aparamenta se refieren a la seguridad personal de quien manipula las instalaciones. 6. El poder de corte de un aparato es igual a su poder de cierre. . El calentamiento se define como la diferencia entre la temperatura del aparato y la temperatura del aire que le rodea. . Un aparato con tensión nominal de 5 0 0 V puede funcionar correctamente en un circuito con tensión de servicio de 3 8 0 V. 9 . La unión, voluntaria o fortuita, de dos puntos de un circuito correspondientes a fases diferentes es un cortocircuito. 10. El tiempo de corte se refiere al tiempo de la duración del arco. Compara errores,

tus respuestas

con las que te indicamos

repasa la parte correspondiente

al final de la unidad. Si has

del tema antes de proseguir

tu

cometido

estudio.

31

UNIDAD 8


CLASIFICACIÓN DE LA APARAMENTA ELÉCTRICA La aparamenta, por sus múltiples usos y funciones, no admite una clasificación simple, por lo que tenemos que recurrir a hacer clasificaciones desde diferentes puntos de vista, que si bien están relacionados entre sí, cada uno por sí solo admite una clasificación específica, c o m o veremos más adelante (Fig. 1), Esta s u b d i v i s i ó n de clasificaciones se ha realizado con o b j e t o de o b t e n e r una visión de cada uno de los aspectos que c o n c i e r n e n a la a p a r a m e n t a y, por o t r a parte, s i g u i e n d o los c r i t e r i o s establecidos por la Comisión E l e c t r o t é c n i c a

Internacional

(CEI) con o b j e t o de que t e n g a s una i n f o r m a c i ó n que te p e r m i t a acceder con facilidad a los d i f e r e n t e s m a n u a l e s e i n f o r m a c i o n e s técnicas existentes. También h e m o s de c o m e n t a r que, si bien en este curso t r a t a m o s s o l a m e n t e de las instalaciones de baja t e n s i ó n , para t u i n f o r m a c i ó n , e m p e z a m o s por establecer una p r i m e r a clasificación de la a p a r a m e n t a de baja t e n s i ó n y la de alta t e n s i ó n .

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Aparamenta de protección

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Aparamenta de mando

Figura 1. Diferentes modelos de aparamenta eléctrica de la firma Gewiss y de aplicación para protección, mando y programación.

Jfl

: •

L; 1 »»

Aparamenta de

programación

H, íf iE

Ptt

C L A S I F I C A C I Ó N DE L A A P A R A M E N T A

ELÉCTRICA

Clasificación general La aparamenta eléctrica se divide en tres grandes grupos, en atención a los conocimientos específicos claramente diferenciados que para cada uno requiere el personal de mantenimiento (tabla 1). Así, tenemos: - Aparamenta

de alta tensión (AT): Aparamenta destinada a trabajar en circui-

tos de corriente alterna de alta tensión. - Aparamenta

de media tensión (MT): Aparamenta destinada a trabajar en cir-

cuitos de corriente alterna de media tensión. - Aparamenta

de baja tensión (BT): Aparamenta destinada a trabajar en circui-

tos de baja tensión. Tabla l Te recordamos que en este curso estudiaremos únicamente la aparamenta de baja tensión. Rango de tensión Baja tensión (BT)

Clasificación general de la aparamenta eléctrica.

Corriente

Límites

Valores usuales

Continua

Hasta 1.500 V

100,110,220 V

Alterna

Hasta 1.000 V

100,110, 220, 230,

Valores normalizados

380, 400, 6 6 0 V Media tensión (MT) Alta tensión(AT)

Alterna

Alterna

>1 a 72,5 kV >72,5 Kv

3, 5, 6,12,15,18, 24

3, 6, 7,2,12,17,5, 24,

36 kV

36,52, 72,5 kV

110, 220, 380 kV

100,123,145, 245, 300, 360, 525, 765 kV

Clasificación d e la a p a r a m e n t a d e baja tensión i a aparamenta de baja tensión puede clasificarse según numerosos puntos de vista. En este apartado se mencionan varios: - Por tipo de corriente.

- Por condiciones

- Por medio de corte.

- Por modo de

- Por montaje.

- Por poder de maniobra.

externas

de

aplicación.

accionamiento. - Por

empleo.

33

UNIDAD 8


Clasificación según el tipo de corriente P o d e m o s d i s t i n g u i r dos t i p o s de a p a r a m e n t a según el t i p o de c o r r i e n t e : - De corriente

continua

- De corriente

alterna

(Fig. 2). (Fíg. 3).

Tarjeta de identificación

Terminales

Figura 2. interruptor de corriente continua (Catálogo 96 MERLIN GERIN). Contactos fijos Cámara de arco

Contactos móviles Palanca de maniobra

Figura 3. interruptor

de corriente

alterna (Catálogo

General

METRON S.A).

Relé electrónico con microprocesador

Clasificación según las condiciones exteriores o ambientales Según las c o n d i c i o n e s e x t e r i o r e s o a m b i e n t a l e s , p o d e m o s clasificar la a p a r a m e n t a en tres g r u p o s : - Para exterior.

La que es capaz de s o p o r t a r viento, lluvia, nieve, escarcha,

c o n d e n s a c i ó n , polvo y o t r a s condiciones. ( N o r m a l m e n t e , la a p a r a m e n t a de baja t e n s i ó n se utiliza en el interior.)

34


Para interior.

ELÉCTRICA

Concebida para ser instalada en un e d i f i c i o u o t r o a l o j a m i e n t o

que la proteja de la i n t e m p e r i e . Otras c o n d i c i o n e s a m b i e n t a l e s : - A t m ó s f e r a explosible o i n f l a m a b l e . - A m b i e n t e salino (por ejemplo, p r o x i m i d a d del mar). - A m b i e n t e h ú m e d o , m o j a d o (por e j e m p l o , i n d u s t r i a a l i m e n t a r i a ) . - A m b i e n t e agresivo (por ejemplo, canteras, minas, obras). - A m b i e n t e f u e r t e m e n t e p o l u c i o n a d o (carbón, f u n d i c i ó n , tierras). - Ambiente medianamente polucionado (industria metalúrgica). - A m b i e n t e poco p o l u c i o n a d o (oficina, c o m e r c i o , viviendas). - Locales de pública c o n c u r r e n c i a .

Clasificación según el medio de corte Según el m e d i o u t i l i z a d o p o d e m o s d i s t i n g u i r los siguientes t i p o s de c o r t e : - En aceite. - Al aire. Figura 4. Accionamiento

- En gas.

manual directo. - Al vacío. En las instalaciones de baja t e n s i ó n se utilizan b á s i c a m e n t e aparatos de c o r t e al aire; las o t r a s t é c n i c a s se r e f i e r e n a a p a r a t o s de alta t e n s i ó n que q u e d a n f u e r a del á m b i t o del p r e s e n t e curso, pero que c i t a m o s a q u í para que las conozcas.

Clasificación según el accionamiento Accionamiento

manual

Si es m a n u a l , el a c c i o n a m i e n t o puede clasificarse en: - Directo (Fig. 4 ) .

\ • : mw*>

- A distancia (Fig. 5). - Dependiente. - Independiente. - Con a c u m u l a c i ó n de energía. - A motor (

:

ó).

Figura 5

Figura 6

Figura 5, Accionamiento

mando

prolongado (Catálogo 96 MERLIN GERIN).

Figura 6. Mando eléctrico

motorizado

(Catálogo 96 MERLIN GERIN).

Accionamiento

automático

Si es a u t o m á t i c o , el a c c i o n a m i e n t o se clasifica en los siguientes g r u p o s : - Por c o n d i c i ó n eléctrica. - Por c o n d i c i ó n mecánica. - Por m a g n i t u d física. - Por otras m a g n i t u d e s .

I


ELÉCTRICA

Clasificación según el montaje y conexionado El m o n t a j e puede ser de tres clases: - I n a m o v i b l e (Fig. 7). - Amovible. - E n c h u f a b l e (Fig. 8 ) .

Figura 7. Disposición de

interruptor inamovible.

Figura 8. Disposición de Parte fija

enchufable.

Parte móvil

Figura 7

Clasificación según eí poder de maniobra Los d i s t i n t o s t i p o s de p o d e r de m a n i o b r a son los siguientes:

interruptor

Figura 8

Figura 9. Interruptor incorporando

- Con carga m o d e r a d a ( i n t e r r u p t o r de carga reducida) (Fig. 9 ) . - Sin carga (seccionador) ( ig. 10). - Con carga n o m i n a l ( i n t e r r u p t o r de carga). - Con s o b r e c a r g a m o d e r a d a ( i n t e r r u p t o r de carga). - Con f u e r t e s o b r e c a r g a ( i n t e r r u p t o r de m o t o r y c o n t a c t o r ) . - Bajo c o r t o c i r c u i t o ( i n t e r r u p t o r a u t o m á t i c o y fusible) (Fig. 11).

con

carga moderada fusibles

(Catálogo 96 MERLIN GERIN).

UNIDAD 8


Figi ira 10. Seccionador

(Catálogo

96 MERLIN

GERIN).

12 testigo de armado del mando:

cuadro de mando

1 2 3

pulsador de apertura (O) pulsador de cierre (I) enclavamiento por cerradura en posición «enchufado» o «desenchufado» o «test» 4 enclavamiento de puerta 5 empuñadura de rearme del mando 6 contador de maniobras 7 cerradura de enclavamiento en posición « abierto» 8 colocación de la manivela 9 testigo de posición funcional 10 placa frontal de chasis fijo accesible oon la puerta del cuadro cerrada. 11 enclavamiento por candado en posición «enchufado» a «desenchufado» o «test»

Interruptor automático; cifras en azul

• muelles cargados • muelles descargados 13 testigo de posición da los contactos principales. • abierto • cerrado 14 señalización mecánica da disparo por defecto, rearme del interruptor.

Figura 11. Interruptor

automático

(Catálogo

96 MERLIN

GERIN).

Clasificación según la. t u n c o ¡ o empleo Según el tipo de empleo gue le gueramos dar, distinguimos: - Seccionador. - Interruptor. - Interruptor-seccionador. - I n t e r r u p t o r combinado con fusibles. - Interruptor para m o t o r ; guardamotor. - Contactor. - Interruptor automático. - I n t e r r u p t o r a u t o m á t i c o limitador. - Interruptor a u t o m á t i c o diferencial (Fig. 12). - Fusible.

Instalación de la a p a r a m e n t a bajo envolvente Todos los equipos que constituyen la aparamenta se utilizan protegidos mediante las llamadas envolventes,

más conocidas como armarios, cuadros, paneles y cajas.

Pueden definirse como el equipo que proporciona un grado de protección específico contra ciertas influencias externas y contra la proximidad o el contacto con partes activas o en movimiento. El grado de protección que debe proporcionar la envolvente dependerá de las características del emplazamiento donde se situará la instalación y las condiciones ambientales a que esté sometido. Se considera que la envolvente (grado de protección IP) da

protección:

a) A las personas contra contacto directo con las partes activas y piezas peligrosas en movimiento. b) Contra la penetración de cuerpos u objetos sólidos extraños. c) Contra la penetración de agua.

UNIDAD 8


El grado de protección se define por las letras IP seguidas de dos cifras características. La primera

cifra se refiere a las protecciones a) y b) y la segunda a la protección c).

En algunos casos puede haber también una letra suplementaria que proporciona Información adicional. Cuando se requiere indicar el grado de protección mediante una sola cifra característica, la cifra omitida se sustituye por la letra X.

EJEMPLO DE DESIGNACIÓN

Grado de protección

IP

4 L

4

Letra característica 1a cifra característica Letra suplementaria 2 a cifra característica

Valores de la primera cifra característica Tabla 2.

Grado de protección tanto en lo que respecta a las personas (protección contra con-

Graóo de protección de la

tacto directo) como al material contenido en la envolvente (protección contra la

primera cifra característica.

entrada de cuerpos sólidos extraños) (tabla 2).

Cifra caract.

40

Grado de protección

0

Ninguna protección

1

Impide la penetración de sólidos de diámetro superior a 50 mm. Protege contra contacto directo inintencionado con la mano o una parte mayor del cuerpo. No protege contra un contacto intencionado

2

Impide la penetración de sólidos de diámetro superior a 12,5 mm

2L

Permite la entrada de sólidos de diámetro superior a 12,5 mm, pero impide el contacto con el dedo de prueba (UNE 20.324) o con un objeto análogo que no exceda de 80 mm de largo

3

Impide la penetración de sólidos de diámetro o grueso superior a 2,5 mm

3L

Permite la entrada de sólidos de diámetro superior a 12,5 mm, pero impide el contacto con una varilla rígida de diámetro igual a 2,5 mm y 100 mm de largo

4

Impide la penetración de sólidos de diámetro o grueso superior a 1,0 mm

4 L

Permite la entrada de sólidos de diámetro superior a 12,5 mm, pero impide el contacto con un hilo recto y rígido de diámetro igual a 1 mm y 100 mm de largo

5

Protección contra la entrada de polvo en cantidad perjudicial para el correcto funcionamiento del material

5 L

Impide totalmente la entrada del polvo

0


ELÉCTRICA

Figura 20. Curva de calentamiento de la aparamenta con tipo de servicio de 8 horas.

9 Calentamiento 9 t Temperatura límite permitida ET Equilibrio térmico

Tiempo

Servicio de 8 horas; ET < t s 8 h

Figura 21. Curva de calentamiento de la aparamenta con tipo de servicio 9 Calentamiento 9 t Temperatura límite permitida ET Equilibrio térmico

ininterrumpido.

Tiempo

Servicio ininterrumpido: t > 8h (días, meses, anos)

- Servicio

intermitente:

El a p a r a t o a l t e r n a t i e m p o s de carga con t i e m p o s sin

carga, e s t a n d o d e f i n i d a la relación e n t r e estos t i e m p o s y siendo uno de ellos d e m a s i a d o c o r t o para que se alcance el e q u i l i b r i o t é r m i c o . Un servicio i n t e r m i t e n t e se d e f i n e por la carga, por la clase y por el f a c t o r de m a r c h a (Fig. 2 2 ) .

Figura 22. Curva de calentamiento de la aparamenta con tipo de servicio

intermitente.

40

UNIDAD 8


La clase es el n ú m e r o que expresa los ciclos de m a n i o b r a por hora. Son clases n o r malizadas 1, 3,12, 3 0 , 1 2 0 , 3 0 0 , 1 . 2 0 0 , 3 . 0 0 0 , 1 2 . 0 0 0 .

Tiempo de carga Factor de marcha =

Tiempo de carga + Tiempo sin carga

,„„ x 100

Valores n o r m a l i z a d o s del f a c t o r de m a r c h a son 15%, 2 5 % , 4 0 % , 6 0 % .

EJEMPLO Servicio i n t e r m i t e n t e 100 A, clase 12, 4 0 % .

- Servicio

temporal:

El a p a r a t o se carga d u r a n t e períodos no lo s u f i c i e n t e lar-

gos para alcanzar el e q u i l i b r i o t é r m i c o , siendo los períodos sin carga lo sufic i e n t e largos para restablecer la i g u a l d a d de t e m p e r a t u r a con el m e d i o refrig e r a n t e (Fig. 23).

Figura 23. Curva de calentamiento de la aparamenta con tipo de servicio

temporal.

Servicio temporal

Valores normalizados; 3 , 1 0 , 30, 60, 90 minutos

Valores n o r m a l i z a d o s de carga en s e r v i c i o t e m p o r a l son 3,10, 3 0 , 6 0 y 9 0 m i n u t o s . A c o n t i n u a c i ó n te m o s t r a m o s , en la Tabla 6, la lista a l f a b é t i c a de las características y de los símbolos.

41


ELÉCTRICA

Lista alfabética de las características (asignadas o no) y de los símbolos Características Categoría de empleo Intensidad asignada Intensidad asignada de cortocircuito condicional Intensidad asignada de corta duración admisible

Símbolo -

'n -

'cw

Intensidad asignada de empleo

le

Intensidad asignada ininterrumpida

!u «er

Intensidad asignada rotórica Intensidad asignada estatórica

'es

Intensidad de intersección

Lb

Intensidad límite de selectividad

's

Intensidad térmica convencional al aire libre

Ith

Intensidad térmica convencional bajo envolvente

'the

Intensidad térmica retórica

'thr

intensidad térmica estatórica

'ths

Frecuencia asignada

-

Poder asignado de corte

-

Poder asignado de corte en cortocircuito

'en

Poder asignado de corte de servicio en cortocircuito

'es

Poder asignado de corte último en cortocircuito

'cu

Poder asignado de cierre Poder asignado de cierre en cortocircuito

-

'cm

Potencia asignada de empleo

-

Servicio de ocho horas (servicio continuo)

-

Servicio ininterrumpido

-

Servicio intermitente

-

Servicio periódico

-

Servicio temporal

-

Tensión asignada de alimentación de los circuitos de mando

us

Tensión asignada a los circuitos de mando

uc

Tensión asignada de empleo

Ue

Tensión asignada de arranque de un arrancado por autotransformador Tensión asignada de aislamiento

-

Tensión asignada rotórica de empleo

Mi Uer

Tensión asignada rotórica de aislamiento

U ir

Tensión asignada estatórica de empleo Tensión asignada estatórica de aislamiento Tensión asignada soportada al impulso

Ues U¡s U¡mp

Tabla 6. Lista alfabética de las características y los símbolos

42

UNIDAD 8


Instrucciones d e instalación, f u n c i o n a m i e n t o y mantenimiento

Son las que el fabricante especifica en sus documentos y catálogos. Pueden incluir otras instrucciones como, por ejemplo, referentes al transporte, la recepción y para después de un defecto. Pueden ser completadas por instrucciones particulares del usuario.

Condiciones ambientales normales Según la publicación CEI 947-1 se consideran condiciones normales, las siguientes: a) Altitud: < 2 . 0 0 0 m. Para altitudes superiores debe tenerse en cuenta la disminución de la rigidez dieléctrica y del poder refrigerante del aire. b) Temperatura del aire ambiente, en trabajo normal. - Valor máximo en 24 horas: < 4 0 °C - Valor medio en 24 horas: < 35 °C - Valor mínimo: > - 5 °C c) Temperatura del aire ambiente, en el transporte o almacenado. - De -25 °C a +55 °C - Hasta + 70 °C para períodos cortos que no excedan las 24 horas d) Humedad relativa del aire a + 4 0 °C: < 5 0 % . Pueden admitirse grados superiores de HR a temperaturas más bajas, por ejemplo, 9 0 % HR a 20 °C. Ante posible condensación ocasional por variación de temperatura pueden ser necesarias precauciones especiales.

43


ELÉCTRICA

Valores de la segunda cifra característica Grado de p r o t e c c i ó n del m a t e r i a l c o n t r a los e f e c t o s p e r j u d i c i a l e s debidos a la penet r a c i ó n del agua (tabía 3).

Grado de p r o t e c c i ó n

Cifra c a r a c t . 0

Ninguna protección

1

Protección contra la caída vertical de gotas de agua

2

Protección contra la caída vertical de gotas de agua estando la envolvente inclinada hasta 15 °C respecto a su posición normal

3

Protección contra lluvia. Dirección del agua formando un ángulo de hasta 60 °C con la vertical

4

Protección contra las proyecciones de agua. Agua salpicada procedente de cualquier dirección

5

Protección contra los chorros de agua. Agua proyectada mediante una manguera

6

Protección contra los golpes de mar

7

Protección contra los efectos de la inmersión. El agua penetrada durante 30 minutos no ha de ser perjudicial

8

Protección contra la inmersión prolongada. Ninguna penetración de agua

Tabla 3. • Grado de protección de la Letra

suplementaria

W (situada

después

de la segunda

cifra

característica)

segunda cifra

característica.

El m a t e r i a l así d e s i g n a d o puede usarse en c o n d i c i o n e s a t m o s f é r i c a s específicas habiéndose previsto m e d i d a s c o m p l e m e n t a r i a s de p r o t e c c i ó n .

Grado IP según aplicación (tabla 4). Condiciones e x t e r n a s o sensibilidad del e q u i p o i n t e r n o p u e d e n exigir grados de p r o t e c c i ó n s u p e r i o r e s (Fig. 13).

Figura 13. Envolvente protección (Catálogo

IP65

BOXEL).

44

A U T O M A T I S M O S Y C U A D R O S ELÉCTRI

Grado IP

Aplicación Armario o conjunto; caso general:

IP 2 x

Protección mínima, superficie horizontal superior de fácil acceso

IP 4 x

Armario ventilado que contiene resistencias de arranque y equipo grande

IP 22

Otro equipo

IP 33

Armario usado en taller mecánico o de transformados metálicos:

IP 43

Industria textil o trabajado de la madera

IP 54

Locales con limpieza por agua a presión

IP 55

Puntos a proteger contra entrada polvo fino

IP 65

Auxiliar de mando: En general

IP 54

Mando manual

IP 54

Lámpara de señal

IP 54

Detector de posición

IP 54

Presostato, termostato

IP 55

Cajas de bornes o de conexión: En general

IP 54

En electroimanes, electrofrenos, embragues, electroválvulas

IP 55

Canalizaciones externas

IP54

Motores

IP 44 Tabla 4. Grado IP según aplicación.

a

c o n d i c i o n e s de utilización de la a p a r a m e n t a s e g ú n su aplicación

Categoría de empleo Se denomina así al conjunto de prescripciones especificadas referentes a las condiciones en las que el aparato debe cumplir su cometido, elegidas para representar un grupo característico de aplicaciones prácticas. Las prescripciones especificadas pueden afectar a los poderes de cierre y de corte, y a otras características y condiciones de empleo y de comportamiento. Te mostramos en la Tabla 5, gue puedes ver en la página siguiente, algunos ejemplos de clasificación de la categoría de la aparamenta según su empleo.

Ejemplos de c a t e g o r í a de e m p l e o N a t u r a l e z a de la c o r r i e n t e

Alterna

Alterna y continua

Categoría AC-1

Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencias

AC-2

Motores de anillos: arranque de corte

AC-3

Motores de inducido de jaula de ardilla: arranque, corte de los motores en marcha

AC-4

Motores de inducido de jaula de ardilla: arranque, inversión de marcha (1), marcha a impulsos (2)

AC-5a

Mando de lámparas de descarga

AC-5b

Mando de lámparas de incandescencia

AC-6a

Mando de transformadores

AC-6b

Mando de baterías de condensadores

AC-7a

Cargas débilmente inductivas para aparatos domésticos y aplicaciones similares

AC-7b

Motores para aplicaciones domésticas

AC-8a

Mando de motores de compresores herméticos de refrigeración con rearme manual de los disparadores de sobrecarga

AC-8b

Mando de motores de compresores herméticos de refrigeración con rearme automático de los disparadores de sobrecarga

AC-12

Mando de cargas óhmicas y de cargas estáticas aisladas por fotoacoplador

AC-13

Mando de cargas estáticas aisladas por transformador

AC-14

Mando de débiles cargas electromagnéticas de electroimanes

AC-15

Mando de cargas electromagnéticas de electroimanes

AC-20

Cierre y apertura en vacío

AC-21

Cargas óhmicas, incluidas sobrecargas moderadas

AC-22

Cargas mixtas óhmicas, e inductivas, incluidas sobrecargas moderadas

AC-23

Cargas constituidas por motores u otras cargas f u e r t e m e n t e inductivas

A B

Continua

Aplicaciones características

Protección de los circuitos sin intensidad asignada de corta duración admisible Protección de los circuitos con intensidad asignada de corta duración admisible

DC-1

Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencias

DC-3

Motores shunt, arranque, inversión de marcha (1), marcha a impulsos (2), corte dinámico de motores

DC-5

Motores serie, arranque, inversión de marcha (1), marcha a impulsos (2), corte dinámico de motores

DC-6

Mando de lámparas de incandescencia

DC-12

Mando de cargas óhmicas y cargas estáticas aisladas por fotoacoplador

DC-13

Mando de electroimanes de corriente continua

DC-14

Mando de electroimanes de corriente continua que tienen resistencias de economía

DC-20

Cierre y apertura en vacío

DC-21

Cargas resistivas, incluidas sobrecargas moderadas

DC-22

Cargas mixtas resistivas e inductivas, incluidas sobrecargas moderadas (por ejemplo: motores shunt)

DC-23

Cargas fuertemente inductivas (por ejemplo: motores serie)

Tabla 5. Utilización de la aparamenta según su empleo. (I) Por inversión en marcha, se entiende el paro o la inversión rápida del sentido de rotación del rotor permutando las conexiones de alimentación del motor mientras éste gira. (2) Por marcha a impulsos, se entiende un mando caracterizado por uno o varios cierres breves y frecuentes del circuito del motor, con el fin de obtener pequeños desplazamientos del órgano

arrastrado.

UNIDAD 8


Cías! icación cíe k s apa atos o j e sus componentes por su función específica. - Aparato

de conexión:

A p a r a t o d e s t i n a d o a establecer y/o a i n t e r r u m p i r la

c o r r i e n t e en uno o varios c i r c u i t o s eléctricos. (En esta p a r t e un a p a r a t o de c o n e x i ó n se d e n o m i n a s i m p l e m e n t e aparato. Algunas veces t a m b i é n se le llama m a t e r i a l . )

Figura 14. Contactos principales de un interruptor POWER

(Catálogo CE

CONTROLS).

- Auxiliar

de mando:

A p a r a t o cuya f u n c i ó n es m a n d a r la m a n i o b r a de una apa-

r a m e n t a , incluida la señalización, e n c l a v a m l e n t o eléctrico. - Auxiliar

automático

de

mando

(automático

de

mando):

A u x i l i a r de m a n d o no m a n u a l , a c c i o n a d o en respuesta a las c o n d i c i o n e s especificadas

de una m a g n i t u d

de acción

tal

como, la presión, la t e m p e r a t u r a , el nivel de un líquido, la posición de un objeto, el t i e m p o t r a n s c u r r i d o , el n ú m e r o de eventos, etc. - Circuito

principal

(de un aparato): C o n j u n t o de piezas c o n d u c -

t o r a s de un a p a r a t o incluidas en el c i r c u i t o que el a p a r a t o t i e n e la f u n c i ó n de c e r r a r o a b r i r ( - Circuito

de mando

).

(de un aparato): C o n j u n t o de piezas c o n d u c t o r a s de un

aparato, o t r a s que las del c i r c u i t o principal, incluidas en el c i r c u i t o e m p l e a d o para m a n d a r la m a n i o b r a de cierre, la de a p e r t u r a o ambas. Figura 15. Contactos auxiliares (Catálogo 96 MERLIN GERIN).

- Circuito

auxiliar

(de un aparato): C o n j u n t o de piezas c o n d u c t o r a s de un apa-

rato, destinadas a f o r m a r p a r t e de un c i r c u i t o d i s t i n t o del c i r c u i t o principal o de los c i r c u i t o s de m a n d o del a p a r a t o ( - Contacto

g. 15).

(de un aparato): Piezas c o n d u c t o r a s destinadas a establecer la con-

t i n u i d a d de un c i r c u i t o c u a n d o se tocan, y que, por su m o v i m i e n t o r e l a t i v o d u r a n t e una m a n i o b r a , abren o c i e r r a n un circuito. - Pieza de contacto: - Cabeza de contacto:

Una de las piezas c o n d u c t o r a s que f o r m a n un c o n t a c t o . Parte de una pieza de c o n t a c t o que es la que p r o p i a m e n -

te establece o corta el contacto. También se d e n o m i n a s i m p l e m e n t e c o n t a c t o . - Contacto

de arco:

C o n t a c t o previsto para que en él se establezca el arco.

Cuando t i e n e c o m o fin p r o t e g e r c o n t r a d e t e r i o r o a o t r o c o n t a c t o , abre después y cierra antes que este o t r o c o n t a c t o . - Contacto

de cierre

( c o n t a c t o a b i e r t o , c o n t a c t o " a " ) : C o n t a c t o de m a n d o o

auxiliar que está c e r r a d o c u a n d o los c o n t a c t o s principales están cerrados, y que está a b i e r t o c u a n d o los c o n t a c t o s principales están abiertos. (Para que este c o n c e p t o sea c o h e r e n t e con su d e n o m i n a c i ó n parece que la CEI consi-

47


ELÉCTRICA

dera que las posiciones de los c o n t a c t o s principales a b i e r t o s o c e r r a d o s c o r r e s p o n d e n r e s p e c t i v a m e n t e a a p a r a t o en reposo o a a p a r a t o activado. En la p r á c t i c a n o r m a l m e n t e es así, pero se da alguna excepción.) Contacto

de apertura

( c o n t a c t o cerrado, c o n t a c t o " b " ) : C o n t a c t o de m a n d o o

auxiliar que está a b i e r t o c u a n d o los c o n t a c t o s principales están cerrados, y que está c e r r a d o c u a n d o los c o n t a c t o s principales están a b i e r t o s . (Para que este c o n c e p t o sea c o h e r e n t e con su d e n o m i n a c i ó n parece q u e la CEI considera que las posiciones de los c o n t a c t o s principales a b i e r t o s o c e r r a d o s c o r r e s p o n d e n r e s p e c t i v a m e n t e a a p a r a t o en reposo o a a p a r a t o a c t i v a d o . En la p r á c t i c a n o r m a l m e n t e es así, pero se da alguna excepción.) Relé A p a r a t o d e s t i n a d o a p r o d u c i r m o d i f i c a c i o n e s r e p e n t i n a s p r e d e t e r m i n a das en uno o varios c i r c u i t o s de salida c u a n d o se c u m p l e n c i e r t a s condiciones en los c i r c u i t o s de e n t r a d a ( - i g . 16). Disparador.

Dispositivo que libera los ó r g a n o s de r e t e n c i ó n de un a p a r a t o

p e r m i t i e n d o o p r o v o c a n d o la a p e r t u r a o c i e r r e del a p a r a t o (Fig. 17). Un dispa-

Figura 16.

rador puede ser de m a n i o b r a i n s t a n t á n e a , diferida, d e p e n d i e n t e , de t i e m p o

Relé de disparo (Catálogo 96

inverso, t é r m i c o , m a g n é t i c o , etc. Elemento

de mando:

MERLIN GERIN).

Parte de un m e c a n i s m o t r a n s m i s o r a la gue se aplica el

e s f u e r z o e x t e r i o r de m a n i o b r a . Puede t e n e r la f o r m a de palanca, e m p u ñ a d u ra, b o t ó n , rueda, etc. Enclavamienta

Dispositivo que s u b o r d i n a el f u n c i o n a m i e n t o de un a p a r a t o a

la c o n e x i ó n , a la posición, o al f u n c i o n a m i e n t o de uno o varios e l e m e n t o s del e q u i p o (Fig, 18).

Figura 17. Figura 18. Enclavamiento.

Disparador (Catálogo 96 MERLIN GERIN).

48

UNIDAD 8


• Borne: Parte conductora de un aparato prevista para la conexión eléctrica a circuitos exteriores. Una vez montado el aparato y abierta la envolvente, los bornes deben quedar fácilmente accesibles y deben disponer de suficiente espacio para un cómodo embornado. Los bornes, al igual que las otras partes activas accesibles, deben estar cubiertos de manera que impidan al personal de servicio el choque eléctrico por contacto accidental no intencionado (Fig. 19). Borne de tierra

de protección:

Es el que permite realizar la puesta a

tierra del aparato o envolvente en sus partes metálicas y debe ser fácilmente accesible. La unión material a la toma de tierra o al conductor de protección se mantendrá cuando se quite la tapa o cualquier otra parte amovible. Debe estar adecuadamente protegido contra la corroFigura 19.

sión. No tendrá otra función que la suya propia, excepto cuando se

Bornes de conexión a

conecta a un conductor PEN. En este caso, cumplirá también la función

interruptor.

de borne de neutro. Estará identificado de forma clara y permanente por los siguientes distintivos:

b) La anotación

PE o PEN o, en el caso de PEN, por el

símbolo.

Maniobras Entendemos por maniobra

la acción manual o automática que permite la conexión

de un aparato y de la que daremos las siguientes definiciones: - Maniobra

de un aparato:

Paso de uno o varios contactos del aparato, de una

posición a otra adyacente. - Ciclo de maniobras:

Sucesión de maniobras de una a otra posición, pasando

por todas las posiciones intermedias, y con retorno a la posición inicial. - Secuencia

de maniobras?. Sucesión de maniobras especificadas efectuadas

con intervalos de tiempo especificados. - Maniobra

de cierre: Maniobra por la cual se hace pasar el aparato de la posi-

ción "abierto" a la posición "cerrado".

49


- Maniobra

de apertura:

ELÉCTRICA

Maniobra por la cual se hace pasar el aparato de la

posición "cerrado" a la posición "abierto". - Enclavamiento:

Dispositivo que condiciona la posibilidad de funcionamiento

de un aparato a la posición o al funcionamiento de uno a varios de los otros elementos del equipo. - Maniobra

manual

dependiente:

Maniobra efectuada por medio de energía

manual aplicada directamente, de manera que la velocidad y la fuerza de la maniobra dependa de la acción del operador. - Maniobra

con acumulación

de energía:

Maniobra efectuada por medio de

energía previamente almacenada y suficiente para completar la maniobra en condiciones predeterminadas.

Este tipo de maniobra se puede subdividir según los siguientes factores: a) La forma de acumulación de la energía (resorte, peso, etc.). b) El origen de la energía (manual, eléctrico, etc.). c) El modo de liberación de la energía (manual, eléctrico, etc.).

- Maniobra

manual independiente:

Maniobra con acumulación de energía, en

la cual la energía proviene de energía manual acumulada y es liberada en un punto de la misma maniobra, de manera que la velocidad y la fuerza de operación son independientes de la acción del operador. - Mando manual:

Mando de una maniobra efectuado por actuación de una

parte del cuerpo (mano, pie, etc.). - Mando

automático:

Mando de una maniobra efectuado sin intervención

humana, cuando se producen unas condiciones determinadas (nivel, posición, presión, proximidad, temperatura, tiempo, velocidad, número de eventos, etc.). - Mando directo: Mando de una maniobra efectuado a partir de un punto situado sobre el mismo aparato o en su proximidad inmediata. - Mando a distancia:

Mando de una maniobra efectuado a partir de un punto

alejado del aparato.

50

E: i e m en t o s au xi I i are s - Relé o disparador.

Dispositivo que provoca la apertura (disparo) de un apara-

to cuando se cumplen unas condiciones predeterminadas en el circuito o en la aplicación. - Relé o disparador

instantánea

Relé o disparador que funciona sin retardo

intencionado. - Relé o disparador

con retardo

independiente:

Relé o disparador que funcio-

na con un retardo definido, que puede ser regulable, pero que es independiente del valor de la condición de disparo. - Relé o disparador

de tiempo

inverso:

Relé o disparador que funciona con un

retardo que varía en razón inversa al valor de la condición de disparo. - Disparo libre: Modalidad de maniobra en la que, después de iniciado el cierre del aparato, si se produce a u t o m á t i c a m e n t e la orden de desconexión, esta orden prevalece sobre la orden de cierre aunque se mantenga. - Valor de ajuste (de un relé o disparador): Valor al cual se refieren las características de f u n c i o n a m i e n t o y para el cual está ajustado el relé o el disparador. (Un relé o disparador puede tener más de un valor de ajuste fijados por una escala, elementos intercambiables, etc.). - Valor de funcionamiento

(de un relé o disparador): Valor a partir, o más allá

del cual, el relé o el disparador funcionará.

| 2 | Tipos d e servicio Entendemos por servicio el t i e m p o en que los contactos del aparato permanecen cerrados y su repetición a lo largo del tiempo. - Servicio

de 8 horas:

El aparato es recorrido por una corriente constante

durante un tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio térmico, pero que no exceda de 8 horas sin interrupción (Fig. 2 0 ) . - Servicio

ininterrumpido

(permanente, continuo): El aparato es recorrido por

una c o r r i e n t e c o n s t a n t e , sin i n t e r r u p c i ó n , d u r a n t e períodos s u p e r i o r e s a 8 horas (semanas, meses, incluso años) (Fíg. 21).


ELÉCTRICA

e) Humedad relativa del aire a +20 °C: < 9 0 % . f) Grado de polución ambiental. Para ambientes industriales: 3. Para ambientes domésticos o similares: 2. Cualquier desviación con respecto a estos límites requiere el acuerdo del fabricante o la compensación correspondiente, como, por ejemplo, mayor ventilación, mejora de la envolvente, etc.

¡ E l Condiciones fuera de los valores normales Requieren acuerdo expreso entre fabricante y usuario. Se considera acuerdo las condiciones que figuran en los catálogos del fabricante.

f l f l Límites d e obligado funcionamiento a) Maniobra por fuente de energía exterior. - Tensión de conexión: valor asignado Us (tanto a - 5 °C como a + 4 0 °C). +10% -15% - Tensión de desconexión a -5°C - menor o igual a 0,75 Us - mayor o igual a 0,20 Us en c. alterna - mayor o igual a 0,10 Us en c. continua b) Relés y disparadores de tensión mínima. - Tensión de disparo: menor o igual a 0,75 Us, mayor o igual a 0,35 Us

53

UNIDAD 8


- Reposición i m p e d i d a a: m e n o r o igual a 0,35 Us - Reposición p e r m i t i d a a: m a y o r o igual a 0 , 8 5 Us c) Relé de t e n s i ó n nula. - Tensión de disparo: m e n o r o igual a 0,35 Us, m a y o r o igual a 0,10 Us d) Disparador s h u n t . - Tensión de disparo: Us + 10%, - 3 0 % .

Secciones normales de los c o n d u c t o r e s r e d o n d o s de c o b r e (tabla 7) Secciones n o r m a l e s de los c o n d u c t o r e s r e d o n d o s de c o b r e Práctica europea y sección (mm 2 ) (1)

Práctica a m e r i c a n a A W G / M C M (2) Tamaño

0,2

Tabla 7.

Sección e q u i v a l e n t e ( m m 2 )

24

0,205

-

22

0,324

0,5

20

0,519

1

18

0,82

1,5

-

-

2,5

16

1,3

4

12

3,3

6

10

5,3

10

8

8,4

16

6

13,3

25

4

21,2

35

2

33,6

50

0

53,5

70

00

67,4

95

000

85

-

0000

107,2

120

2 5 0 MCM

127

150

3 0 0 MCM

152

185

3 5 0 MCM

177

de pulgada de diámetro;

240

5 0 0 MCM

253

I MCM: mil Circular Mils.

300

6 0 0 MVM

304

Secciones

normales

de los conductores

redondos

de cobre. (I) Sistema métrico, de la ISO. (2) A WG, American

Wire

Gauge; MCM, Mille Circular Mils; 1 Circular Miis: área de un círculo de una milésima

54


ELÉCTRICA

La aparamenta se puede clasificar por diferentes conceptos. Existe una clasificación básica general, según el nivel de tensión de servicio, es decir, aquella tensión a la que está sometido permanentemente el aparato. Se considera baja tensión hasta los 1.000 V. Desde 1.000 hasta 7 2 . 5 0 0 V se considera media tensión, y desde 7 2 . 5 0 0 hasta 3 8 0 . 0 0 0 V, alta tensión. En este curso solamente estudiaremos la aparamenta de baja tensión. Los criterios de clasificación de la aparamenta son los siguientes: - Por tipo de corriente: alterna y continua. - Por condiciones externas de aplicación: para exterior, para interior o para otras condiciones ambientales. - Por el medio de corte de la corriente: en aceite, al aire, en gas, al vacío. - Por el tipo de accionamiento: manual y automática. - Por el tipo de montaje y conexionado: inamovible, amovible y enchufable. - Por el poder de maniobra: sin carga, con carga moderada, con carga nominal y con sobrecarga moderada. Con fuerte sobrecarga, bajo cortocircuito. - Según la función o empleo. La aparamenta se instala normalmente en lo que genéricamente se denomina envolventes, es decir, armarios o cajas para proteger la aparamenta de condiciones ambientales adversas o como protección para las personas contra contactos directos. Se clasifica según el grado de protección requerido. También podemos definir la aparamenta en función de su aplicación, y así tendremos las categorías de empleo según las aplicaciones características. Otra clasificación de los aparatos que constituyen la aparamenta se basa en su función específica y, por último, en las maniobras que vaya a realizar cada aparato.

55

Los elementos auxiliares son aquellos que f o r m a n parte de los aparatos, están integrados en ellos y realizan funciones específicas. Los tiempos de servicio definen la duración de f u n c i o n a m i e n t o de los aparatos. Todas las características de los aparatos vienen definidas por unas iniciales identificativas que se reflejan en la lista alfabética de las características. Otros aspectos que se deben contemplar en la utilización de la aparamenta son los siguientes: - Instrucciones de instalación, f u n c i o n a m i e n t o y mantenimiento. - Condiciones ambientales normales. - Condiciones fuera de los valores normales. - Límites obligados de funcionamiento. - Secciones normales de los conductores de cobre.


ELÉCTRICA

Ejercicios d e a u t o c o m p r o b a c i ó n Rodea con un círculo la Vsi cada una de las siguientes afirmaciones


falsa. . La aparamenta de baja tensión se define como la que llega a 5 0 0 V.

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

. El grado de protección IP00 Indica ninguna protección contra la entrada de objetos sólidos pero protección contra el agua. . El grado de protección IP55 Indica protección contra chorros de agua y contra entrada de polvo. . La categoría de empleo AC-4 se utiliza para la conexión de motores de inducido de jaula de ardilla. . Los contactos auxiliares de un interruptor están incorporados en el mismo aparato. . Los bornes de un interruptor son elementos Internos del mismo sin conexión con el exterior. . La aparamenta en general puede funcionar a cualquier altitud; solamente influyen las condiciones de ventilación del local. . La desconexión a distancia de un interruptor mediante un pulsador se puede catalogar dentro de lo que se conoce como "mando automático". . El circuito principal de un interruptor es aquel por el que circula su Intensidad nominal. . Un seccionador es un aparato destinado a interrumpir el paso de la corriente en un circuito sin carga. Compara errores,

tus respuestas





tu

cometido

estudio.

57

UNIDAD 8


DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN Todos los equipos de mando y control d e b e n incluir las p r o t e c c i o n e s n e c e s a r i a s q u e s e e s t a b l e c e n en los correspondientes reglamentos. Es habitual que el equipamiento eléctrico (máquinas, instalaciones, etc.) esté sometido a unas condiciones de trabajo para las que no ha sido proyectado, por lo que resulta necesario protegerlo, con el objeto de evitar fallos en el funcionamiento y reducir al máximo posibles averías. El o b j e t i v o es reducir o evitar fallos en su f u n c i o n a m i e n t o , a s í c o m o las posibles averías. Con el m i s m o o b j e t i v o el R e g l a m e n t o E l e c t r o t é c n i c o de Baja Tensión (RBT) establece en la I n s t r u c c i ó n ITC-BT-22 que " t o d o c i r c u i t o debe estar p r o t e g i d o c o n t r a los d e f e c t o s de las s o b r e i n t e n s i d a d e s q u e se p u e d a n p r e s e n t a r en el m i s m o " . En este capítulo e s t u d i a r e m o s los d i f e r e n t e s t i p o s de relés, de i n t e r r u p t o r e s y de seccionadores, de m o d o que puedas ver en su t o t a l i d a d los c o n c e p t o s que se refieren a este a p a r t a d o del curso (Fig. 1).

Conceptos generales

Figura 1. Diferentes tipos de diferenciales con rearme y magnetotérmicos Gewiss.

58

de la firma

La sobreintensidades

la i n t e n s i d a d s u p e r i o r a la n o m i n a l ; a su vez, puede p r o d u c i r

una sobrecarga o un c o r t o c i r c u i t o .

D I S P O S I T I V O S DE P R O T E C C I Ó N

Una sobrecarga

es un aumento del consumo de corriente que sobrepasa la corrien-

te nominal. Si dicha sobrecarga es permanente, se considera no admisible y es necesario anularla. Si es sobrecarga de corta duración (por ejemplo, arranques de motores), se considera una sobreintensidad admisible y no es necesario eliminarla. El cortocircuito

es la conexión de dos o más puntos del circuito activo a través de

una impedancia de valor despreciable, superando considerablemente la Intensidad nominal (tres veces la intensidad nominal). Se ha de eliminar este tipo de avería en un tiempo inferior a los 5 segundos. Además, el RBT especifica en la Instrucción ITC-BT-22 que las instalaciones deben estar dotadas de sistemas de protección contra contactos El contacto

directo

directos

e

indirectos.

es el que tiene lugar entre personas y partes activas de los

materiales de las instalaciones. El contacto

indirecto

es el de personas con masas puestas accidentalmente bajo

tensión; por ejemplo, tocar las carcasas de las máquinas eléctricas. Las protecciones pueden consistir en lo siguiente: Contra

sobrecargas

- Fusibles de características y calibre adecuados. - Interruptores automáticos. Contra

cortocircuitos

- Fusibles de características y calibre adecuados. - Interruptores automáticos con sistema de disparo electromagnético. - Seccionadores portafusibles Contra contactos

directos

- Impedimento por distancia de contactos fortuitos de partes activas de la instalación. - Colocación de obstáculos que Impidan el contacto accidental con partes activas de la instalación. - Recubrimientos con aislantes de las partes activas de la instalación. - Barreras o envolventes.

59

Contra contactos

indirectos,

en el RBT se prescriben las siguientes protecciones:

- Separar los circuitos a través de transformadores o grupos convertidores. - Uso de pequeñas tensiones de seguridad: 24 V si los locales son húmedos y 5 0 V si se trata de locales secos. - Recubrimiento de las masas con aislamientos. - Conexiones equipotenciales; se trata de unir todas las masas de la instalación. - Protección por corte automático de la alimentación. - Protección por empleo de equipos de la clase II, o por aislamiento equivalente. - Separación de las masas accesibles y las partes activas mediante aislamientos. La protección contra contactos indirectos más usada es la que combina la puesta a tierra de las masas con un dispositivo de corte por intensidad de defectos: interruptor diferencial. Otras perturbaciones

contra las que se han de tomar, en general, medidas de pro-

tección son: - Sobretensiones, mediante relé de protección contra sobretensiones. - Subtensiones, mediante relé de protección contra subtensiones. - Fallo de fase en los motores eléctricos, mediante relé de protección contra interrupción de fases. - Aceleraciones y desaceleraciones demasiado rápidas, por relé tacométrico. A continuación se estudiarán todos los sistemas de protección mencionados, con la excepción de los cortacircuitos fusibles, tratados anteriormente en las unidades de electrotecnia. Al igual que los sistemas de protección por puesta a tierra de las masas, estudiados en el tema: Medidas de resistencias y puesta a tierra. En la tabla t adjunta se indican las posibles perturbaciones y su correspondiente dispositivo de protección.


PERTURBACIONES Y DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN Perturbación

Dispositivo de protección

Sobrecargas

Relés térmicos Interruptores electromagnéticos Interruptores magnetotérmicos

Cortocircuitos

Fusibles Interruptores electromagnéticos

Protección contra contactos indirectos

Puesta a tierra de las masas con Interruptor magnetotérmico Puesta a tierra de las masas con interruptor diferencial

Aceleraciones y desaceleraciones rápidas

Relé de control tacométrico

Fallo de fases

Relé de fallo de fase

Sobretensiones

Relé de máxima tensión

Subtensiones

Relé de mínima tensión Tabla 1.

I U Dispositivos de protección

Perturbaciones y dispositivos de protección.

Relé térmico El relé térmico

es un dispositivo de protección con capacidad para detectar las

intensidades no admisibles, que no interviene cuando éstas son admisibles. Por sí solo no es capaz de eliminar la avería, necesita otro elemento que realice la desconexión (el contactor); el principio de funcionamiento se basa en la dilatación que experimenta un bimetal. Básicamente se compone de (Fig. 2):

Figura 2. Constitución de un relé térmico.

Bimetal. Carrera de desconexión OS

• Reglllla de baquelita. • Contactos auxiliares. Botón de rearme. Tornillo

de

regula-

ción. Soporte o estructura

Botón de rearme

del aparato.

61

UNIDAD 8


Clasificación - Tripolares,

utilizados en la protección de receptores trifásicos.

- Tripolares

diferenciales,

- Tripolares

compensados,

capaces además de detectar el fallo de una fase. insensibles además a las variaciones de temperatu-

ra ambiente. Simbología

y

referenciado

- Los contactos principales (bimetales) se referencian con una sola cifra del 1 al 6, entradas impares, salidas pares. - Los contactos auxiliares normalmente abiertos (NA), con 97 y 98; los normalmente cerrados (NC), con 9 5 y 96. Elección

de un relé

térmico

Para la correcta elección de un relé térmico, se necesitan conocer las siguientes características del receptor: - Tiempo máximo que puede soportar una sobreintensidad no admisible sin quedar fuera de servicio, lo que implica elegir la clase de disparo del relé térmico; la clase de disparo establece el tiempo máximo de intervención del relé térmico en función de la corriente que lo atraviesa (Tabla 2).

Clase de Relé Relés

Tiempo de disparo 1,5 Ir

Tabla 2.

7,2 Ir j

Clases de relés térmicos y

10 A

tiempos de disparo.

- Corriente

<2

min

2

"10

s

1q

<4min

4 -10 S

20

< 8 min

6 - 20 s

30

<12 min

9 - 30 s

de servicio

(Is), es la que consume en condiciones nominales. Para

poder elegir la corriente del térmico (Ir), la corriente de servicio debe estar incluida dentro de un margen, tal como se indica en la tabla 3. Los pasos a seguir para la elección son los siguientes: - Se determina la clase de disparo más adecuada (tabla 2).

62


Clase M a r g e n Ir Clase M a r g e n Ir

10 A 0,10

0,16

0,26

0,40

0,63

1

1,25

0,16

0,25

0,40

0,63

1

1,6

2

2,5

4

5,5

7

9

12

17

4

6

8

10

13

18

25

20 A

- P o s t e r i o r m e n t e se elige el m a r g e n de r e g u l a c i ó n de la c o r r i e n t e del t é r m i c o para la c o r r i e n t e del t é r m i c o elegida.

Tabla3. Margen de la corriente de servicio.

Los f a b r i c a n t e s suelen a d j u n t a r una i n f o r m a c i ó n técnica en la que se r e p r e s e n t a la c o r r i e n t e del t é r m i c o Ir en f u n c i ó n del t i e m p o t.

Relé electromagnético Son relés q u e p r o t e g e n c o n t r a s o b r e c a r g a s de gran e n v e r g a d u r a , t a m b i é n se les d e n o m i n a i n t e r r u p t o r e s e l e c t r o m a g n é t i c o s ; son capaces de p r o t e g e r c o n t r a c o r t o circuitos si están asociados con un c o n t a c t o r c u y o poder de c o r t e sea suficiente. Se deben usar en los casos que no es posible el e m p l e o de relés t é r m i c o s clásicos; por ejemplo, c u a n d o se t r a t a de p r o t e g e r m o t o r e s con a r r a n q u e s m u y f r e c u e n t e s , en s i t u a c i o n e s de v a r i a c i o n e s bruscas de par resistente, etc. Están c o m p u e s t o s de una bobina con su r e s p e c t i v o n ú c l e o por la que pasa toda la c o r r i e n t e de carga (Fig. 3). La bobina se calcula para que realice la desconexión con una i n t e n s i d a d de c o r r i e n t e d e t e r m i n a d a , en ese m o m e n t o la bobina p r o d u c e una f u e r z a m a g n é t i c a s u f i c i e n t e para a t r a e r una a r m a d u r a m ó v i l que, m e d i a n t e una serie de m e c a n i s m o s , provoca la d e s c o n e x i ó n de los c o n t a c t o r e s , d i s y u n t o r e s , etc.; i n t e r v i e n e n c u a n d o la c o r r i e n t e d e c o r t o c i r c u i t o e s t á c o m p r e n d i d a e n t r e 6 y 10 veces la c o r r i e n t e n o m i n a l en un t i e m p o del o r d e n de pocos milisegundos.

CERRADO

Contactos: y móvil

Por la intervención del relé t é r m i c o (sobrecarga)

Figuras. Constitución de un automático

interruptor

magnetotérmico.

P o r la i n t e r v e n c i ó n del relé e l e c t r o m a g n é t i c o (cortocircuito)

Pulsador de cierre

Mecanismo del gatillo Reié térmico (lámina bimetálica)

ABIERTO

Pulsador de apertura

63

UNIDAD 8


Se utilizan sobre t o d o c u a n d o la puesta en t e n s i ó n del a p a r a t o que se debe proteger no está a c o m p a ñ a d a de p u n t a s de c o r r i e n t e y para la p r o t e c c i ó n c o n t r a sobrecargas elevadas que se p r o d u c e n en un c o r t o espacio de t i e m p o .

interruptor magnetotérmíco También llamados interruptores

automáticos

magnetotérmicos,

son dispositivos

que t i e n e n la capacidad de c o r t a r ( p r i m e r o d e t e c t a n y p o s t e r i o r m e n t e e l i m i n a n ) las s o b r e i n t e n s i d a d e s no admisibles y los c o r t o c i r c u i t o s . Si la s o b r e i n t e n s i d a d es admisible, no c o r t a n el c i r c u i t o (por ejemplo, a r r a n q u e s de m o t o r e s ) . Su estado de reposo es con los c o n t a c t o s cerrados, por lo que no se debe usar c o m o dispositivo de maniobra. Reúnen en un solo d i s p o s i t i v o las características de los t é r m i c o s y de los relés elect r o m a g n é t i c o s y, por lo t a n t o , d i s p o n e de dos f o r m a s de f u n c i o n a m i e n t o . Su f u n c i o n a m i e n t o y c o n s t i t u c i ó n se detallan en la f i g u r a 3. Figura 4. Detalle interno de un interruptor

automático

- Desconexión

por cortocircuito;

a c t ú a por p r i n c i p i o de f u n c i o n a m i e n t o mag-

nético. Una bobina m a g n é t i c a (Fig. 3c) se encarga de a b r i r el c o n t a c t o m ó v i l

magnetotérmíco

si la c o r r i e n t e que atraviesa el i n t e r r u p t o r a u t o m á t i c o supera la i n t e n s i d a d

(catálogo ABB).

n o m i n a l varias veces. A b r e i n s t a n t á n e a m e n t e en un t i e m p o i n f e r i o r a 5 ms. - Desconexión

Elemento

térmico

(Bimetal)

por sobrecarga]

en este caso actúa por princi-

pio de f u n c i o n a m i e n t o t é r m i c o . Un b i m e t a l de la f o r m a indicada en la f i g u r a 3 b se encarga de a b r i r el c o n t a c t o m ó v i l si la c o r r i e n t e que atraviesa el i n t e r r u p t o r a u t o m á t i c o es superior a la c o r r i e n t e n o m i n a l . El t i e m p o de a p e r t u r a del c o n t a c t o será en f u n c i ó n de la c o r r i e n t e que lo atraviesa. La p r o t e c c i ó n por s o b r e c a r g a ( t é r m i c a ) podría a c t u a r con intensidades s u p e r i o r e s a las indicadas, pero en dichos límites a c t ú a la p r o t e c c i ó n por c o r t o c i r c u i t o ( e l e c t r o m a g n é t i c a ) , que es de disparo i n s t a n t á n e o , m i e n t r a s que la p r o t e c c i ó n por s o b r e c a r g a es de f u n c i o n a m i e n t o más lento (Tabla 4 ) . Una serie de bornes de conexión, palancas, t r i n q u e t e s , c o n t a c tos fijos y móviles, c á m a r a s de e x t i n c i ó n del arco e l é c t r i c o y m e c a n i s m o s de a p e r t u r a y c o n e x i ó n c o m p l e t a n el d i s p o s i t i v o i n t e r r u p t o r m a g n e t o t é r m í c o (Figs. 4 y 5). Las dos f o r m a s de f u n c i o n a m i e n t o de los m a g n e t o t é r m i c o s dan lugar a una curva de d i s p a r o que se indica en la f i g u r a 6. En la m i s m a f i g u r a se aprecia el a s p e c t o de un i n t e r r u p t o r m a g n e t o t é r m i c o y su e s q u e m a de c o n e x i o n a d o . Hasta una i n t e n s i d a d

Elemento

electromagnético

(Bobina arrollada a un electroimán)

cercana a 11 veces la Intensidad n o m i n a l , el d i s p o s i t i v o actúa por sobrecarga; a p a r t i r de esa intensidad, la a c t u a c i ó n se p r o d u c e por c o r t o c i r c u i t o .

64

D I S P O S I T I V O S DE

Figura 5

Figura 6

A 1,5 x ln dispara por sobrecarga a los 2 minutos

PROTECCIÓN

,5 2 x intensidad nominal

Figura 5. Sección de fases o polares

C o n d u c t o r de p r o t e c c i ó n

S<16

S*

16 < S < 35

16

S > 35

Interruptores

automáticos de

caja moldeada (Catálogo

ABB).


S/2

automático

magnetotérmico,

curva de

disparo y esquema de conexión Tabla 4.

(Catálogo

Sección del conductor de protección.

MOELLER.

* Mínimo de 2,5 mm2, si no forman parte de la canalización y tienen protección mecánica y 4 mm2, si no forman parte de la canalización y no tienen protección

KLOCKNER Informaciones Técnicas).

mecánica.

Interruptor diferencial Son dispositivos de p r o t e c c i ó n capaces de d e t e c t a r y e l i m i n a r por sí solos fallos de a i s l a m i e n t o al acusar corrientes ne la corriente

de defecto

de defecto.

c o m o : corriente

El RBT en la I n s t r u c c i ó n ITC-BT-01 defique circula

debido

a un defecto

de aisla-

miento. Una c o r r i e n t e de d e f e c t o t i e n e lugar al p r o d u c i r s e un fallo en el a i s l a m i e n t o e n t r e las partes activas

de la instalación ( c o n d u c t o r e s ) y las no activas,

carcasas de los

r e c e p t o r e s al unirlas a una puesta a t i e r r a . Se e n t i e n d e por puesta a t i e r r a la p a r t e de la instalación eléctrica que se encarga de d e r i v a r las c o r r i e n t e s de d e f e c t o que se p r o d u c e n en caso de una avería por d e f e c t o de a i s l a m i e n t o ; el valor de la resistencia de puesta a t i e r r a será s i e m p r e i n f e r i o r a 3 7 f i .

65

UNIDAD 8


Se puede calcular el valor de la resistencia de t o m a de t i e r r a m e d i a n t e la s i g u i e n t e relación:

RT
a) Constitución de un interruptor

diferencial. I s e s la c o r r i e n t e de sensibilidad a p a r t i r de la cual el I n t e r r u p t o r d i f e r e n c i a l debe a b r i r i n m e d i a t a m e n t e .

b) Principio de funcionamiento de un interruptor

diferencial

(MERLIN GUERIN).

Su c o n s t i t u c i ó n y p r i n c i p i o de f u n c i o n a m i e n t o es el s i g u i e n t e (Fig. 7):

R Resistencia del dispositivo de prueba

b

\ 4- Disparo: interruptor diferencial

3 S Actúa mecanismo de disparo: sí Id > sensibilidad

Pulsador de prueba 1 9 Detección: núcleo toroidal

2- Medida: relé de disparo

a los receptores

Si el f u n c i o n a m i e n t o es n o r m a l , es decir, si no existe n i n g ú n d e f e c t o de a i s l a m i e n t o en la instalación, la c o r r i e n t e que e n t r a a un r e c e p t o r es igual a la q u e sale; por t a n t o , la s u m a v e c t o r i a l de las c o r r i e n t e s de cada línea resulta nula, y los flujos magnéticos q u e se g e n e r a n en el t o r o t r a n s f o r m a d o r de i n t e n s i d a d t o r o i d a l (T) de los d e v a n a d o s c o r r e s p o n d i e n t e s a los c o n d u c t o r e s activos son iguales. En el s u p u e s t o de que exista un fallo de a i s l a m i e n t o , habrá una d e r i v a c i ó n a masa y se p r o d u c i r á un d e s e q u i l i b r i o e n t r e las c o r r i e n t e s ; en este caso, la suma de las c o r r i e n t e s no será nula, d a n d o lugar a una c o r r i e n t e de d e f e c t o Id, y los flujos mag-

66

DISPOSITIVOS DE

PROTECCIÓN

néticos q u e se g e n e r a n c o r r e s p o n d i e n t e s a los c o n d u c t o r e s activos no serán ¡guales, d a n d o lugar a un f l u j o r e s u l t a n t e ; éste i n d u c i r á una f u e r z a e l e c t r o m o t r i z en el tíwariatio

D, \a cual excrtará u n a b o b i n a que m a n d a e) d i s p o s i t i v o de a p e r t u r a del

i n t e r r u p t o r . Lo m i s m o o c u r r e si una persona toca i n v o l u n t a r i a m e n t e alguna p a r t e bajo t e n s i ó n . En c u a l q u i e r caso, el i n t e r r u p t o r con d i s p o s i t i v o diferencial a c t u a r á a b r i e n d o el c i r c u i t o . El i n t e r r u p t o r con d i s p o s i t i v o d i f e r e n c i a l está í n t i m a m e n t e r e l a c i o n a d o con la instalación de puesta a t i e r r a , p u d i é n d o s e a d o p t a r valores de resistencia a t i e r r a más elevados gracias al uso de i n t e r r u p t o r e s diferenciales. Se d e b e n d i s t i n g u i r e n t r e i n t e r r u p t o r e s d i f e r e n c i a l e s de alta sensibilidad, q u e son los que i n t e r v i e n e n con una i n t e n s i d a d de d e f e c t o igual o i n f e r i o r a 3 0 m A , y de baja sensibilidad, que se f a b r i c a n de las sensibilidades: 0,1 - 0,3 - 0,5 - 1A.

Relé de máxima tensión En general, es una p r o t e c c i ó n poco c o r r i e n t e , ya que las t e n s i o n e s s u p e r i o r e s a la n o m i n a l no son m u y

L1

L2

L3

P

N

usuales. No o b s t a n t e , es posible que se p r o d u z c a n por m a n i o b r a s e r r ó n e a s en las s u b e s t a c i o n e s y cent r o s de t r a n s f o r m a c i ó n de las c o m p a ñ í a s s u m i n i s t r a doras de energía e l é c t r i c a . El f u n c i o n a m i e n t o es el siguiente: en el caso de existir una sobretensión, tal como se observa en la figura 8, la c o r r i e n t e en la bobina del relé será s u f i c i e n t e m e n te elevada para a t r a e r el c o n t a c t o a b i e r t o , q u e al cerrarse el c i r c u i t o de la bobina del d i s y u n t o r descon e c t a r á la red (que en la f i g u r a es t r i f á s i c a ) . Los c o n t a c t o s del d i s y u n t o r p e r m a n e c e r á n a b i e r t o s m i e n t r a s d u r e la s o b r e t e n s i ó n , y se v o l v e r á n a conect a r a u t o m á t i c a m e n t e c u a n d o la t e n s i ó n sea n o r m a l .

Carga

Hay q u e t e n e r en c u e n t a que en a l g u n o s t i p o s de f u n c i o n a m i e n t o puede ser un i n c o n v e n i e n t e que se produzca la c o n e x i ó n sin saber

Figura8.

e x a c t a m e n t e c u á n d o puede o c u r r i r ; esto se soluciona a ñ a d i e n d o un m e c a n i s m o de

Esguema de conexionado

enclave para r e t e n e r la a r m a d u r a móvil, s u j e t á n d o l a hasta que se r e e n g a n c h e de

de un relé de máxima tensión.

forma manual.

Relé de mínima tensión No s i e m p r e resulta necesaria la p r o t e c c i ó n por relé de m í n i m a t e n s i ó n ; por ejemplo, en el m a n d o por c o n t a c t o r e s , que, por su m i s m o p r i n c i p i o de f u n c i o n a m i e n t o , cuando la t e n s i ó n baja a unos valores d e t e r m i n a d o s , la bobina del c o n t a c t o r se desexcita, p r o v o c a n d o la a b e r t u r a de los c o n t a c t o s y d e s c o n e c t a n d o por lo t a n t o el m o t o r .

67

UNIDAD 8

L1


L2

Para v o l v e r l o a conectar, se d e b e r á excitar la bobina accio-

L3

n a n d o un pulsador, si el m a n d o es por impulsos. En el caso de instalaciones g o b e r n a d a s por I n t e r r u p t o r e s de potencia, si se desea d i s p o n e r de una p r o t e c c i ó n de m í n i m a tensión, se ha de Instalar un relé de protección

contra

las

subtensiones. Tal c o m o se indica en la f i g u r a 9, se c o n e c t a la bobina del relé en paralelo con las fases del c i r c u i t o principal; si la t e n s i ó n es la n o m i n a l , el relé m a n t i e n e en posición a b i e r t a el c o n t a c t o . Pero si la t e n s i ó n baja hasta un valor d e t e r m i n a d o , la bobina del relé se desexclta, p r o v o c a n d o que el c o n t a c t o se cierre; se desexcitará la bobina del d i s y u n t o r y los c o n t a c t o s del circ u i t o p r i n c i p a l se a b r i r á n .

Relé de control tacométrico Estos relés se u t i l i z a n c o m o s e g u r i d a d en el c o n t r o l de instalaciones con m a q u i n a r i a parada, y d o n d e se necesite m a n t e -

Carga

ner una v e l o c i d a d c o n c r e t a para evitar daños a personas, inst a l a c i o n e s o equipos. Se suelen aplicar en cintas t r a n s p o r t a doras, ascensores, escaleras mecánicas, etc.

Figura 9. Esquema de conexionado de un relé de mínima tensión.

El reté tacométrico

f u n c i o n a por c o m p a r a c i ó n de f r e c u e n c i a . Si la f r e c u e n c i a que es

p r o p o r c i o n a l al n ú m e r o de r e v o l u c i o n e s es m a y o r q u e la f r e c u e n c i a de c o m p a r a c i ó n p r o d u c i d a en el aparato, el c o n t a c t o de salida 11 - 14 (Fig. 10) se excita en el regulador de bajo n ú m e r o de r e v o l u c i o n e s y en el de paro. En el r e g u l a d o r de elevado n ú m e r o de revoluciones, el relé de salida se excita en una f r e c u e n c i a m e n o r que la f r e c u e n c i a regulada.

A1 11 Esquema de conexión de un relé de control

tacométrico

(Catálogo

KLOCKNER

MOELLER-CEDAC).

k

+

n

0

A1

11

A2|o

II

112114

12 14 x3 x 4 A 2

El relé de salida se desexcita c u a n d o las r e v o l u c i o n e s s u p e r a n el m a r g e n establecido en el aparato.


El relé que se indica en la f i g u r a está d o t a d o de dos diodos luminosos: uno indica si la t e n s i ó n auxiliar está c o n e c t a d a y el o t r o señaliza el estado del relé de salida.

Relé de protección contra interrupción de fases Son relés que vigilan la t e n s i ó n y el valor m e d i o a r i t m é t i c o e n t r e fases, o e n t r e fases y n e u t r o , g a r a n t i z a n d o que no se p r o d u z c a n fallos de m e d i c i ó n , incluso en caso de a r m ó n i c o s , tal c o m o o c u r r e en instalaciones de e m e r g e n c i a y en r e c t i f i c a d o r e s de corriente. El relé de salida se excita c u a n d o las tres t e n s i o n e s de fase están por e n c i m a del valor regulado, e n c e n d i é n d o s e un led luminoso. Cuando 1,2, o las fases bajan por debajo del valor de desconexión, el relé de salida se excita y se apaga el led. Con p o t e n c i ó m e t r o s se puede r e g u l a r el valor de c o n e x i ó n y el de desconexión. Observa m o d e l o y e s q u e m a de un relé c o n t r a i n t e r r u p c i ó n de fases en la f i g u r a 11.

R R

S

T

11 21

o

Figura 11.

M p oS

o

T

o

Reté de protección

contra

interrupción de fases (Catálogo KLOCKNER Q. 2

CM

14 2 2 2 4

MOELLER-CEDAC).

Seccionadores Los seccionadores no se p u e d e n c o n s i d e r a r a p a r a t o s de p r o t e c c i ó n p o r q u e no prot e g e n c o n t r a d e f e c t o s d i r e c t o s o indirectos, pero t i e n e n un papel i m p o r t a n t e c o m o e l e m e n t o s de separación de circuitos. Según la CEI, es un " a p a r a t o d e s t i n a d o a i n t e r r u m p i r la c o n t i n u i d a d de un c o n d u c t o r o aislarlo de o t r o s c o n d u c t o r e s s o l a m e n t e c u a n d o la c o r r i e n t e q u e lo r e c o r r e es m u y d é b i l " . El e s q u e m a de c o n e x i o n a d o se especifica en la f i g u r a 10. Se suelen instalar en c o m b i n a c i ó n con los fusibles usándose los e s q u e m a s siguientes: - S e c c i o n a d o r delante

del fusible

(Fig. 12a). El sistema p r o t e g e al personal en

la o p e r a c i ó n de c a m b i o de fusible, pero el s e c c i o n a d o r no queda p r o t e g i d o en caso de c o r t o c i r c u i t o . Seccionador detrás

del fusible

(Fig. 12b). El sistema p r o t e g e al s e c c i o n a d o r

en caso de c o r t o c i r c u i t o , pero el p e r s o n a l en la o p e r a c i ó n de c a m b i o de fusible no queda p r o t e g i d o .

I

,9

UNIDAD 8


- Seccionador portafusible

(Fig. 12c). En este caso, el s e c c i o n a d o r i n c o r p o r a el

fusible, el personal queda p r o t e g i d o en el c a m b i o de fusibles.

Figura 12. Combinaciones posibles de conexión de seccionador con fusible y símbolos normalizados. a) Seccionador

delante

de fusible. b) Seccionador

detrás

del fusible. c) Seccionador

portafusible. El s e c c i o n a d o r se diseña para q u e sea m a n i o b r a d o sin carga, es decir, en vacío, por lo q u e para d e s c o n e c t a r un s e c c i o n a d o r es preciso d e s c o n e c t a r p r e v i a m e n t e el i n t e r r u p t o r de p o t e n c i a . Los seccionadores se suelen accionar m e d i a n t e una m a n e t a o e m p u ñ a d u r a solidaria a la parte móvil situada a la izquierda o a la derecha, y t i e n e n dos posiciones estables: una a la a p e r t u r a del circuito y la o t r a al cierre. En posición de a p e r t u r a , separan los circuitos con una distancia de s e c c i o n a m i e n t o según n o r m a t i v a de cada país. C o n s t r u c t i v a m e n t e , pueden ser con c o n t a c t o s a presión o con c o n t a c t o s de cuchillas giratorias. En la f i g u r a 13 se m u e s t r a n algunos ejemplos reales de seccionadores.

Figura 13. Ejemplos reales de seccionadores (Catálogo

70

TELEMECÁNIOUE).


Reglas d e p r o t e c c i ó n c o n t r a s o b r e c a r g a s

E

Como se ha indicado anteriormente, la sobreintensidad en una canalización puede ser producida por sobrecargas, cortocircuitos y defectos de aislamiento, por ello todos los conductores, incluido el neutro, deben estar protegidos contra los efectos de estas sobreintensidades. El principio de esta protección contra sobreintensidades en canalizaciones consiste en disponer en el origen del circuito un dispositivo de protección: - Actuando en caso de sobreintensidad en un tiempo inferior a la limitación térmica del cable dada por la intensidad máxima admisible. - Permitiendo dejar pasar permanentemente la corriente de servicio del circuito, es decir, la que solicita el receptor o receptores conectados a este circuito.

Regla general Un dispositivo

de protección,

interruptor automático o fusible, asegura correcta-

mente la protección de un cable contra sobreintensidades si se cumple: La intensidad de reglaje o calibre del dispositivo de protección Ir, debe ser mayor que la intensidad de servicio o que solicitan los receptores Ib, y menor o igual que la intensidad máxima admisible del cable Iz. Ib< Ir < Iz La intensidad de funcionamiento del dispositivo de protección If será menor o igual que 1,45 veces la intensidad de reglaje o calibre del dispositivo de protección. If < 1,45 Ir Para un interruptor doméstico, y 1,25 a 1,35 para el industrial. Por lo tanto, si se desea que actúe por debajo del valor de Iz, se eligirá un dispositivo de inferior calibre. El poder de c o r t e del i n t e r r u p t o r PdC, será mayor o igual que la intensidad de c o r t o c i r c u i t o t r i f á s i c o en el punto de la instalación del dispositivo de protección IccTri. PdC < IccTri

71

UNIDAD 8


Protección por interruptor automático

Figura 14. Limitación de una corriente de cortocircuito,

ip (intensidad

El o b j e t i v o de t o d a p r o t e c c i ó n eléctrica es d e t e c t a r y a c t u a r d e s c o n e c t a n d o lo más

presunta que alcanzaría la

r á p i d a m e n t e posible el c i r c u i t o para evitar q u e las altas c o r r i e n t e s de d e f e c t o d a ñ e n

corriente si en el circuito no

a la instalación, así c o m o t a m b i é n r e t r a s a r el e n v e j e c i m i e n t o (Fig. 14).

existe ningún

interruptor

automático o fusible que la limite a valores í (intensidad

inferiores),

Debe e f e c t u a r s e un e s t u d i o para preveer la a c t u a c i ó n selectiva de las p r o t e c c i o n e s para q u e a c t ú e aquella que está más cerca del defecto, p e r m i t i e n d o la c o n t i n u i d a d del servicio del resto de la instalación no a f e c t a d a (Fig. 15).

limitada).

tps

lp

l

i

i

i

/

¡f

/

/

\

\ \

\

\

\ \

\

/

\

\

\

\ \

.

Figura 14

Figura 15. Principio de selectividad:

En la i n s t r u c c i ó n técnica ITC-BT-17 se Indica que los i n t e r r u p t o r e s a u t o m á t i c o s serán

El interruptor

de c o r t e o m n i p o l a r y p e r m i t i r á n su a c c i o n a m i e n t o m a n u a l . Estarán d o t a d o s de dis-

al defecto

B, más cercano

desconecta,

positivos de p r o t e c c i ó n c o n t r a s o b r e c a r g a s y c o r t o c i r c u i t o s , y t e n d r á n capacidad de

el interruptor

A y C

c o r t e s u f i c i e n t e para la Intensidad de c o r t e que pueda p r o d u c i r s e en el p u n t o de su

permanecen

cerrados

instalación.

manteniendo el servicio en su línea.

Por t a n t o , t o d o s los i n t e r r u p t o r e s a u t o m á t i c o s i n c o r p o r a n dispositivos de desconexión: - Térmicos:

como protección contra sobrecargas

- Electromagnéticos:

72

como protección frente a cortocircuitos


automático.

Elementas de regulación térmico y

Ir

lm 1

Ir

9 .8 x 250A I II

.9 .8 x 160A

1 0 5 8 7 X 250A

l

electromagnéticos.

TM250 D 25QA/40*C

Ir Im

TM160D 16QA /4Q'C

Ir Im

Figura 17. Interruptores

automáticos

instalados en cuadro de potencia (MERLIN GUERIN). Figura 18.

Mira la : ¡ g u r a 16 en que se m u e s t r a un i n t e r r u p t o r en el que es posible r e g u l a r la

Interruptor

actuación.

de protección de motor

automático

con protección En las f i g u r a s 17,18 y 19 se m u e s t r a n d i s t i n t a s disposiciones de m o n t a j e de i n t e r r u p -

técnica

regulable adosada.

tores a u t o m á t i c o s . Figura 19. Las c o r r i e n t e s de c o r t o c i r c u i t o en un p u n t o de una red v i e n e n l i m i t a d a s y d e t e r m i nadas por la i m p e d a n c i a de los b o b i n a d o s del t r a n s f o r m a d o r de a l i m e n t a c i ó n , más las i m p e d a n c i a s de la red hasta el p u n t o considerado, de f o r m a que c u a n t o más lejano esté el c o r t o c i r c u i t o del t r a n s f o r m a d o r , m e n o r será la lee.

Detalle de automático protección

interruptor

incorporando diferencial

(Tipo VIGI de Merlin Gerin).

73

UNIDAD 8


La t a b l a 5 d e t e r m i n a de f o r m a rápida una a c e p t a b l e evaluación de la i n t e n s i d a d de c o r t o c i r c u i t o lcc2en

un p u n t o de la red c o n o c i e n d o :

- La i n t e n s i d a d de c o r t o c i r c u i t o aguas a r r i b a lee,. - La longitud, la sección y la c o n s t i t u c i ó n del cable o canalización aguas arriba.

Cobre (400 V) Sección de tos conductores de fase (mm2) 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300 2 X 120 2 x 150 2 X 185 3 X 120 3 X 150 3 X 185 lee arriba (en kA) 100 90 80 70 60 50 40 35 30 25 20 15 10 7 5 4 3 2 1

Longitud de la canalización (en m)

0,9 1 0,8 1 1,1 1 1,1 1,3 1,2 1,4 1,6 1,5 1,7 1,9 1,5 1,8 2 1,7 1,9 2,2 2 2,3 2,6 2,3 2,7 3 2,5 2,9 3,5 2,9 3,5 : 4 lee abajo 94 94 85 85 76 76 67 67 58 58 49 48 39 39 34 | 34 30 29 25 25 20 20 15 15 10 10 7 7 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1

93 84 75 66 57 48 39 34 29 25 20 15 10 7 5 4 3 2 1

0,9 1,1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,3 2,5 2,9 3,5 i 3,5 4,5

1 1,3 1,4 1.6 2 2,4 2,5 2,8 3,5 4 4 5

1,1 1,5 2 2,5 2,7 3 4 5 5,1 5,5 6,5 7,5 8 9,5

1 1,5 2,1 3 4 5 5,5 6,5 8 9,5 10 11 13 15 16 20

91 83 71 92 83 83 76 66 75 74 69 61 66 65 61 55 57 57 54 48 48 46 42 48 39 39 i 37 i 35 34 | 34 : 33 | 31 29 29 28 27 24 24 24 23 20 20 19 19 15 15 15 14 10 10 10 9,5 7 7 7 7 5 5 5 5 4 4 4 4 3 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1

0,9 1,3 1,9 2,7 3,5 5 6,5 , 7 8 10 ! 12 13 14 16 : 19 21 24

1 1,6 2,2 3 4,5 6 7,5 8 9,5 12 15 15 17 20 23 25 29

0,8 1,4 2,1 3 4 6 8 10 11 13 16 19 20 22 26 30 33 39

1,1 1,7 2,6 3,5 5,5 7,5 10 3 4 6 0 4 25 28 33 38 41 49

0,8 1,3 2,1 3,5 5 7,5 11 15 20 25 27 32 40 49 50 55 65 75 80 95

67 63 | 56 50 33 62 58 52 47 32 57 54 49 44 31 52 ¡49 45 41 29 46 ! 44 41 38 27 40 : 39 36 33 25 33 32 30 29 22 30 : 29 27 26 21 26 25 24 23 19 22 22 21 20 17 18 18 17 17 14 14 14 13 13 12 9,5 9,5 9,5 9 8,5 7 6,5 6,5 6,5 6 5 5 5 5 4,5 4 ; 3,5 4 4 4 3 2,9 2,9 2,9 2,8 2 2 2 1,9 2 1 1 1 1 1

0,8 1 1,3 1,7 2,1 2,5 3 4 5,5 7 8,5 10 13 15 19 21 27 30 37 40 50 50 65 55 70 65 80 80 100 95 120 100 130 110 140 130 160 150 190 160 210 190Í240

1 1,6 2,5 4 6,5 10 16 22 32 44 60 75 80 95 120 150 150 170 200 230 250 290

1,3 2,1 3,5 5 8,5 14 21 30 40 60 80 100 110 130 160 190 200 220 260 300 330 390

20 ¡17 20 16 19 16 18 16 18 15 17 14 15 13 15 13 14 12 13 11 11 10 9,5 8,5 7 6,5 5,5 5 4 4 3,5 3,5 2,7 2,6 1,9 1,8 1 1

14 14 14 14 13 13 12 11 11 10 9 8 6,5 5 4 3 2,5 1,8 0,9

11 9 11 9 11 9 11 5 10 8,5 10 8,5 9,5 8 9 8 9 7,5 8,5 7 7,5 6,5 7 6 5,5 5 4 4,5 3,5 3,5 3 2,9 2,4 2,3 1,7 1,7 0,9 0,9

1,6 3 6,5 8 2,6 5 110 13 4 8,5 17 21 6,5 13 25 32 11 21 42 55 17 34 70 85 26 50 100 130 37 75 150 190 55 110 210 270 75 150 300 370 100 200 400 130 250 140;270 160 ¡320 200 i 400 240 250 : 280 I 330 380 410 |

5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4 4 4 3,5 2,9 2,5 2,2 1,9 1,4 0,8

2,4:2 2,4 2 2,4 2 2,4 1,9 2,4 1,9 2,4 1,9 2,4 1,9 2,3 1,9 2.3 1.9 2,3 1,9 2,2 1,8 2,1 1,8 2 1,7 1,8 1,6 1,7 1,4 1,5 1,3 1,4 1,2 1,1 1 0,7 0,7

9,5 16 25 38 65 100 160 220 320

13 21 34 50 85 140 210 300

16 32 26 50 42 85 65 130 110 210 170 340 260: 370|

1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,5 1.5 1,4 1,3 1,3 1,2 1,1 0,9 0,6

1,2 1.2 1,2 1,2 1,2 1,2 1.2 1,2 1,2 1,2 1,2 1.2 1,1 1,1 1,1 1,1 0,9 0,8 0,6

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,9 0,9 0,9 0,8 0,8 0,8 0,7 0,5

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,4 0,4 0,3

Tabla 5.

Una vez d e d u c i d o lcc2 en la t a b l a 5, p o d r e m o s elegir el i n t e r r u p t o r a u t o m á t i c o , c u y o

Valores de la corriente de

p o d e r de c o r t e será el e n c o n t r a d o en la tabla o el de p o d e r de c o r t e i n m e d i a t o supe-

cortocircuito de 400V.

en redes

rior n o r m a l i z a d o para la p r o t e c c i ó n de la red aguas abajo del p u n t o c o n s i d e r a d o (Fig. 2 0 ) . La t a b l a 5 nos indica q u e para una t e n s i ó n de 3 8 0 V y lcc1 = 15 kA a un cable de 3 x 7 0 m m 2 en a l u m i n i o de 3 5 m de l o n g i t u d le c o r r e s p o n d e una lcc2 = 11 kA; p o r lo t a n t o en D i n s t a l a r í a m o s un i n t e r r u p t o r a u t o m á t i c o de 15 kA, q u e es el PdC i n m e d i a t o s u p e r i o r n o r m a l i z a d o (Tabla 6 ) .

74


Poder de corte (kA) de interruptores automáticos In < 125 A 1,5

3

4,5

6

In >125 A

10

15

20

25

25

50

65

100

150

Tabla 6. Valores de poder de corte de

380 V

los interruptores

automáticos.

Cuadro principa] >

\

lee-, = 15 kA

35 m 3 x 70 mm 2 Al

Cuadro secundario lcc 2 = ? (ver tabla 22)

\ Salida 30 A

Figura 20. Cálculo de lcc2 por medio de la tabla 5.

Características de disparo Según los r e c e p t o r e s que a l i m e n t a n el circuito, deben elegirse i n t e r r u p t o r e s autom á t i c o s q u e a c t ú e n en relación al valor de las c o r r i e n t e s de d e f e c t o y su d u r a c i ó n . Esta relación se r e p r e s e n t a g r á f i c a m e n t e para cada t i p o de i n t e r r u p t o r y se o b t i e n e la " C u r v a característica de f u n c i o n a m i e n t o o d i s p a r o " que el f a b r i c a n t e facilita. A u n q u e todas s i g u e n el m i s m o criterio, se d i s t i n g u e n varias, a t e n d i e n d o a la t i p o l o gía de los r e c e p t o r e s del c i r c u i t o que debe p r o t e g e r el dispositivo. La clasificación está en f u n c i ó n del t i e m p o de respuesta del d i s p o s i t i v o para una m i s m a i n t e n s i d a d de c o r r i e n t e . B á s i c a m e n t e son de curva rápida, n o r m a l y lenta. Muchos f a b r i c a n t e s las d e n o m i n a n B, C, D. (Fig 21). Este es un d a t o más para determ i n a r la a c t u a c i ó n selectiva de las p r o t e c c i o n e s . La característica B es a d e c u a d a para el uso en el m a n d o y p r o t e c c i ó n de c i r c u i t o s o h m i c o s : i l u m i n a c i ó n , bases de enchufe, calefacción, etc., en el s e c t o r d o m é s t i c o y p a r t e del s e c t o r t e r c i a r i o d ó n d e la l o n g i t u d de los c o n d u c t o r e s es g r a n d e . Los i n t e r r u p t o r e s a u t o m á t i c o s de característica C se usan en el m a n d o y p r o t e c c i ó n de circuitos m i x t o s o h m i c o s e i n d u c t i v o s : i l u m i n a c i ó n , calefacción, etc., t a n t o en el sect o r d o m é s t i c o c o m o en el t e r c i a r i o . Los i n t e r r u p t o r e s a u t o m á t i c o s de característica D son a d e c u a d o s para la p r o t e c c i ó n de c i r c u i t o s f u e r t e m e n t e i n d u c t i v o s y, en particular, para m o t o r e s con elevada c o r r i e n t e de a r r a n q u e .

75

UNIDAD 8


1,45 Característica B

1,13!

Característica C

120

Característica D

¡J

—

h—j-

60 40-

—

—

20

10

—L

6

i

t I o 3

l \i\

64-

1 * 40 ' 20

8

E 10 3 C QiD 6 cr> 4

i t 1

2 1

—

'1

0,6 0,4 0,1 0,06

0,04 0,02

0,01 5 6 ;810 5

15 20 30

1

1,5 2

• V

-—

\

—

1

2 1 0,6 0,4

\

—

1 tp

\

0,2 0,1

Ti i t I 4 j X c c (d.i ) 4 [tí

0,06-

0,04

0,02

\

3 4 5 6 810 5

7,5

Múltiplos de la intensidad nominal

1

1,5 2

10 15


\ %

"'f

-

0,01' 15 20 30

\

3 4 5 6 810 10

;

15 20 304050 20 30


Interpretación de la característica de funcionamiento o disparo

Figura 21 Características

4

c.aj(a. :) T T 1 ;) | i í "f 1 1 i

0,2

\

11

de disparo

magnétotérmicos

En el eje v e r t i c a l se sitúa el t i e m p o q u e puede ser m i l i s e g u n d o s , s e g u n d o s y m i n u t o s ; y en el eje h o r i z o n t a l se s i t ú a n los v a l o r e s m ú l t i p l o s de la I n t e n s i d a d . A s í el

de los interruptores (ABB).

2 significa el doble de la i n t e n s i d a d n o m i n a l . Por ejemplo, en la curva característica C, para una curva de f u n c i o n a m i e n t o o disparo If =1,45 Ir, cuando la corriente sea 2 veces la nominal (situarse en 2, en el eje horizontal de la grafica y subir en vertical hasta la Intersección con la curva y en este punto trasladarse h o r i z o n t a l m e n t e hasta la intersección con el eje vertical del t i e m p o ) el Inter r u p t o r a u t o m á t i c o tardará a p r o x i m a d a m e n t e 4 0 segundos en actuar por sobrecarga. En la curva B y D, para este m i s m o valor de la c o r r i e n t e , el I n t e r r u p t o r a u t o m á t i c o a c t u a r í a al cabo del m i s m o t i e m p o que la C. Pero si la c o r r i e n t e fuese de 3 veces la n o m i n a l , los i n t e r r u p t o r e s a u t o m á t i c o s de curva característica C y D a c t u a r á n al cabo de 12 segundos para la C y 11 para la D a p r o x i m a d a m e n t e . Sin e m b a r g o , en el de curva B, a c t u a r á a poco más de 0,01 segundo, una d é c i m a de segundo, lo que significa q u e es una a c t u a c i ó n i n s t a n t á n e a d e b i d o a la acción del e l e m e n t o e l e c t r o m a g n é t i c o del I n t e r r u p t o r . Esta m i s m a a c t u a c i ó n i n s t a n t á n e a se daría en los Inter r u p t o r e s a u t o m á t i c o s de c u r v a C para una i n t e n s i d a d de 5 veces la n o m i n a l y de 10 veces para los de c u r v a D. Por ello se c o n o c e n c o m ú n m e n t c o m o de a c t u a c i ó n rápida para la curva B, n o r m a l para la C y lenta para la D.

76


El relé térmico es un dispositivo de protección con capacidad para detectar la intensidad no admisible, sin intervenir cuando ésta sea admisible. Por sí solo no es capaz de eliminar la avería, necesita de otro elemento que realice la desconexión (el contactor); el principio de funcionamiento se basa en la dilatación que experimenta un bimetal. La corriente de servicio (Is) es la que consume en condiciones nominales. Los relés electromagnéticos son relés que protegen contra sobrecargas de gran envergadura. También se les denomina interruptores electromagnéticos. Son capaces de proteger contra cortocircuitos si están asociados con un contactor cuyo poder de corte sea suficiente. El interruptor magnetotérmíco es un dispositivo que tiene la capacidad de cortar (primero detecta y posteriormente elimina) las sobreintensidades no admisibles y los cortocircuitos. Reúne en un solo dispositivo las características de los térmicos y de los relés electromagnéticos y, por lo tanto, dispone de dos formas de funcionamiento. El interruptor diferencial es un dispositivo de protección capaz de detectar y eliminar por sí mismo fallos de aislamiento al acusar corrientes de defecto. Una corriente de defecto tiene lugar al producirse un fallo en el aislamiento entre las partes activas de la instalación (conductores) y las no activas de carcasas de los receptores, al unirlas a una puesta a tierra. El relé de máxima tensión es una protección contra sobretensiones. El relé de mínima tensión protege contra las subtensiones. El relé tacométrico se utiliza como seguridad en el control de instalaciones con maquinaria parada, y donde se necesite mantener una velocidad concreta para evitar daños a personas, instalaciones o equipos. Se suele aplicar en cintas transportadoras, ascensores, escaleras mecánicas, etc. El relé de protección contra interrupción de fases. Vigila la tensión y el valor medio aritmético entre fases o entre fases y neutro, garantizando que no se produzcan fallos de medición, incluso en caso de armónicos, tal como ocurre en instalaciones de emergencia y en rectificadores de corriente. Los seccionadores son aparatos destinados a i n t e r r u m p i r la continuidad de un conductor o aislarlo de otros conductores solamente cuando la corriente que lo recorre es muy débil. Se suelen instalar en combinación con los fusibles.

77

UNIDAD 8


Para asegurar la correcta protección de un cable contra sobreintensidades, el interruptor automático debe cumplir las siguientes condiciones: - Ib< ir < Iz - If s 1,45 Ir - Pdc < lee Tri - Ib: Intensidad de servicio - Ir: Intensidad de reglaje o calibre - Iz: Intensidad máxima admisible del cable - If: intensidad de funcionamiento - Pdc: Poder de corte del interruptor - IccTri: Intensidad de cortocircuito trifásico Jipe--

Prever la actuación selectiva de las protecciones. Permite actuar sobre la línea afectada permitiendo la continuidad del servicio. La elección del interruptor automático está en función de la tipología de los receptores del circuito que debe proteger el dispositivo actuando con un tiempo de respuesta distinto para una misma intensidad de defecto. Básicamente, los interruptores automáticos pueden ser de curva rápida, normal o lenta. Los fabricantes las definen, por ejemplo, con las letras B, C y D.

7

I


Ejercicios de autocomprobación Rodea con un círculo la V si cada una de las siguientes afirmaciones


falsa. . Cualquier sobrecarga se considera no admisible.

V

F

V

F

2 2 . Por contacto indirecto se entiende todo contacto de personas con masas puestas accidentalmente bajo tensión. 2 3 . Un relé térmico es un dispositivo de protección con capacidad de detectar las intensidades no admisibles, cortando el circuito eléctrico.

V

2 4 . Los relés electromagnéticos que protegen contra sobrecargas de gran envergadura son capaces también de proteger contra cortocircuitos por sí solos.

V

. Los interruptores magnetotérmicos reúnen en un solo dispositivo las características de los térmicos y de los relés electromagnéticos y, por lo tanto, disponen de dos formas de funcionamiento.

V

2 6 . La protección por sobrecarga de los interruptores diferenciales es más rápida que la protección por cortocircuito.

V

F

2 7 . Se define sensibilidad de un interruptor diferencial como el valor mínimo de corriente de defecto a partir del cual debe abrir inmediatamente.

V

2 8 . Los relés de control tacométrico se utilizan como seguridad donde se necesite mantener una velocidad concreta para evitar daños a personas, instalaciones o equipos. V

F

V

F

V

F

29. Con el uso de interruptores con dispositivo diferencial se consigue adoptar valores de resistencia a tierra más bajos. 3 0 . Los interruptores automáticos con sistema de disparo electromagnético es la protección más adecuada contra contactos directos. Compara errores,

tus respuestas





tu

cometido

estudio.

79

UNIDAD 8


LOS CONTACTORES Dada la importancia de la automatización eléctrica, y a la necesidad, cada vez más patente, de controlar ciertas máquinas a distancia, los automatismos eléctricos precisan de ciertos aparatos, que, aprovechando propiedades físicas, sirvan para estas funciones específicas. Uno de estos apartados eléctricos es el contactor. Es capítulo lo v a m o s a dedicar, p r e c i s a m e n t e , a estudiar el contactor. Es interesante saber c ó m o f u n c i o n a , cuáles son las clasificaciones que se p u e d e n establecer en f u n c i ó n del t i p o de a c c i o n a m i e n t o , de la disposición de los c o n t a c t o s , de la clase de c o r r i e n t e o de los límites de t e n s i ó n , y t a m b i é n , en que qué consiste el c o n t a c t o r e l e c t r o m a g n é t i c o y cuál es su f u n c i o n a m i e n t o (Fig. 1).

D Conceptos .«rara»»»». mm—m—m*,..

básicos

..,.,...

,..,, i

... ......

El c o n t a c t o r se puede d e f i n i r c o m o un a p a r a t o que, gracias a unos m e c a n i s m o s , es capaz de a b r i r o c e r r a r un c i r c u i t o e l é c t r i c o a distancia. En él p o d e m o s d e f i n i r los siguientes estados: - Estado de accionamiento: m o m e n t o en que actúan las fuerzas apropiadas para su f u n c i o n a m i e n t o (este estado t a m b i é n se d e n o m i n a estado de excitación). - Estado de reposo: m o m e n t o en que esas f u e r z a s dejan de actuar.

Figura l Cuadro eléctrico de una máquina donde se aprecian los contactores junto con los fusibles, transformador regletas de conexión.

y

A partir de la definición anterior podemos deducir que existen dos clases de contactores, en función directa de su estado: - Contactor.

El contactor recibe este nombre cuando la posición de reposo

coincide con la abertura de sus contactos. - Ruptor. El contactor se denomina r u p t o r cuando la posición de sus contactos coincide con el cierre en posición de reposo.

Polo de un aparato Se llama así al conjunto de elementos destinados a conectar un conductor de línea o fase a un aparato.

Contacto auxiliar Es el contacto secundario, casi siempre adosado y solidario al contactor en sí, destinado a funciones auxiliares. Cuando más adelante se especifiquen las partes del contactor t r a t a r e m o s los contactos auxiliares con más profundidad.

Contacto de reposo Se llama así al contacto auxiliar que está cerrado en posición de reposo. También se le suele denominar abreviadamente NC. En algunos textos lo encontraremos con el nombre de contacto, de apertura.

Contacto de trabajo Se llama así al contacto auxiliar que está abierto en posición de reposo. Suele abreviarse como NA. También se llama contacto de cierre.

Contacto de acción temporizada Es el contacto auxiliar cuyo cambio de estado sucede t r a n s c u r r i d o un t i e m p o a partir del m o m e n t o en que se da la orden de efectuarlo. En algunos textos lo encontraremos como contacto de acción diferida o contacto de acción retardada.

Poder de ruptura Es el valor de la máxima intensidad que un aparato puede cortar sin deteriorarse en unas determinadas condiciones de trabajo.

Poder de conexión Es el valor de la máxima intensidad que un aparato puede conectar sin deteriorarse en unas determinadas condiciones de funcionamiento.

UNIDAD 8


Tensión de restablecimiento Es el valor eficaz de la t e n s i ó n en bornes de un a p a r a t o después de la d e s c o n e x i ó n del circuito. En el caso de los c o n t a c t o r e s , se d e t e r m i n a c o m o la d i f e r e n c i a e n t r e la t e n s i ó n n o m i n a l y la existente en b o r n e s j u s t o después de la e x t i n c i ó n del arco.

Flujo magnético (é) Es una m a g n i t u d física propia de los c i r c u i t o s m a g n é t i c o s que se p r o d u c e en el interior de esa bobina al c o n e c t a r en sus b o r n e s (A1 y A2) una t e n s i ó n y c i r c u l a r por ella una c o r r i e n t e . Estas líneas de f u e r z a o f l u j o m a g n é t i c o t i e n d e n a cerrarse, de manera que p r o d u c e n una f u e r z a de a t r a c c i ó n .

Electroimán Es un c i r c u i t o m a g n é t i c o c o n s t i t u i d o por una bobina y un n ú c l e o m a g n é t i c o . Al aplicar una t e n s i ó n a la bobina, ésta crea un c a m p o m a g n é t i c o que circula a t r a v é s del n ú c l e o y en círculo al exterior, realizando así un c i r c u i t o m a g n é t i c o c e r r a d o que es capaz de a t r a e r m e t a l e s f e r r o m a g n é t i c o s . Esto queda explicado en el g r á f i c o de la f i g u r a 2, que nos a y u d a r á a c o m p r e n d e r , t a m b i é n , la m a g n i t u d de f l u j o m a g n é t i c o . F = Fuerza de a t r a c c i ó n . D = Dirección de las líneas de f u e r z a . A1, A2 = Bornes de la bobina Existen dos t i p o s de e l e c t r o i m a n e s , de corriente

•

alterna

y de corriente

continua.

A1

Bobina Figura 2. Gráfico de un circuito

Núc.cw

Material magnético

magnético.

Líneas de campo

82

Reluctancia Es una magnitud eléctrica que nos define la resistencia que en un circuito magnético se opone al paso del flujo.

Corrientes de Foucault Son corrientes indeseadas de flujo creadas en los núcleos ferromagnéticos de los circuitos inductivos, debidas a distintas causas, cuando los atraviesa un flujo magnético producido por una corriente alterna. No nos extenderemos en las explicaciones y causas de estas corrientes; únicamente debes saber que son las causantes de corrientes indeseadas en los circuitos inductivos y que existen f o r m a s de eliminarlas, o al menos paliarlas, que estudiaremos para el caso de los contactores, cuando veamos los núcleos de los electroimanes.

Clasificación Podemos establecer diferentes clasificaciones de los contactores

según sea su prin-

cipio de funcionamiento, la clase de corriente que los acciona, la disposición de sus contactos, y los límites de tensión. A continuación enumeraremos y comentaremos algunos aspectos de su f u n c i o n a m i e n t o ; veremos también, brevemente, los tipos diferenciados en cada clasificación.

Según el tipo de accionamiento Contactores

electromagnéticos

Son contactores cuyo accionamiento se realiza por medio de un electroimán. Son los más usados actualmente; por ese motivo les dedicaremos un apartado, en el cual explicaremos todos sus detalles constructivos y de funcionamiento. Contactores

mecánicos

y

electromecánicos

Son contactores cuyo accionamiento se realiza por medio de sistemas mecánicos (muelles, balancines, etc.); pero la orden para que los medios mecánicos realicen su función se da a distancia por medios eléctricos o electromagnéticos (electroimanes, etc.). Algunos autores incluyen en esta misma clasificación los contactores cuyo accionamiento es puramente mecánico. Aunque están prácticamente en desuso, se pueden encontrar algunos, utilizados como i n t e r r u p t o r e s de potencia a la salida de baja tensión de las estaciones transformadoras, o, simplemente, como cortacircuitos o seccionadores para circuitos secundarios de potencia elevada. Teniendo en cuenta que en la actualidad todavía se fabrican, comentaremos brevemente algunas de sus peculiaridades de funcionamiento.

UNIDAD 8


a) Contactores

mecánicos.

Como se ha comentado, los contactores mecáni-

cos no son de uso corriente, debido a la mayor tendencia de los accionamientos modernos a tener activaciones a distancia y automáticas. Esto, unido a que los sistemas de accionamiento mecánico son casi sistemas de relojería, los hacen caros y voluminosos. En la actualidad todavía se fabrican, y sus aplicaciones se han comentado a n t e r i o r m e n t e . El funcionamiento de estos contactores no es muy complicado. El responsable del accionamiento es un resorte, que se descarga por medios mecánicos o simplemente al llegar al final de la carrera del sistema de carga de muelle (el sistema de carga de muelle es el encargado de tensar el resorte hasta su punto máximo). Los sistemas de carga de muelle van desde la simple palanca hasta manivelas; una vez tensado, un sistema mecánico libera el resorte, de forma que los contactos entran y (o si es un ruptor se abren) el circuito se cierra. Lo único que los diferencia de los electromecánicos es que la liberación de este muelle, incluso su tensado, se efectúa por medios eléctricos. b) Contactores

electromecánicos.

En su f u n c i o n a m i e n t o , los contactores

electromecánicos no se diferencian de los contactores mecánicos. La principal característica es que su conexión e incluso la carga del muelle se realiza a distancia. N o r m a l m e n t e la liberación del resorte de activación se realiza mediante un e l e c t r o i m á n . La carga del muelle se efectúa mediante un motor, que es activado por la descarga del resorte, por medio de un final de carrera al efecto, y que se detiene, mediante o t r o contacto final de carrera, cuando el muelle está tensado, dejando listo el c o n t a c t o r para otra maniobra. La complejidad y voluminosidad de estos contactores no los hace aptos para aplicaciones de maniobra o conexión de motores de baja y media potencia, hecho que los relega a funciones de arranque de motores de gran potencia, o como seccionadores, t a n t o en alta como en media y baja tensión. Otro detalle c o n s t r u c t i v o de estos contactores con gran poder de r u p t u r a o de conexión son los sistemas de soplado. Trataremos este tema más adelante, cuando describamos detalladamente los contactores electromagnéticos, ya que las consideraciones son las mismas.

Contactores neumáticos Son contactores cuyo sistema de accionamiento es por medio de un gas, que en lugar de tensar un resorte, actúa sobre un émbolo, que es el encargado de conectar o desconectar el circuito. Estos contactores son de escaso uso, pues las Instalaciones auxiliares que precisan son costosas y voluminosas; en definitiva, son antieconómicas para los fines que se persiguen. Con contactores electromagnéticos o electromecánicos conseguiríamos

las mismas prestaciones, o

incluso prestaciones mejores. Sólo falta mencionar que t a m b i é n existen contactores e l e c t r o n e u m á t i c o s , cuyo sistema de a c c i o n a m i e n t o del émbolo se realiza mediante electroválvulas.

84

LOS C O N T A C T O R E S

Contactores

hidráulicos

Son contactores que, en lo único que difieren de los anteriores, es en el sistema de accionamiento del émbolo; en el caso de los contactores hidráulicos se trata de un líquido, sea agua, aceite, etc. En este caso nos sirven las mismas apreciaciones, en cuanto a los aspectos de voluminosidad y carestía de instalación. Por otro lado, en estos contactores existen accionamientos por electroválvulas; los podríamos considerar, por tanto, electrohidráulicos.

Según la disposición de los contactos Con tactores

al aire

Son aquellos en los que la ruptura se produce en el seno del aire. Contactores

en ambiente

gaseoso

Son aquellos en los que la ruptura se produce en ambientes gaseosos. Están indicados para altas tensiones, y generalmente se usan como seccionadores. Con tacto res al

aceite

Son aquellos en los que la ruptura se realiza dentro de aceite. Los de baja tensión y potencia están en desuso. Aún podemos encontrar, sin embargo, algunos ruptores de media tensión que realizan la ruptura en medios aceitosos. Según la clase de

corriente

En esta clasificación sólo cabe enmarcar contactores con accionamientos o sistemas electromagnéticos en sus partes constructivas. Los hay de dos tipos: Contactores

de corriente

continua

En su circuito magnético, la bobina está alimentada con corriente continua. Contactores

de corriente

alterna

La bobina de su circuito magnético está alimentada con corriente alterna. Según los límites

de

tensión

Se trata de los límites de tensión que pueden soportar sus contactos. Los hay, también, de dos tipos: Contactores

de baja

tensión

Son aquellos cuyos contactos son capaces de soportar hasta tensiones de 1.000 V. Con tactores

de alta

tensión

Son aquellos cuyos contactos son capaces de soportar tensiones superiores a los 1.000 V.

85

UNIDAD 8


Simbología y referenciado La simbología

y el referenciado

de contactores se recogen en la Norma CEI 947-4,

una norma Internacional que establece las categorías de servicio y las condiciones de funcionamiento de los contactores de potencia. Los bornes de conexión de los contactores pueden ser referenciados mediante códigos de cifras y letras, o simplemente con cifras, hecho que ayuda a identificarlos; esto, a su vez, facilita en gran medida el cableado posterior de los esquemas. Antes de estudiar con más profundidad las partes de un contactor, realizaremos una pequeña diferenciación de sus partes, que consideramos conveniente mencionar. - Contactos principales, o de potencia - Contactos auxiliares, en los que podemos encontrar: - Contacto normalmente cerrado (NC). - Contacto normalmente abierto (NA). - Contacto de apertura temporizado. - Contacto de cierre temporizado. - Bobinas A continuación estudiaremos algunas peculiaridades sobre las cifras que referencian un contactor o las combinaciones entre ellas. Diremos, en primer lugar, que un contactor se nombra, en un esquema, con las siglas KM, seguidas de un número, que sirve para diferenciar la existencia de diferentes contactores. También notaremos Figuras.

que los números impares corresponden a la entrada de los contactos referenciados,

Referenciado de contactos.

mientras que los pares corresponden a la salida. Observa la figura 3, que nos

Bobina

1

3

muestra clara y gráficamen-

Cont. auxiliares

Cont. principales

5

13

te lo anteriormente expues11

to; te servirá, también, para ver la simbología

utilizada

en esquemas y dibujos. KM1

KM1

KM1

Ten en cuenta que los contactos de potencia se referencian con un solo número 14

86

del 1 al 6. Así,

- 1, 3, 5, para los de entrada. - 2, 4, 6, para los de salida. En cambio, los contactos auxiliares tienen una combinación de dos números, en los cuales la segunda cifra nos muestra el tipo de contacto. De este modo, - 1 y 2, contacto normalmente cerrado (NC). - 3 y 4, contacto normalmente abierto (NA). - 5 y 6, contacto de apertura temporizada. - 7 y 8, contactos de cierre temporizado. La primera cifra del referenciado de los contactos auxiliares nos muestra el número del contacto, pues en un contactor puede haber más de un contacto del mismo tipo. En la figura 4 sólo aparecen representados contactos auxiliares de un hipotético contactor En la figura 4, encontramos los siguientes contactos: a) Contacto NA. b) Contacto NA. c) Contacto de cierre temporizado. d) Contacto de apertura temporizada. e) Contacto NC. Fíjate en que la bobina se denomina en sus

1

bornes como A1 y A2.

1^1 C o n t a c t o r e l e c t r o m a g n é t i c o Debido a que el contactor electromagnético es el más usado en automatismos eléctricos, se tratará en un punto aparte, con explicaciones más o menos detalladas de sus partes constructivas y de su funcionamiento. Mientras que en cuanto a su funcionamiento no se crean unas diferencias muy significativas, sí existen en cuanto a su sistema de activación. Se pueden encontrar de dos tipos: con bobina de corriente continua y con bobina de corriente alterna.

UNIDAD 8


El contactor se puede definir como un aparato que, gracias a unos mecanismos determinados, es capaz de abrir o cerrar un circuito eléctrico a distancia. Presenta dos estados: accionamiento o excitación, momento en que actúan las fuerzas apropiadas para su funcionamiento, y reposo, m o m e n t o en que esas fuerzas dejan de actuar. A partir de la definición anterior se deducen dos clases de contactores, en función de su estado: el contactor y el ruptor. Se pueden establecer,diferentes clasificaciones de contactores según su principio de funcionamiento, la clase de corriente que los acciona, la disposición de sus contactos y los límites de tensión. Según el tipo de accionamiento, podemos establecer la siguiente clasificación: contactores electromagnéticos, contactores mecánicos y electromecánicos, contactores neumáticos y contactores hidráulicos. Según la disposición de los contactos, encontramos los siguientes tipos de contactores: contactores al aire, contactores en ambiente gaseoso y contactores al aceite. Según la clase de corriente, se establece la siguiente clasificación: contactores de corriente continua y contactores de corriente alterna. Por último, según los límites de tensión, existen los siguientes tipos de contactores: contactores de baja tensión y contactores de alta tensión. Son aquellos cuyos contactos soportan tensiones superiores a los 1.000 V. La simbología y el referenciado de contactores se recogen en la Norma CEI 947-4. Se trata de una norma internacional que establece las categorías de servicio y las condiciones de funcionamiento de los contactores de potencia. Los bornes de conexión de los contactores pueden ser referenciados mediante códigos de cifras y letras, o simplemente con cifras, hecho que ayuda a identificarlos. El funcionamiento general de un contactor electromagnético se puede describir como una parte motora (circuito magnético) que consta de una parte fija y otra móvil; la fija, cuando se somete a la tensión de maniobra a la bobina, atrae a la móvil, que a su vez lleva solidarios unos contactos, cuyos polos son los encargados de abrir o cerrar circuitos. Cuando esta fuerza de atracción cesa, un resorte se encarga de llevar la parte móvil del contactor a la posición de reposo de manera que éste queda listo para otra maniobra.

88

LOS CONTACTORES

Ejercicios de autocomprobación Rodea con un círculo la Vsi cada una de las siguientes afirmaciones


falsa. . El poder de ruptura de un contactor es el valor de la máxima intensidad que el contactor puede cortar sin deteriorarse con unas determinadas condiciones de trabajo. . En los contactores neumáticos, su sistema de accionamiento es por medio de líquido. . Los contactores necesitan para su correcto funcionamiento que la alimentación de la bobina se realice en corriente alterna.

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

. Los contactos de potencia de un contactor se referencian con un sólo número del 1 al 6; 1, 3, 5, para los de entrada y 2, 4, 6, para los de salida. . Los contactores temporizados se caracterizan por que su contacto auxiliar realiza el cambio de estado transcurrido un tiempo a partir del momento en que se da la orden de efectuarlo. . La reluctancia es una magnitud eléctrica que nos define la resistencia que en un circuito magnético se opone al paso del flujo. . Los contactores de ambiente gaseoso se utilizan para todo tipo de niveles de tensión. Aunque en alta tensión se encuentran en la actualidad en desuso. . La simbología de los contactores se recoge en una norma internacional que establece las categorías de servicio y las condiciones de funcionamiento de los contactores de potencia. . Según el referenciado de los contactores, en un esquema, las siglas NC, significan continuamente abierto. . La primera cifra del referenciado de los contactos auxiliares nos muestra el número de cables del contactor, pues en un contactor puede haber más de un cable. Compara

tus respuestas


errores, repasa la parte correspondiente



tu

cometido

estudio.

I

8'

UNIDAD 8


RELÉS DE MANDO Y APARATOS AUXILIARES Existen diversas definiciones de relé, pero una de las más aceptadas es la definición dada por la Asociación de Fabricantes de Relés de EE.UU. (NARM), que lo define com o un elemento controlado eléctricamente que abre o cierra unos c o n t a c t o s c o m o e f e c t o de la influencia de otros elementos, en el mismo o en otro circuito eléctrico. Otra definición también aceptada es la que lo señala como un dispositivo (que puede ser eléctrico, neumático o mecánico, etc.) accionado por una variación en las características de funcionamiento de otros dispositivos (eléctricos, mecánicos, etc.) en el mismo circuito o en otro u otros circuitos eléctricos distintos. En el apartado de elementos auxiliares de mando y señalización se tratará de dar una visión lo más completa posible de la aparamenta auxiliar de mando y de maniobra que normalmente acompañan a los contactores en los montajes de automatismos eléctricos.

C l a s i f i c a c i ó n d e los r e l é s Tabla 1.

A los relés, se les puede clasificar según diferentes criterios, uno de ellos es por el

Clasificación de los relés

objeto de su instalación, donde se distinguen los de protección

o los de medida,

por la función que realizan en el circuito eléctrico.

Otra posible clasificación es por la función que realizan en el circuito eléctrico (tabla 1).

Por la función que realizan en el circuito electrico

De funcionamiento continuo

De funcionamiento por todo o nada Instantáneos

Temporizados

Secuenciales

Limitadores

Elemental

Elemental

Autoperlódico

De comparación de módulos de magnitudes de acción

Con contactos de paso

De duración de acción limitada

De programa

Con inmovilización de posición

Con inmovilización de posición

Integrador

De fase Analógicos

90

Convertidores

UNIDAD 8


Relés t e m p o r i z a d o r e s En lo t r a t a d o hasta el m o m e n t o , los c o n t a c t o s asociados a los e l e m e n t o s c o n m u t a ban de f o r m a i n m e d i a t a al a c t i v a r el ó r g a n o de m a n d o . Esta o p c i ó n no resulta ser s u f i c i e n t e en los a u t o m a t i s m o s , y es necesario incluir un r e t a r d o en la gran mayoría de procesos; es en este c a m p o d o n d e se aplican los relés

temporizadores.

La

precisión de los r e t a r d o s es de gran i m p o r t a n c i a sobre la calidad de los p r o d u c t o s o b t e n i d o s ; por ejemplo, en a c t i v i d a d e s de s o l d a d u r a eléctrica, la d u r a c i ó n del paso de c o r r i e n t e d e t e r m i n a r á en g r a n m e d i d a la calidad de cada p u n t o de soldadura. Los t e m p o r i z a d o r e s t i e n e n dos partes, c o m o t o d o s los relés: una, la r e c e p t o r a que se ha de a l i m e n t a r para que f u n c i o n e el t e m p o r i z a d o s y otra, f o r m a d a por una serie de c o n t a c t o s asociados q u e c o n m u t a n su posición según el t i p o de t e m p o r i z a d o r . El m a r g e n de t i e m p o de c o n m u t a c i ó n de los c o n t a c t o s se d e n o m i n a m á r g e n e s de t i e m p o y suele oscilar e n t r e varios s e g u n d o s a horas. Todos los t e m p o r i z a d o r e s disp o n e n de un m e c a n i s m o que p e r m i t e fijar el t i e m p o de t e m p o r i z a c i ó n . Los t e m p o r i z a d o r e s , en una p r i m e r a clasificación, se p u e d e n dividir en tres tipos: Temporizados

a la conexión.

También llamados t e m p o r i z a d o r e s al t r a b a j o ;

r e t a r d a n el c i e r r e o la a p e r t u r a de un c o n t a c t o a p a r t i r de a c t i v a r s e el t e m p o r i z a d o r por una señal de m a n d o . Cuando la bobina no se e n c u e n t r a a l i m e n t a d a , los c o n t a c t o s v u e l v e n a su Excitación bobina

posición de reposo. Observa el d i a g r a m a de f u n c i o n a m i e n t o en la f i g u r a 3a. Temporizados

a la desconexión.

Se les suele llamar

t a m b i é n t e m p o r i z a d o r e s al reposo; los c o n t a c t o s asociados a estos t e m p o r i z a d o r e s c o n m u t a n la posición Temporizado al trabajo

de los c o n t a c t o s de f o r m a i n s t a n t á n e a al a c t i v a r su ó r g a n o de m a n d o . Cuando se desactiva su ó r g a n o de m a n d o es c u a n d o empieza el proceso de t e m p o r i z a ción, m a n t e n i e n d o los c o n t a c t o s a c t i v a d o s hasta q u e

T1

ha t r a n s c u r r i d o el t i e m p o p r o g r a m a d o en que volveTemporizado al reposo

r á n a su posición de reposo. Un e j e m p l o de t e m p o r i zación a la c o n e x i ó n es la instalación de un e q u i p o de luces m a n d a d a por un a u t o m á t i c o de escalera. El diag r a m a de f u n c i o n a m i e n t o se refleja en la f i g u r a 3b.

T2

Temporizados Temp. al reposo + trabajo

a la conexión

y desconexión.

Retardan

el cierre o la a p e r t u r a de sus c o n t a c t o s a p a r t i r de un t i e m p o desde q u e se a c t i v e el t e m p o r i z a d o r , m a n t e n i e n d o esa posición un t i e m p o después de la desacti-

T1

90

T2

vación del m i s m o . Su d i a g r a m a de f u n c i o n a m i e n t o se c o r r e s p o n d e con el de la f i g u r a 3c.

R E L É S DE M A N D O Y A P A R A T O S

AUXILIARES

E 3 Relés auxiliares o d e m a n d o Este t i p o de relés, t a m b i é n llamados relés miento

de todo

o nada,

de

funciona-

relés auxiliares o c o n t a c t o r e s

auxiliares se d e f i n e n , según el v o c a b u l a r i o e l e c t r o t é c n i c o i n t e r n a c i o n a l , de la f o r m a s i g u i e n t e : "Un relé de todo o nada

es un relé

amplios

Ifmites

importancia

establecido

para

de la magnitud

secundaria

funcionar

de influencia,

su valor

de ajuste

dentro

de

siendo

de

o de

regula-

ción". Los relés auxiliares

son c o n t a c t o r e s de baja potencia, no

d i s p o n e n de c á m a r a s apagachispas ni de bobinas

de

soplado. En los relés previstos para t r a b a j o s más duros se diseñan sus c o n t a c t o s para que la i n t e r r u p c i ó n del arco se p r o d u z c a por e l o n g a c i ó n sin n i n g ú n s i s t e m a de soplado. En la f i g u r a 1 se m u e s t r a n d i f e r e n t e s m o d e l o s de relés auxiliares de m a n d o . En el m e r c a d o existe una gran v a r i e d a d en lo r e f e r e n t e a n ú m e r o de c o n t a c t o s nor-

Figura l

m a l m e n t e a b i e r t o s y n o r m a l m e n t e cerrados. Las bobinas se diseñan para ser cone-

Modelos de relés auxiliares

xionadas a las t e n s i o n e s n o r m a l i z a d a s : 48,110,125, 2 2 0 , 2 6 0 , 3 8 0 , 4 4 0 y 5 0 0 V y a

de mando.

una f r e c u e n c i a de 5 0 Hz.

Simbología y referenciado

Figura 2.

La simbología es similar a la que se explicó para los c o n t a c t o r e s , con la única dife-

Simbología y referenciado

rencia de que a las bobinas de los relés de m a n d o se las d e n o m i n a con las letras K

de relés auxiliares.

o KA seguidas de un n ú m e r o de o r d e n . Los c o n t a c t o s se n u m e r a n de f o r m a similar a la explicada en los c o n t a c t o r e s , c o m e n z a n d o el n ú m e r o de o r d e n de izquierda a ' d e r e c h a .

13 4NC + 2N

La f i g u r a 2 clarifica lo explicado y se repres e n t a n diversas posibilidades de

disposi-

ción de c o n t a c t o s .

Constitución El relé mas e x t e n d i d o es el de t i p o const r u c t i v o p a r e c i d o al contactor. Su c o n s t i t u ción la f o r m a n :

14

13

123

I 33

I 43 4NA

14

124

134

I44

13

123

I 33

I 43 1NC + 3N

- Electroimán. - Los c o n t a c t o s .

14

I 24

I 34

I 44

Relés auxiliares: tipos.

91

R E L É S DE M A N D O Y A P A R A T O S A U X I L I A R E S

Temporizadores magnéticos La bobina de los temporizadores

magnéticos

se alimenta con corriente continua o

con corriente alterna previamente rectificada.

Temporizadores neumáticos Un relé temporizador de principio

de funcionamiento

neumático

consta de tres par-

tes: - Orificio con filtro por donde penetra el aire comprimido, un vástago de latón en forma de cono que dispone de un tornillo de regulación de paso del aire, un fuelle de goma y un resorte antagonista situado en el interior del fuelle. Las gamas de regulación de tiempo van desde 0,1" a 1 hora. - Un electroimán para corriente continua o corriente alterna. - Los contactos solidarios al temporizador actúan mediante un juego de levas y palancas. Independientemente del principio de funcionamiento, todos los relés temporizados pueden ser a la conexión, a la desconexión o que dispongan de las dos posibilidades. Para que sea posible el último caso, el relé lleva dos cabezas independientes de temporlzación, una para retardar la conexión y otra para retardar la desconexión.

Temporizadores térmicos El principio de f u n c i o n a m i e n t o de los temporizadores

térmicos

se ba:sa en los

efectos térmicos de la corriente. El elemento f u n d a m e n t a l lo constituye un trans-

Figura 4.

f o r m a d o r de tensión; su primarlo se conecta a la f u e n t e de alimenta ción y el

Temporizador térmico.

secundario queda cerrado por una resistencia variable y un elemento bimetálico cuya d e f o r m a c i ó n se aprovecha para accionar un contacto c o n m u t a d o r (Fig. 4). Una particularidad de los temporizadores térmicos es que al cesar la tensión de alimentación el contacto no retorna Instantáneamente a su posición de reposo, pues el bimetal necesita de un cierto tiempo para enfriarse y volver a su posición inicial. Los temporizadores térmicos se pueden clasificar en: - De barras dilatables.

Los contactos se mueven cuando la diferencia de

temperatura entre dos barras dilatables idénticas alcanza el valor deseado, estando una de las barras calentada eléctricamente por la corriente de mando. Con este sistema se obtienen temporizaciones de 2" a 4'.

UNIDAD 8


- Con hilos de dilatación.

Este t e m p o r i z a d o r d i s p o n e de un hilo r e c o r r i d o por

la c o r r i e n t e de m a n d o . C u a n d o se calienta, se dilata y m a n d a los c o n t a c t o s de r u p t u r a brusca. Se p u e d e n o b t e n e r con este sistema t e m p o r i z a c i o n e s de 0 , 2 " a 6'. - En atmósfera

de gas. En un r e c i p i e n t e se e n c u e n t r a un gas i n e r t e que c o m u -

nica con un t u b o capilar y éste a su vez con una c o l u m n a de m e r c u r i o ; un filam e n t o , r e c o r r i d o por la c o r r i e n t e de m a n d o , calienta el gas, que al dilatarse e m p u j a al m e r c u r i o , éste c o r t o c i r c u i t a dos e l e c t r o d o s que a t r a v i e s a n la p a r e d del t u b o c o r t o c i r c u i t a n d o con ello los b o r n e s de salida. - De biláminas.

Se basan en el d i f e r e n t e c o e f i c i e n t e de d i l a t a c i ó n q u e t i e n e n

dos metales d i f e r e n t e s í n t i m a m e n t e unidos, se p r o v o c a r á una c u r v a t u r a y con ellos se u n i r á n los bornes de salida. Un a r r o l l a m i e n t o de caldeo se encarga de c a l e n t a r el b i m e t a l .

Temporizadores electrónicos

Figura 5. Temporizadores

electrónicos.

El e m p l e o de los temporizadores

electrónicos

se extien-

de cada vez más. Se utiliza con relés e l e c t r o m a g n é t i c o s , al estar su bobina prevista para ser a l i m e n t a d a

con

c o r r i e n t e c o n t i n u a . Se basan en la carga y descarga de un c o n d e n s a d o r C a t r a v é s de una resistencia R. La r e s i s t e n c i a R d e s e m p e ñ a el p a p e l de l i m i t a d o r de caudal, p u d i e n d o ser fija o r e g u l a b l e m e d i a n t e p o t e n c i ó m e t r o . Se s u e l e n usar c o n d e n s a d o r e s e l e c t r o l í t i c o s , s i e m p r e q u e su r e s i s t e n c i a de a i s l a m i e n t o sea b a s t a n t e m a y o r q u e la r e s i s t e n c i a de d e s c a r g a R; si no f u e r a así, el c o n d e n s a d o r C se d e s c a r g a r í a a t r a v é s de su insuficiente

resistencia

de a i s l a m i e n t o .

La f i g u r a

5

m u e s t r a el a s p e c t o e x t e r n o de a l g u n o s t e m p o r i z a d o r e s electrónicos.

Dispositivos electromecánicos de temporización Tabla 2. Dispositivos electromecánicos

Se r e c u r r e a estos dispositivos c u a n d o se necesiten t i e m p o s de t e m p o r i z a c i ó n supe-

de temporización.

riores a una hora, y se p u e d e n clasificar de la f o r m a indicada en la t a b l a 2.

Dispositivos e l e c t r o m e c á n i c o s de t e m p o r i z a c i ó n De relojería de rotación continua, por m o t o r mecánico o eléctrico Aparatos con sentido único de rotación

94

Aparatos con retorno a cero

De relojería de rotación discontinua, mandados por un sistema temporizado Aparatos con sentido único de rotación

Aparatos con retorno a cero


Otro tipo de clasificación los divide entre: - Cíclicos. Se utilizan en procesos que se repiten periódicamente por sí mismos una vez que se ha dado la orden de mando al temporizador, por ejemplo, el programador de una lavadora industrial. - No cíclicos. Se emplean en maniobras que funcionan según ciclos sucesivos no repetitivos, por ejemplo, el temporizador utilizado para realizar el paso de estrella a triángulo en ciertos arranques de motores asincronos.

Reciben el nombre de dispositivos de relojería los elementos motores utilizados en la temporización electromecánica. El sistema de transmisión del movimiento es el siguiente: el eje de un micromotor acciona un reductor de velocidad constituido por engranaje demultiplicador.

Los motores utilizados en los dispositivos de relojería son: - Motores

mecánicos.

Disponen de un motor asincrono de rotor de jaula de

ardilla. Así se asegura una reserva de marcha en caso de corte de corriente; el Inconveniente, al igual que cualquier reloj mecánico, es que puede adelantarse o retrasarse. - Micromotores

síncronos.

Son de gran precisión al depender la velocidad úni-

camente de la frecuencia de la corriente que lo alimenta, el eje del motor arrastra en su movimiento al árbol de levas a través del mecanismo reductor que varía según la gama de tiempos que se desee obtener. Figura 6. Programadores

Programador de levas.

En la figura 6 se muestra el aspecto externo de un programador de levas. Estos temporizadores (clasificación cíclica) disponen de un eje provisto de varias levas que se ajustan independientemente, formando un ciclo de funcionamiento con intervalos de tiempo y orden de accionamiento ya prefijados. Según como se comporten ante cortes en el suministro de tensión se construyen: - Programadores sin retorno a cero. - Programadores con retorno a cero. Conmutación

de acción

diferida

Forma parte de los temporizadores no cíclicos. Su funcionamiento es de la forma siguiente: cuando es alimentado con tensión comienza a girar, permaneciendo los contactos en reposo mientras dura el proceso de temporización. Transcurrida ésta

UNIDAD 8


las levas accionadas por el eje del motor invierten los contactos. El motor se parará; para ponerlo otra vez en marcha se deberá accionar un pulsador manual o automáticamente. Interruptor

horario

Es un temporizador cíclico que funciona de la forma siguiente: el eje del motor con su correspondiente reductora pone en movimiento un disco graduado sobre cuyo borde pueden desplazarse unos cursores. Éstos, en su movimiento, chocan con conmutadores, los cuales abren o cierran circuitos según se hayan programado previamente. En la figura 7 aparece un interruptor horario. Las posibilidades de programación son inmensas (diario y semanal o diario y mensual...). En el mercado también existen temporizadores electrónicos cíclicos con indicación digital. Figura 7. Interruptor horario.

Graduador

de

impulsos

Es un temporizador del grupo de los cíclicos, en el que el tiempo de apertura Ta y de cierre Te de los contactos es regulable. La suma de los tiempos Ta + Te es constante e igual a la duración del ciclo y corresponde a una rotación completa de eje de mínima velocidad. Funciona de la forma siguiente: el eje de mínima velocidad del motor acciona una serie de levas ajustables; estos ajustes pueden tener una duración que va desde un 2 % al 9 8 % de la duración total del ciclo, o se puede obtener el mismo resultado con dos levas montadas sobre un mismo eje combinando su decalación angular y sus contactos conexionados en serie. De minutería

síncrona

Es un t e m p o r i z a d o r a la desconexión, los contactos se gobiernan por un impulso breve. Su f u n c i o n a m i e n t o es el siguiente: por medio de un relé de aislamiento se aplica un impulso sobre la bobina del embrague, éste quedará accionado permaneciendo embragado debido al contacto de autoalimentación M. La leva girará y al final de la temporización la leva acciona el contacto de desconexión A con lo que tanto el embrague como el motor quedan desconectados. Gracias a un resorte la leva vuelve a su posición y los contactos A y B también vuelven a su posición de reposo.

H _ O t r o s relés Resulta prácticamente imposible examinar todos los tipos existentes en el mercado de relés de mando y control, dado los objetivos que este curso pretende. No obstante, mencionaremos algunos de ellos, como por ejemplo: relés de alarma, relés de control de líquidos o relés controladores de fotocélulas.

96


S

E l e m e n t o s auxiliares d e m a n d o y señalización

En una primera clasificación, los elementos auxiliares se agruparán de la forma siguiente: - Elementos de mando manual. - Elementos de mando automático. - Elementos de señalización.

Manuales Los elementos de mando manuales deben: - Ser sencillos, seguros, robustos y disponer de resistencia al choque. - Garantizar la seguridad del personal y la de la máquina que controla. - Permitir arranques y paradas mediante varios puestos de mando. - Evitar al operario desplazamientos y movimientos inútiles y fatigosos. - Impedir arranques no previstos después de un corte de corriente. Las condiciones de utilización y las características de los circuitos controlados son criterios que determinan la elección de los auxiliares de mando manual.

Figuras. Tipos de pulsadores.

Pulsadores Las cajas de pulsadores son unidades de mando empotrables (Fig. 8). Según la función que realizan se dividen en: - Los que sólo conectan y desconectan durante el impulso, y posteriormente vuelven a su posición inicial (contactos momentáneos) y es a éstos a los que más nos dedicaremos. - Los que quedan en posición activada cuando se acciona la cabeza de mando (contactos mantenidos o de enganche). Precisan de una segunda intervención para anular la anterior. En realidad son Interruptores.

H

Las cajas de pulsadores se usan en m a n i o b r a s con c o n t a c t o r e s para a b r i r o c e r r a r c i r c u i t o s auxiliares, para el m a n d o de relés, para la señalización, etc. En la f i g u r a 9 se aprecia la c o n s t i t u c i ó n de un pulsador. Consta b á s i c a m e n t e de: - Un b o t ó n pulsador. - Una c á m a r a de c o n t a c t o s . Al a c c i o n a r el b o t ó n pulsador, éste actúa sobre los c o n t a c t o s c a m b i á n d o l o s de posición: los a b i e r t o s pasarán

a cerrados

y los cerrados

a

abiertos.

Figura 9. Sistemas de montaje de los pulsadores.

Combinadores Se utilizan los c o m b i n a d o r e s para el m a n d o s e m i a u t o m á t i c o en varios t i e m p o s de los aparatos de elevación (tornos, puentes grúas, etc.). Gracias a los múltiples c o n t a c t o s que disponen, g o b i e r n a n el arranque, la aceleración y el f r e n a d o de los m o t o r e s . Están diseñados para que se m a n e j e n m a n u a l m e n t e m e d i a n t e giros de palancas y manivelas. Su a p l i c a c i ó n principal es en el c a m p o del m a n d o y c o n t r o l de a p a r a t o s elevadores (grúas, m o n t a c a r g a s , etc.). Por el s i s t e m a de m a n d o se dividen en: - Mando

de uno, dos, etc. combinadores

mediante

palanca.

La m a n i o b r a se

realiza con la a y u d a de una palanca o de una m a n e t a t i p o pistola. - Mando

de combinadores

mediante

pedales.

Suelen ser de i m p u l s o o de

e n g a n c h e y e s t á n d e s t i n a d o s al m a n d o a t r a v é s de c o n t a c t o r e s de m á q u i nas h e r r a m i e n t a s ( b o b i n a d o r a s , e s m e r i l a d o r a s , t a l a d r a d o r a s , prensas, sold a d o r a s , etc.). Se usan p r e f e r e n t e m e n t e c u a n d o el o p e r a r i o t i e n e las dos manos ocupadas.

98

RELÉS DE M A N D O Y A P A R A T O S

- Mando de combinadores

mediante

servomotor.

AUXILIARES

Se utiliza este t i p o de m a n d o

para el g o b i e r n o a distancia de los a r r a n q u e s o r e g u l a c i o n e s a u t o m á t i c a s de v e l o c i d a d c o n t r o l a d a s por relé, o c o m o p r o g r a m a d o r en los e q u i p o s a u t o m á ticos que r e p i t e n las secuencias de m a n i o b r a - Mando de combinadores

mediante

llaves. La a p e r t u r a o cierre de c o n t a c t o s se

realiza m e d i a n t e una llave m e d i a n t e un giro e l e m e n t a l de 9 0 ° . Este t i p o de m a n d o s evita posibles a c c i o n a m i e n t o s de operarios no a u t o r i z a d o s (Fig. 10).

Detectores y automáticos Se r e c u r r e a sistemas

de mando

automáticos

con el o b j e t o de evitar p r e o c u p a c i o -

nes al usuario, es preciso q u e el m a n d o a u t o m á t i c o sea seguro, sencillo, r o b u s t o y fiable. En este caso, el c o n t r o l de los c o n t a c t o r e s se suele realizar por d e s p l a z a m i e n tos de m ó v i l e s a c c i o n a n d o en su r e c o r r i d o finales de carrera, por el v i e n t o (anemóm e t r o s ) , por la presión (presostatos), por las d e p r e s i o n e s (vacuostatos), por la t e m p e r a t u r a ( t e r m o s t a t o s ) , v e l o c i d a d de un m o t o r ( t a c ó m e t r o s ) , l u m i n o s i d a d (células f o t o e l é c t r i c a s ) , etc.

Figura 10. Tipos de mandos especiales

Es e v i d e n t e que las posibilidades son ¡limitadas, según d i f e r e n t e s v a r i a n t e s : por la f o r m a de los d i s p o s i t i v o s de m a n d o , por los f e n ó m e n o s físicos a medir, por las prot e c c i o n e s que facilitan, etc. De c u a l q u i e r f o r m a , para la elección de un sistema de m a n d o a u t o m á t i c o se t e n d r á q u e t e n e r en c u e n t a : Naturaleza del a m b i e n t e .

- Condiciones de u t i l i z a c i ó n .

P r o t e c c i ó n que debe tener.

- Cantidad y n a t u r a l e z a de los c o n t a c t o s .

L u g a r de t r a b a j o .

- Valor de la t e n s i ó n e i n t e n s i d a d a controlar.

Finales

de

carrera

Su f u n c i ó n es c o n t r o l a r la posición de c i e r t o s ó r g a n o s móviles de las máquinas, perm i t i e n d o la puesta en m a r c h a , la d i s m i n u c i ó n de velocidad, la parada en un d e t e r m i n a d o lugar, o m a n d a r ciclos de f u n c i o n a m i e n t o a u t o m á t i c o s . Los dispositivos que se e m p l e a n para el m a n d o son m u y

•

diversos; e n t r e los más c o r r i e n t e s se e n c u e n t r a n : pulsadores, bolas, liras, roldanas, etc. (Fig. 11). Se p u e d e n dist i n g u i r los siguientes g r u p o s de finales de c a r r e r a : - Los q u e p r o p o r c i o n a n una p r o t e c c i ó n c o n t r a excesos de carrera ( c o n t r o l a n la v e l o c i d a d ) . - Los q u e enclavan y r e g u l a n la sucesión de movim i e n t o s de los d i s t i n t o s e l e m e n t o s de una t r a n s m i sión de i n t e r c o n e x i ó n .

s

Figura 11. Modelos de finales de carrera.

UNIDAD 8


- Los que se e n c a r g a n de inversiones de s e n t i d o de giro de m o t o r e s , t r a n s f e rencias a o t r o s circuitos, etc. - Los q u e se e n c a r g a n de parar a un m o t o r en m o m e n t o s previstos. Controladores

de

Son los presostatos

presión y los vacuostatos.

Son aparatos diseña-

dos para regular o c o n t r o l a r la presión en circuitos hidráulicos y n e u m á t i c o s (Fig. 12). En el m o m e n t o en que la presión o depresión adquiera un valor prefijado, el c o n t a c t o de cierre o de a p e r t u r a cambia de posición Se e m p l e a n para: - A s e q u r a r la c i r c u l a c i ó n de un f l u i d o de l u b r i c a c i ó n o de refriqeraclón. - L i m i t a r la presión en m á q u i n a s - h e r r a m i e n t a s . - O r d e n a r la puesta en m a r c h a de g r u p o s c o m p r e s o r e s .

Controladores

de

temperatura

Presostatos y vacuostatos. Se utilizan para mantener

la temperatura

deseada en un sistema c e r r a d o . Un sen-

sor de t e m p e r a t u r a se encarga de c o n m u t a r los c o n t a c t o s de m a n d o . Detectores

de nivel

de

líquidos

Se e m p l e a n para el mando

automático

de estaciones

de bombeo

c o n t r o l a n d o la

a l t u r a m á x i m a y m í n i m a del líquido c u y o nivel se t r a t a de controlar. Figura 13. Detectores

Detectores

fotoeléctricos

fotoeléctricos. Los d e t e c t o r e s f o t o e l é c t r i c o s p e r m i t e n d e t e c t a r la presencia o m o v i m i e n t o de objetos al c o r t a r un haz l u m i n o s o (Fig. 13). Los sistemas utilizados son: - Sistema

reflex.

El e l e m e n t o e m i s o r y r e c e p t o r se e n c u e n t r a n en

una

m i s m a caja. El haz l u m i n o s o q u e p r o v i e n e del e m i s o r es r e e n v i a d o al r e c e p t o r p o r un r e f l e c t o r m u l t i p r i s m a s . T i e n e la v e n t a j a de ser e c o n ó m i co y f á c i l de m a n i p u l a r , p e r o t i e n e el I n c o n v e n i e n t e de q u e su a l c a n c e es m u y r e d u c i d o , a p r o x i m a d a m e n t e 8 m, y no d e t e c t a el paso de un o b j e t o reflectante. - Sistema

barrera.

El receptor y el emisor se encuentran separados. Cuando la

intensidad del haz luminoso alcanza un umbral determinado, un sistema fotosensible manda la conmutación del órgano de salida, ampliando previamente la señal. Tiene un alcance superior a los 15 m y puede detectar un objeto reflectante.

I


Frenos

de

maniobra

A veces es necesario poder parar los motores rápidamente Para conseguir este objetivo se usan los frenos electromagnéticos de maniobra. Suelen usarse en grúas, montacargas, finales de carrera, etc. Están constituidos por el freno y el accionamiento

del freno.

El freno es una rueda o disco metálico con eje coincidente con el del motor sobre él pueden actuar una o dos zapatas metálicas recubiertas de fieltro o amianto para conseguir una aceptable fricción. Las zapatas se encuentran sometidas a la presión de una serie de muelles. El accionamiento

se efectúa por medio de un electroimán, su armadura es solidaria

con las zapatas del freno. Cuando el electroimán no está excitado, los muelles antagonistas del freno mantienen a las zapatas sobre la rueda del freno, al poner en marcha el motor se excita el electroimán y atrae a su armadura, venciendo la presión de los muelles de freno. Cuando se para el motor se vuelve a repetir el ciclo.

^

Elementos de señalización

Resulta imprescindible señalar cualquier estado de los elementos de mando y control de los equipamientos eléctricos, así como el estado de funcionamiento del mismo equipamiento; para conseguirlo se recurre a dispositivos de señalización. Normalmente se acostumbra a dividirlos en dos grandes grupos: - Señalizaciones acústicas. Las suelen realizar: timbres, sirenas, zumbadores. Suelen indicar situaciones de funcionamiento peligrosas. - Señalizaciones

ópticas. Que se pueden realizar de la forma:

- Por indicaciones de adhesivos con diferentes colores y marcas. - A través de placas indicadoras, situadas alrededor del botón pulsador. En la tabla 3 verás los colores normalizados de los pulsadores. - Señalización

luminosa.

Los sistemas empleados suelen ser:

- Lámparas de incandescencia. - Lámparas en atmósfera de gas. - Lámparas de incandescencia montada en serie con una resistencia. - Lámpara de incandescencia o de gas alimentada por un transformador. En la tabla 4 verás los colores normalizados para las lámparas de señalización.

101

UNIDAD 8


T A B L A 3 - Colores de pulsadores y significado Color

Significado

Aplicaciones

Rojo

Accionamiento en caso de peligro

Paro de emergencias Extinción de incendios

Paro (OFF)

Paro general Paro de algún motor Paro de partes de una máquina Desconexión de un aparato de mando Rearme combinado con función de paro

Amarillo

Intervención

Intervención para interrumpir condiciones anómalas o no deseadas

Verde

Marcha (ON)

Marcha general Arranque de motores Arranque partes de máquinas Conexión de aparatos mando

Azul

Otras condiciones no cubiertas anteriormente

En casos especiales podrá darse a este color un significado especial

Negro Gris Blanco

No tiene ningún significado especial

Se podrán usar para cualquier significado. A excepción de pulsador de paro

T A B L A 4 - Colores para lámparas de señalización y significado Color

Significado

Explicación

Empleos

Rojo

Peligro o alarma

Señaliza peligros o estados que requieran acción Inmediata

Fallo sistema de engrase Temperatura excesiva Partes de máquina parada Peligro partes bajo tensión

Amarillo

Precaución

Modificación o cambio próximo de condiciones

Temperatura o presión que difiere del valor normal Sobrecarga admisible solamente un tiempo

Verde

Seguridad

Condiciones de servicio seguras

Circulación de líquido de refrigeración Conectada la maniobra automática de la caldera Maquina dispuesta para el arranque

Azul

Informaciones específicas

Cualquier significado menos los anteriores

Señalización de mando remoto Selector colocado en posición de preparación de máquina

Blanco

Información general

Cualquier significado podrá ser empleado cuando existan dudas sobre el empleo de los colores

102


Resumen Relés auxiliares o de mando: también llamados relés de funcionamiento de todo o nada, se definen como relés para funcionar dentro de amplios límites de la magnitud de influencia, siendo de importancia secundaria su valor de ajuste o de regulación. Están constituidos básicamente por un electroimán y un juego de contactos. Relés temporizadores: son relés en los que la abertura o cierre de sus contactos se efectúa con retardo y se pueden clasificar en: - Temporizados a la conexión, retardan el cierre o la apertura de un contacto a partir de activarse el temporizador por una señal de mando. - Temporizados a la desconexión, conmutan la posición de los contactos de forma instantánea al activar su órgano de mando. Cuando se desactiva su órgano de mando es cuando empieza el proceso de temporización. - Temporizados a la conexión y desconexión. Retardan el cierre o la apertura de sus contactos a partir de un tiempo desde que se active el temporizador. Por su principio de funcionamiento pueden ser: magnéticos, neumáticos, térmicos o electrónicos. Dispositivos electromecánicos de temporización: se recurre a estos dispositivos cuando se necesitan tiempos de temporización superiores a una hora. Programadores: disponen de un eje provisto de varias levas que se ajustan independientemente, formando un ciclo de funcionamiento con intervalos de tiempo y orden de accionamiento ya prefijados. Interruptor horario: funciona de la forma siguiente: el eje del motor con su correspondiente reductora pone en m o v i m i e n t o un disco graduado sobre cuyo borde pueden desplazarse unos cursores. Estos en su movimiento chocan con conmutadores, los cuales abren o cierran circuitos según se hayan programado previamente. De minutería síncrona: es un temporizador a la desconexión. Pulsadores: las cajas de pulsadores son unidades de mando empotrables. Atendiendo a las condiciones de mando, pueden clasificar en eléctricos, mecánicos, de montaje y ambientales.

103

UNIDAD 8


Combinadores: se utilizan los combinadores para el mando semiautomático en diversas máquinas de elevación (tornos, puentes grúas, etc.). Por el sistema de mando se dividen en mando de uno, dos, etc. combinadores mediante palanca; mando de combinadores mediante pedales; mando de combinadores mediante servomotor; mando de combinadores mediante llaves. Y por su construcción se dividen en combinadores de mandos de segmentos (constituidos por una serie de segmentos interconexionados eléctricamente y dispuestos sobre un cilindro rotativo) y combinadores de mando de levas; en este último caso también existe un tambor giratorio pero se diferencian estos combinadores del anterior en que dicho tambor está constituido por el apilamiento de una serie de levas construidas de material aislante, las cuales actúan mecánicamente sobre una serie de contactos móviles abriendo y cerrando circuitos. Finales de carrera: su función es controlar la posición de ciertos órganos móviles de las máquinas, permitiendo la puesta en marcha, la disminución de velocidad, la parada en un determinado luqar o mandar ciclos de funcionamiento automáticos. Controladores de presión: presostatos y los vacuostatos, son aparatos diseñados para regular o controlar la presión en circuitos hidráulicos y neumáticos. En el momento en que la presión o depresión adquiera un valor prefijado, el contacto de cierre o de apertura cambia de posición. Controladores de temperatura: se utilizan para mantener la temperatura deseada en un sistema cerrado. Un sensor de temperatura se encarga de conmutar los contactos de mando. Detectores de nivel de líquidos: se emplean para el mando automático de estaciones de bombeo controlando la altura máxima y mínima del líquido cuyo nivel se trata de controlar. Detectores fotoeléctricos: los detectores fotoeléctricos permiten detectar la presencia o movimiento de objetos al cortar un haz luminoso. Frenos de maniobra: a veces es necesario poder parar los motores rápidamente. Para conseguir este objetivo se usan los frenos electromagnéticos de maniobra. Señalizaciones acústicas: timbres, sirenas, zumbadores. Suelen indicar situaciones de funcionamiento peligrosas. Señalizaciones ópticas: por indicaciones de adhesivos con diferentes colores y marcas o a través de placas indicadoras, situadas alrededor del botón pulsador. I 1 I Señalización luminosa: los sistemas empleados suelen ser lámparas de Incandescencia, lámparas en atmósfera de gas, lámparas de Incandescencia montada en serie con una resistencia y lámparas de incandescencia o de gas alimentada por un transfórmador.

104


Ejercicios de autocomprobación Rodea con un círculo la V si cada una de las siguientes afirmaciones

es verdadera, ola F si es

falsa. . Los relés auxiliares en realidad son contactores de baja potencia que no disponen de cámaras apagachispas ni de bobinas de soplado.

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

. Los temporizadores a la conexión retardan el cierre o la apertura de un contacto a partir de desactivarse el temporizador por una señal de mando. . La bobina de los temporizadores magnéticos se alimenta con corriente continua o con corriente alterna previamente rectificada. . Una particularidad de los temporizadores térmicos es que al cesar la tensión de alimentación el contacto no retorna Instantáneamente a su posición de reposo. . Un graduador de impulsos es un temporizador del grupo de los no cíclicos, en el que el tiempo de apertura Ta es regulable y el tiempo de cierre Te no es regulable. . Los pulsadores quedan en posición activada cuando se acciona la cabeza de mando y precisan de una segunda intervención para anular la anterior. . Un final de carrera no tiene la función de mandar ciclos de funcionamiento automáticos. . Un freno de maniobra es una rueda o disco metálico con eje coincidente con el del motor sobre el que pueden actuar una o dos zapatas metálicas. . Los detectores de nivel de líquidos se emplean para el mando automático de estaciones de bombeo controlando la altura máxima y mínima del líquido cuyo nivel se trata de controlar. SO. Las lámparas de color azul señalizan peligros o estados que requieran acción inmediata. Compara errores,

tus respuestas


repasa ia parte correspondiente



tu

estudio.

cometido

UNIDAD 8


ESQUEMAS DE M A N D O Y CONTROL De m o d o genera! p o d e m o s decir que los esquemas de mando y control se utilizan para el desarrollo de los accionamientos eléctricos mediante contactores, relés auxiliares, temporizadores, pulsadores, lámparas de señal, etc., tanto en el interior de los armarios eléctricos c o m o en el exterior, es decir, en las instalaciones de campo. En estos esquemas

de marido

y control

se r e p r e s e n t a n t o d o s los cables y b o r n e s de

c o n e x i ó n q u e f o r m a n el a u t o m a t i s m o , y r e s p e c t o de la clasificación que h e m o s h e c h o en t e m a s a n t e r i o r e s d i s t i n g u i e n d o los e s q u e m a s unifilares y m u l t i f i l a r e s , d e b e m o s a f i r m a r que se t r a t a de r e p r e s e n t a c i o n e s m u l t i f i l a r e s , es decir, con t o d o s los cables que f o r m a n el c i r c u i t o . A p a r t i r de los e s q u e m a s de m a n d o y c o n t r o l se genera o t r o t i p o de e s q u e m a s para realizar el c o n e x i o n a d o del i n t e r i o r de los a r m a r i o s eléctricos: los esquemas cableado

interno,

de

en los que se detallan las conexiones e n t r e d i s t i n t o s c o m p o n e n -

tes, o bien los q u e c o r r e s p o n d e n a los bornes de c o n e x i ó n para las conexiones exteriores e n t r e d i s t i n t o s equipos. Cuando se t r a t a de los e s q u e m a s de c a b l e a d o i n t e r no, se c o n f e c c i o n a una colección de planos para cada c u a d r o o caja auxiliar q u e puede h a b e r en la instalación. Por lo t a n t o , en este t e m a v a m o s a e s t u d i a r los a u t o m a t i s m o s eléctricos, los sistemas de c o n m u t a c i ó n , las f u n c i o n e s lógicas más i m p o r t a n t e s y los e l e m e n t o s principales de los e s q u e m a s de m a n d o (Fig. 1).

váívula

3 vía*

ci/euito

(Radiadores y bcya temperatura) bomba emano

iRacfcaítores y baja temperatura)

Figura l Unidad de mando de un automatismo gue

corresponde

a una caldera. Se aprecian las señales de entrada correspondientes

a los

sensores y las de salida, hacia la bomba y válvulas respectivas.

106

N t

230 V y/o z o n a uriit OPCIONAL

A F 200

VF 202

OPCIONAt-

E S Q U E M A S DE M A N D O Y C O N T R O L

1

HH L o s a u t o m a t i s m o s e l é c t r i c o s La evolución de la industria ha obligado a la sustitución progresiva de las distintas máquinas que eran independientes entre sí por conjuntos cada vez más complejos que reúnen las funciones propias de la fabricación y el mantenimiento, incluyendo también aplicaciones propias de almacenamiento y control automático. En consecuencia, los sistemas automáticos eléctricos han evolucionado, y siguen modificándose, para mejorar la fiabilidad de los equipos y la velocidad de respuesta. Podemos afirmar, sin ninguna duda, que sin el control eléctrico no podría haber evolucionado ninguna rama de la industria hasta los niveles actuales. Los automatismos

eléctricos

permiten agrupar en un espacio relativamente reduci-

do muchos sistemas de mando y control, que hacen posible una serie de trabajos consecutivos. Detrás de estos automatismos siempre hay un esquema que refleja y hace posible el funcionamiento de la Instalación.

En la mayoría de operaciones de la vida cotidiana hay un sistema de automatización que posibilita el funcionamiento de las máquinas en su sentido más amplio. Por ejemplo, cuando llevas el coche al túnel de lavado, se desencadena un proceso que funciona casi sin actuación del vigilante de la instalación. Según tu vehículo avanza, se pondrá en marcha la ducha del agua a presión, los cepillos giratorios se acercan a la carrocería y a las ruedas; luego, con un movimiento de vaivén, se mueven las bayetas; posteriormente se realiza el aclarado y finalmente entran los ventiladores del secado.

Si tuviera que haber una o varias personas para controlar todo el proceso -abrir y cerrar las válvulas del agua, poner en marcha y parar a su debido tiempo los distintos motores, controlar la posición de los accionamientos, etc.- el coste final del lavado sería muy superior. Por otra parte, los problemas derivados de incorporar accionamientos sucesivos se hacen mayores cuando aumentan la distancia entre los elementos que hay que controlar, y aún se complica más si en un proceso se deben incorporar sistemas de regulación. En muchos procesos hay que controlar la presión, la temperatura, el caudal o las características de diversos componentes, lo que hace necesario medir continuamente estos factores, con el fin de poder actuar y regular el proceso. En consecuencia, sin un sistema que reúna todas estas variables, no podrían funcionar los controles y automatismos de la mayoría de instalaciones, ya que una actuación manual de cualquier operador queda fácilmente superada por las necesidades del funcionamiento del sistema.

107

UNIDAD 8


Los sistemas de c o n m u t a c i ó n Se llama sistema

de conmutación

a todo el conjunto de los contactos y bobinas de

los diferentes relés y contactores, finales de carrera, pulsadores, lámparas, etc., que forman parte de un automatismo. En otras palabras, también podemos decir que un sistema es de conmutación cuando, para conseguir un resultado determinado, es necesario satisfacer una serle de condiciones que dependen del estado de los diferentes órganos de mando, con funcionamiento por todo o nada. Según cuál sea el sistema considerado, este funcionamiento por todo o nada corresponde a abierto o cerrado, frío o caliente, cierto o falso, o bien a la situación de uno o cero.

Aunque trataremos de esta serie de estados todo o nada, sabemos que en muchas ocasiones estos extremos no cambian bruscamente en la vida cotidiana, porque hay una serie de estados intermedios que hacen difícil pasar inmediatamente de una situación a otra. Así, por ejemplo, un depósito de agua no pasa instantáneamente de estar totalmente lleno a totalmente vacío, e igualmente, cuando un cuerpo se desplaza, no pasa instantáneamente de la posición A a la posición B, separadas entre sí por una distancia, por ejemplo, de 20 metros.

Sin embargo, si se trata de los sistemas eléctricos, pasamos rápidamente de tener un elemento conductor (que corresponde al estado todo o uno) a tener un elemento no conductor (que corresponde al estado nada o cero). En el primer ejemplo, podemos considerar que cuando el depósito alcanza el 9 5 o 100 % de la capacidad, está totalmente lleno, y vacío, cuando la capacidad está entre el 0 y el 5 % . Aunque el tránsito de un estado a otro no sea Instantáneo, en un momento del tiempo podremos definir que el estado o la situación de un elemento se ha modificado. Para trasladar estos conceptos al objetivo que nos proponemos mostrarte -la concepción de los automatismos eléctricos y los esquemas que los representan-, ten en cuenta la siguiente consideración: un contacto eléctrico está formado por dos partes conductoras que un mecanismo puede separar o unir. Este contacto, cuando está cerrado, es un elemento conductor y tiene una resistencia nula entre sus bornes. Si el contacto está abierto, se trata de un elemento no conductor y entre los bornes tiene una resistencia infinita. Pero para que el sistema eléctrico sea completo, se necesita una fuente de tensión y uno o varios órganos de utilización o receptores (lámparas, relés, motores, contactores, etc.).

108


Tanto los ó r g a n o s de m a n d o (o c o n t a c t o s de a c c i o n a m i e n t o s ) c o m o los r e c e p t o r e s s o l a m e n t e p u e d e n t e n e r dos estados: a l i m e n t a d o o no a l i m e n t a d o . En consecuencia, m e d i a n t e los sistemas de m a n d o y c o n t r o l , p r e t e n d e m o s c o n s e g u i r q u e los r e c e p t o r e s estén a l i m e n t a d o s c u a n d o se satisfacen las c o n d i c i o n e s deseadas. A su vez, los d i s p o s i t i v o s auxiliares están c o n t r o l a d o s por los ó r g a n o s de m a n d o a los que e s t á n c o n e c t a d o s , y t o m a n el estado uno o c o n d u c t o r si satisfacen unas c o n d i c i o nes, y el estado cero o no c o n d u c t o r si no las satisfacen. A c o n t i n u a c i ó n v a m o s a e s t u d i a r de q u é m o d o la c o m b i n a c i ó n de los estados que c o r r e s p o n d e n a varios e l e m e n t o s de a c c i o n a m i e n t o , que a su vez a c t ú a n sobre los receptores, hace v a r i a r el estado de estos ú l t i m o s .

Las f u n c i o n e s l ó g i c a s f u n d a m e n t a l e s Hay tres tipos de dispositivos, q u e l l a m a m o s f u n c i o n e s lógicas f u n d a m e n t a l e s : - Función

Y: Dispositivo f o r m a d o por un c o n j u n t o de e l e m e n t o s que deben

estar en e s t a d o c o n d u c t o r para que el r e s u l t a d o sea c o n d u c t o r . - Función

O. Dispositivo f o r m a d o por un c o n j u n t o de e l e m e n t o s en los q u e

basta con que uno de ellos esté en estado c o n d u c t o r para que el r e s u l t a d o sea c o n d u c t o r . Figura 2. - Función

INVERSOR.

Dispositivo f o r m a d o por un solo e l e m e n t o que t o m a el

Relé KAI alimentado

estado c o n d u c t o r si el ó r g a n o de a c c i o n a m i e n t o está en estado no c o n d u c -

por contactos en serie.

tor, y a la inversa. A u n q u e estas f u n c i o n e s lógicas t i e n e n un n o m b r e que parece m u y abs-

L1 +

t r a c t o , v a m o s a m o s t r a r t e m e d i a n t e unos sencillos e j e m p l o s qué entend e m o s por estas f u n c i o n e s lógicas, u t i l i z a n d o los c o n o c i m i e n t o s que ya t i e n e s sobre el f u n c i o n a m i e n t o de un relé que se activa m e d i a n t e un

si[—-

13 14

c o n j u n t o de pulsadores. En la c o n f e c c i ó n de los p r o g r a m a s para los a u t ó m a t a s p r o g r a m a b l e s (conocidos con la a b r e v i a c i ó n de PLC), estas f u n c i o n e s t i e n e n gran aplicación. Debido a que la d e n o m i n a c i ó n en

S2[— A

13 14

inglés es habitual, h e m o s decidido colocarla al lado para las f u n c i o n e s fundamentales.

S3[— A

13 14

Se llama función

/ (en inglés, AND) al c o n j u n t o de un a c c i o n a m i e n t o

f o r m a d o por los c o n t a c t o s en serie. A1 El relé KA1 está a l i m e n t a d o por c o n t a c t o s en serie, c u a n d o es necesario que estén c e r r a d o s a la vez t o d o s los c o n t a c t o s de los pulsadores SI, S2 y S3 para a c t i v a r el relé o pasarlo al estado uno (Fig. 2).

KA1 A2

L1-

1

i9

UNIDAD 8


Se d e n o m i n a función

O (en inglés, OR) al c o n j u n t o de un

a c c i o n a m i e n t o f o r m a d o por los c o n t a c t o s en paralelo. Por o t r a p a r t e , el relé K A 2 está a l i m e n t a d o p o r c o n t a c tos en paralelo, y en este caso s o l a m e n t e es n e c e s a r i o q u e esté c e r r a d o u n o de los c o n t a c t o s de los p u l s a d o res S4, S5 y S6 para a c t i v a r el relé o p a s a r l o al e s t a d o u n o (Fig. 3). Recuerda q u e si el c o n t a c t o e l é c t r i c o de un relé c o n t a dor, p u l s a d o r o c u a l q u i e r e l e m e n t o de a c c i o n a m i e n t o m e c á n i c o está c e r r a d o y se establece el paso de la c o r r i e n t e e l é c t r i c a , la i m p e d a n c i a es nula, y d e c i m o s q u e el c o n t a c t o está en 1. Por el c o n t r a r i o , si el c o n t a c to está a b i e r t o , la i m p e d a n c i a es i n f i n i t a y d e c i m o s q u e el c o n t a c t o está en 0. I g u a l m e n t e , si el r e s u l t a d o de la c o m b i n a c i ó n de los c o n t a c t o s está a c t i v a d o o con t e n Figura 3.

sión, d e c i m o s q u e está en 1. Si, c o n t r a r i a m e n t e , el resul-

Relé KA2 alimentado

t a d o de la c o m b i n a c i ó n de los c o n t a c t o s está sin t e n -

por contactos en paralelo.

sión, d e s a c t i v a d o o en reposo, está en 0. Por o t r a parte, a d e m á s de las f u n c i o n e s Y y la f u n c i ó n O, existe la función

INVERSOR

(en inglés NOT), q u e la

d e f i n i m o s c o m o un d i s p o s i t i v o que t o m a el estado cond u c t o r si el ó r g a n o de m a n d o está en estado no c o n d u c t o r y a la inversa. Observa la f i g u r a 4 , d o n d e se representa el d i s p o s i t i v o inversor.

Figura 4. Dispositivo de la función

A p a r t i r del m o m e n t o en que c o n s i d e r a m o s que existe

INVERSOR.

un d i s p o s i t i v o lógico o de c o n m u t a c i ó n , d i r e m o s que el estado en que se e n c u e n t r a este d i s p o s i t i v o es un result a d o de los diversos ó r g a n o s a él c o n e c t a d o s , que puede

L1 +

ser c o n d u c t o r o no c o n d u c t o r , o, lo que es lo m i s m o , puede estar en 1 o en 0. El d i s p o s i t i v o lógico o de c o n m u t a c i ó n s i e m p r e está f o r S7[—A

13 14

11 L KA3

| 14 12

m a d o por una c o m b i n a c i ó n de uno de los típicos Y, O o NOT, los cuales, a su vez, están c o n t r o l a d o s por ó r g a n o s simples o bien son el r e s u l t a d o de o t r o s

dispositivos

lógicos. A c o n t i n u a c i ó n c o m e n t a r e m o s varias posibilidades del f u n c i o n a m i e n t o s i m p l e de estos dispositivos.

Los dispositivos Y A1 KA3[~~1-

|A2

L1-

110

C u a n d o t e n e m o s un c i r c u i t o c o m o el de la f i g u r a 2, p o d e m o s c o n s i d e r a r diversas posibilidades:


- Si d e j a m o s fijos y c e r r a d o s los c o n t a c t o s c o r r e s p o n d i e n t e s a S1 y S2 y solam e n t e se c o n t r o l a S3, KA1 t o m a r á el valor de S3. - Si d e j a m o s fijo y c e r r a d o el c o n t a c t o S1 y u n i m o s el a c c i o n a m i e n t o de S2 y S3 c o m o una sola pieza, KA1 t o m a r á el estado del c o n j u n t o S2 y S3. - Si d e j a m o s fijo y a b i e r t o el c o n t a c t o S1 y s e g u i m o s con el a c c i o n a m i e n t o u n i d o de S2 y S3 c o m o una sola pieza, KA1 no t o m a r á nunca el e s t a d o de S2 y S3. En la t a b l a 1 te m o s t r a m o s las d i s t i n t a s posibilidades.

Combinaciones

A

B

C

r

1

1

1

1

1

2

0

1

1

0

3

1

0

1

0

4

0

0

1

0

5

1

1

0

0

6

0

1

0

0

7

1

0

0

0

8

0

0

0

0

Tabla l Combinaciones de los dispositivos

Y.

Los dispositivos O En este caso v o l v e m o s a la r e p r e s e n t a c i ó n e s q u e m á t i c a de la f i g u r a 2. Observa que

Figura 5.

las consecuencias son las siguientes:

Relé KA2 alimentado por contactos en paralelo.

- El relé KA2 c o n t r o l a d o por un e l e m e n t o v a r i a b l e S4 y uno que d e j a m o s fijo (en este caso el S6 c o m o c o n t a c to c e r r a d o o en 1) estará s i e m p r e en 1. - El relé KA2 c o n t r o l a d o por un e l e m e n t o v a r i a b l e S4 y

ss[---\

uno q u e d e j a m o s fijo (el S6 c o m o c o n t a c t o a b i e r t o o en 0 ) estará en 1 c u a n d o S4 esté en 1.

11 KA3*

11 ~KA4~

- SI u n i m o s en un solo a c c i o n a m i e n t o dos c o n t a c t o s c o m o el S4 y S5, el relé KA2 t o m a el m i s m o estado que el c o n j u n t o de los o t r o s dos (S4 y S5, e s t a n d o el S6 s i e m p r e en 0). ai

Los dispositivos INVERSOR (NOT) Estudia las v a r i a n t e s posibles de la f i g u r a 5 que te m o s t r a -

€p-

JA2

Dispositivo "0" siempre conductor

Dispositivo "Y" siempre no conductor

mos a c o n t i n u a c i ó n :

111

UNIDAD 8


Un dispositivo 0 que se controla por un órgano y su inversor siempre es conductor. El dispositivo Y que se controla por un órgano y su inversor siempre es no conductor.

Dispositivos de conjunto En general, cualquier dispositivo que esté controlado por otros que son el resultado de dispositivos lógicos, siempre se podrá descomponer hasta encontrar solamente dispositivos simples.

Conversión de funciones Y en O a) Cualquier función Y (resultado de varios términos) es idéntica a la inversa de una función 0 formada por los inversos de estos términos (Fig. ó). b) Una función 0 de varios términos es idéntica a la inversa de una función Y formada por los inversos de estos términos (Fig. 7).

L1 +

L1 +

r

i

Sl[----\

1 3

21

r

S2[--

S1[—A

14

IT

S2[— 14

= KA1 22

KA2\

21 11 L

KA1 \

114

KA2\

13

KA2 T

- KA2

"KArl

|A1 KA1 • |A2

KA2|_ •

A l A1

| A2 |A2

Al

KA30 |A2

•

Al

|A2

Al

Al

KA2Q

|A2

|AS

Figura 7

Figura 6

En la figura 6, el pulsador S1 activa el relé KA1 (columna 1) y el pulsador S2 activa el relé KA2 (columna 2). El resultado de los contactos normalmente abiertos de KA1 y KA2 será que estará en 1 (columnas 3 y 4), es decir, será conductor cuando simultáneamente estén activados S1 y S2. Además, cuando pulsamos S1, se abre el contacto de KA1 en la columna 5, y cuando pulsamos S2, también se abre el contacto de KA2 en la misma columna. Suponiendo que haya tensión en el circuito de alimentación (entre L1 y L2), el relé KA3 está activado en la columna 5 (sin pulsar S1 ni S2). El circuito resultante (contacto normalmente cerrado de KA3 en la columna 6) está abierto.

112

E S Q U E M A S DE M A N D O Y

CONTROL

Para t e n e r un 1 en este c i r c u i t o de la c o l u m n a 6 hay que pulsar por lo menos uno de los pulsadores S1 o S2, de m o d o que se abra la a l i m e n t a c i ó n de KA3, el cual se desactiva, con lo que el c o n t a c t o c e r r a d o de la c o l u m n a 6 v u e l v e al reposo y, en consecuencia, este c i r c u i t o se pone a 1. La m i s m a c o n s e c u e n c i a está en el r e s u l t a d o del c o n j u n t o de las c o l u m n a s 3 y 4.

I]

HH.

Elementos principales d e los e s q u e m a s d e m a n d o

Después de h a b e r c o m e n t a d o b r e v e m e n t e los principios básicos de los c i r c u i t o s de c o n m u t a c i ó n , pasamos a describir los e l e m e n t o s principales que se d e b e n t e n e r en c u e n t a para la c o m p r e n s i ó n y c o n f e c c i ó n de los e s q u e m a s de m a n d o y c o n t r o l .

El circuito de alimentación El c i r c u i t o de m a n d o para el a c c i o n a m i e n t o de los c o n t a c t o r e s y relés necesita una a l i m e n t a c i ó n , que en la m a y o r í a de los casos se realiza de f o r m a separada del resto del a r m a r i o eléctrico, d i s t i n g u i e n d o la a l i m e n t a c i ó n de p o t e n c i a y la de c o n t r o l . La a l i m e n t a c i ó n puede ser: c o r r i e n t e a l t e r n a y c o r r i e n t e c o n t i n u a .

Corriente alterna La a l i m e n t a c i ó n del c i r c u i t o de m a n d o en c o r r i e n t e a l t e r n a , a su vez, puede ser

Figura 8.

e n t r e fase y n e u t r o (fig. 8 a ) , o bien a t r a v é s de un t r a n s f o r m a d o r separador de cir-

Alimentación

cuitos ( f i g u r a s 8 b y 7c), con lo que en el c i r c u i t o del s e c u n d a r i o h a b r á una t e n s i ó n

mando en corriente

L1 -N

-L1

0-

alterna.

-L1 -L3

-L3 113 5

del circuito de

|13

5

14

113 Í14

2 4

-L01 -N a)

ri

-L01 -L02

b)

-L01

L02

-L01

o)

d)

113

UNIDAD 8


e n t r e fases. En a l g u n o s casos, t a m b i é n puede haber un c i r c u i t o d e d i c a d o a este fin, y con una f u e n t e de o r i g e n e x t e r i o r al a r m a r i o . La a l i m e n t a c i ó n de los c i r c u i t o s de m a n d o en c o r r i e n t e a l t e r n a a t r a v é s del t r a n s f o r m a d o r s e p a r a d o r se realiza para c o n s e g u i r que las t e n s i o n e s de a c c i o n a m i e n t o de la a p a r a m e n t a no sean peligrosas para el c u e r p o h u m a n o (de 2 4 o 4 8 V). Por o t r a parte, t a m b i é n se r e c o m i e n d a , por razones de s e g u r i d a d , utilizar t r a n s f o r m a d o r e s separadores c u a n d o haya más de seis bobinas de c o n t a c t o r e s y relés.

Corriente continua La a l i m e n t a c i ó n del c i r c u i t o de m a n d o t a m b i é n puede ser en c o r r i e n t e c o n t i n u a , y, del m i s m o m o d o que en el caso anterior, se puede instalar el r e c t i f i c a d o r en el m i s m o a r m a r i o o bien se d i s p o n e de a l i m e n t a c i ó n e x t e r i o r desde o t r o a r m a r i o . En a m b o s casos es f r e c u e n t e d i s p o n e r de una batería auxiliar q u e a s e g u r a r á el sumin i s t r o a la instalación de m a n d o y c o n t r o l en caso de una falta de energía eléctrica. Este sistema es m u y u t i l i z a d o en las instalaciones de p r o t e c c i o n e s para q u e los relés p u e d a n f u n c i o n a r en el m o m e n t o de la falta, y para que pueda q u e d a r señalizada la causa del d e f e c t o . No se ha r e p r e s e n t a d o un e s q u e m a de este t i p o que c o n t e m p l a ra la i n c o r p o r a c i ó n de la batería. En la f i g u r a 9 a se m u e s t r a n las posibilidades de a l i m e n t a c i ó n en c o r r i e n t e c o n t i n u a ,

Figura 9. Alimentación

del circuito de

mando en corriente

continua.

pero no se considera la o p c i ó n de a l i m e n t a r el c i r c u i t o de m a n d o con un r e c t i f i c a d o r sin la c o n e x i ó n del t r a n s f o r m a d o r separador. Es f r e c u e n t e utilizar una f u e n t e de

1=1

1 1

ioa-1^—^

3

L2+ L 2 «a S-c

114

p»

1

ioAJ2r-J^ 3

L3+ L3-

<2 - n - \ - - 6A

L4+ L4-


corriente continua que ya tenga incorporados todos los elementos necesarios, como el transformador, el rectificador, los filtros, las protecciones, etc. Por tanto, se representa solamente un rectángulo con los bornes de conexión. En los casos en que haya un t r a n s f o r m a d o r de separación de circuitos (tanto si se trata de un circuito de corriente alterna como si el circuito es de corriente continua), es conveniente disponer un sistema para la detección de defectos en el aislamiento a tierra, tal como se muestra en la figura 8d. De este modo, en caso de que haya una derivación a tierra por una falta de aislamiento, se tiene un aviso para localizar la avería. Normalmente la Instalación puede seguir funcionando con un primer defecto, pero si aparece un segundo defecto en el otro polo (o la otra fase), la batería se descarga y el sistema se queda sin protecciones por falta de alimentación. Tanto si se trata de corriente alterna como de corriente continua, se producirá un cortocircuito y el conjunto del mando o el automatismo dejará de ser operativo.

Protecciones de los circuitos de mando La alimentación del circuito de mando se protege en primer lugar en la parte que se conecta a la red, antes del transformador separador, con fusibles o interruptores automáticos. Ten en cuenta que en la conexión de los transformadores se produce una elevada sobreintensidad, que se debe tener presente en la elección del Interruptor automático o del fusible, para que el tipo de curva sea adecuado y no se produzca una desconexión Intempestiva. En la parte del conjunto de los relés y demás aparatos, se deben colocar otros elementos de protección tanto en la parte general como para las distintas líneas. Por esto, es frecuente añadir protecciones adicionales para los diferentes circuitos, por ejemplo, el mando de cada contactor o grupo de máquinas, tal como aparece en la figura 9b. De acuerdo con las diferentes salidas, se utilizarán hojas diferentes para cada uno de estos circuitos, tanto si se trata de alimentaciones de corriente continua como de corriente alterna.

Separación de ios circuitos de mando de varias tensiones SI en un armarlo de maniobra hay más de una tensión de alimentación, para evitar confusiones conviene hacer planos diferentes para cada una de ellas, separando las distintas tensiones de alimentación a fin de que el montador no se equivoque a la hora de realizar el cableado; ten presente que la conexión en paralelo de dos alimentaciones diferentes puede causar graves averías en la aparamenta, que Implicarían un grave riesgo de accidentes. En consecuencia, en las hojas de los diferentes circuitos debe haber una marca para la tensión, indicando también si se trata de corriente alterna o continua, para lo que

115

UNIDAD 8


se utilizarán las denominaciones normalizadas con los símbolos de la primera lección. SI en la colección'de esquemas hay varias tensiones de alimentación, es conveniente empezar por las tensiones más elevadas; se colocarán en primer lugar los circuitos alimentados por corriente continua. Por otra parte, cuando se trata de una instalación en la que haya circuitos de varios tipos, como de medida, protecciones, mando y señalización, también se colocarán separados en hojas diferentes, y, a ser posible, siguiendo el orden indicado en esta relación.

Disposición de los elementos de los circuitos de mando En los circuitos de mando se representan en primer lugar los conductores de la alimentación general en la parte superior e inferior del esquema. SI se trata de corriente continua, el polo positivo estará en la parte superior y el negativo en la parte inferior. Cuando la alimentación es de corriente alterna entre fase y neutro, el conductor correspondiente a la fase estará en la parte superior y el del neutro en la parte Inferior, con las denominaciones L1, la fase, y N, el neutro.

Cuando la alimentación es entre dos fases de corriente alterna (circuito alimentado a través de un transformador de separación de circuitos), el primer conductor (L1) estará en la parte superior, y el conductor que corresponde a la segunda fase (L2), en la parte inferior.

En todas las hojas se debe colocar una marca en el extremo Izquierdo para indicar dónde se conecta la alimentación correspondiente. Igualmente, se deberá colocar la marca que Indica la alimentación que corresponde a la hoja siguiente. La alimentación del común de las bobinas (situado en la parte inferior del esquema) debe ser directa, sin Intercalar contactos de relés, pulsadores; etc., especialmente cuando la alimentación del circuito se realiza entre fase y neutro.

Los contactos en serie y en paralelo

/

'

.j.

En los circuitos de mando se distinguirán claramente los contactos en serie y en paralelo, ya que con su combinación adecuada se construyen toda clase de-automatismos. En el apartado referente a los sistemas de conmutación te hemos mostrado la diferencia entre estos dos tipos de conexiones; ahora deseamqs mostrarte un ejemplo para que te familiarices con las aplicaciones prácticas.

*•

El ejemplo más típico es el sistema de mando con pulsadores de marcha y paro para un contactor, que se representa en la figura 10. La figura 10a representa el circuito de potencia, con un protector de motor para la protección térmica y magnética. En todos los casos hemos omitido la numeración de los cables.

116

E S Q U E M A S DE M A N D O Y

L1

CONTROL

L1 F2

F1\\ 1 3

F1 '

14

14

x2 1Í

si[--V

Il3 14

KM1\¡

13 14

S3 [- - - - \

KM1\' 14

x2 2 21 S 2 E - - f

S 4 [ - F 22

x2 S2[A1

KMirn |A2 L2

KMlfn L2

Observa la f i g u r a 10b, d o n d e a p a r e c e n los pasos que hay que seguir para la puesta

Figura 10.

en m a r c h a del c o n t a c t o r KM1: al a c c i o n a r el p u l s a d o r S1 llega t e n s i ó n a la bobina del

Sistema de mando con

c o n t a c t o r KM1, y éste, a su vez, c o n e c t a el motor. Una vez se ha s o l t a d o el pulsador

pulsadores de marcha y paro

S1, la bobina se r e a l i m e n t a m e d i a n t e su p r o p i o c o n t a c t o auxiliar KM1/13-14 ( a b i e r t o

para un contactor.

en reposo, que se cierra al excitar la bobina) y a través del c o n t a c t o c e r r a d o 21-22 del pulsador S2. El c o n t a c t o auxiliar del p r o t e c t o r de m o t o r se considera c e r r a d o c u a n d o las c o n d i c i o n e s de f u n c i o n a m i e n t o son c o r r e c t a s . Para a b r i r el c o n t a c t o r KM1 se a c c i o n a r á el pulsador S2, o, en caso de sobrecarga, m e d i a n t e el c o n t a c t o 1314 del p r o t e c t o r F1. Observa que en la f i g u r a 10c h e m o s i n t e r c a l a d o un c o n t a c t o del nuevo pulsador de paro S4 (con un c o n t a c t o 21-22 n o r m a l m e n t e cerrado), el cual, unido al c o n t a c t o del p u l s a d o r de paro S2, p r o p o r c i o n a o t r o e l e m e n t o que provoca el paro del c i r c u i t o (se t r a t a de una f u n c i ó n Y). También h e m o s a ñ a d i d o un c o n t a c t o n o r m a l m e n t e a b i e r t o 13-14, de un s e g u n d o pulsador de m a r c h a S3, al lado del c o n t a c t o del SI, con lo que t e n d r e m o s una segunda c o n d i c i ó n de puesta en m a r c h a . En este caso se t r a t a de una f u n c i ó n 0 . Este sistema se utiliza c u a n d o se necesita realizar la puesta en m a r c h a y el paro de un d e t e r m i n a d o m o t o r desde dos lugares d i f e r e n t e s , c o n l b p u e d e n ser el a r m a r i o en el que está s i t u a d a la a p a r a m e n t a y una caja auxiliar de pulsadores situada al lado del motor. De este modo, habría un m a n d o local y un m a n d o a distancia. Dado q u e

117

UNIDAD 8


los pulsadores están en emplazamientos diferentes, se hace necesario colocar bornes de conexión para los distintos elementos. En el principio de la conexión del circuito de mando, que se ha escogido entre fases, se ha colocado como elemento de protección el fusible F2. Para simplificar los conceptos del ejemplo anterior, se ha representado un segundo conjunto de pulsadores de marcha y paro (S3 y S4). Sin embargo, las funciones de estos elementos podrían haber sido también con finales de carrera, de modo que el motor se habría puesto en marcha al accionar un determinado final de carrera y se habría detenido al final de un recorrido en caso de accionar el segundo final de carrera, o bien por la acción del operador.

E l Los c i r c u i t o s c o n m e m o r i a En los automatismos eléctricos de todo tipo es muy frecuente que una orden se haga permanente como consecuencia de una señal de corta duración. A continuación te explicaremos el porqué de esta afirmación y las soluciones más frecuentes para que los sistemas funcionen correctamente.

EJEMPLO

Imagínate que deseas llenar un depósito con el agua de un pozo. Te has dado cuenta de que el depósito está vacío y, por otra parte, sabes que en el pozo hay suficiente agua para llenar el depósito. Para cumplir este objetivo existen varias posibilidades, que te exponemos a continuación: a) Puede apretar un botón que accione un contactor y estar durante dos o tres horas con el botón apretado, sin moverte del sitio hasta que el depósito esté lleno. Durante este tiempo controlará que el nivel del depósito suba hasta alcanzar la altura deseada. Mientras aprietas el botón, el contactor hace funcionar el motor de la bomba. b) Puedes colocar un interruptor de mando en vez de apretar el botón que acciona el contactor, y volver al cabo de las tres horas, cuando has calculado que el depósito estará ya lleno. Sin embargo, si los cálculos fallan, puede ocurrir que antes de alcanzar este tiempo el depósito se haya llenado y haya rebosado, con lo que habrá desperdiciado agua.

118


EJEMPLO (CONTINUACIÓN)

Para no tener los inconvenientes de los dos supuestos anteriores, deberás hacer lo siguiente: c) Deberás pensar en un sistema que haga parar el motor de la bomba cuando se alcanza el nivel deseado en el depósito, para no tener que estar durante las tres horas pendiente de la bomba ni correr el riesgo de perder agua o estropear alguna parte del resto de las instalaciones. También se puede colocar un sistema de arranque automático de la bomba que se ponga en marcha cuando el nivel del depósito esté por debajo de un valor, o bien se puede controlar que la bomba no funcione si el nivel del pozo es demasiado bajo, etc.

A partir de unas condiciones estipuladas para el automatismo, se pueden añadir los elementos que se consideren más convenientes, marcando varios niveles de preferencia para la puesta en marcha y paro de la bomba, teniendo en cuenta el precio de la energía eléctrica en las distintas horas del día, de modo que el depósito se llene por la noche (energía más barata), y durante el día la bomba solamente se ponga en marcha si se está por debajo de un nivel mínimo de seguridad. Sin llegar a colocar todos los condicionantes del a u t o m a t i s m o que te acabamos de comentar, deseamos mostrarte cómo se puede poner en marcha y parar el motor del llenado del depósito de f o r m a automática y sin intervención del operador. Para realizar esta operación hace falta la función de memoria, que te explicamos a continuación.

Memoria con retención eléctrica Deseamos insistir en la explicación de esta aplicación, ya que es la más frecuente en el accionamiento de los motores eléctricos, porque es la base de la mayoría de los circuitos de mando de motores, y no solamente para el llenado de los depósitos de agua, que era el tema del ejemplo anterior. En la memoria con retención eléctrica es característico que una parte del circuito pase al estado conductor dependiendo del estado del propio circuito; se trata de una condición O, que corresponde al esquema que aparece en la figura 9, al que ya nos hemos referido.

UNIDAD 8


Por otra parte, una vez el circuito con retención eléctrica adquiere el estado conductor, se quedará en esta condición para siempre (mientras haya tensión en la alimentación en la bobina del contactor o del relé). En consecuencia, se necesita un órgano Y de borrado que haga posible que el circuito pueda volver al estado de no conductor. En la práctica se pueden dar las condiciones que te mostramos en la figura 10; la más frecuente es la que hay a la Izquierda. Consideramos las siguientes denominaciones: SP1 - Pulsador de paro 1 SM1 - Pulsador de marcha 1 KA1 - Relé auxiliar 1 También suponemos que la acción del pulsador tiene una duración de un tiempo relativamente corto, solamente mientras el operador aprieta el botón, con lo que queremos decir que, cuando se actúa sobre el pulsador de marcha SM1, el contacto se cierra durante este tiempo, y cuando se actúa sobre el pulsador de paro SP1, el contacto se abre durante este tiempo. En cualquier caso, cuando hay tensión en el circuito de control entre L1 y L2, en el estado de reposo KA1 está desactivado o en posición 0. Si cerramos el contacto del pulsador de marcha SM1, llegará tensión al borne A1 de la bobina del contactor; en consecuencia, el contacto 13-14 (llamado de retención o reallmentación) de KA1 se cerrará y hará que llegue tensión al borne A1 de la bobina aunque dejemos de accionar el pulsador SM1. En estas condiciones (sin ninguna actuación externa, y mientras haya tensión en el circuito de mando), el relé permanecerá en 1 indefinidamente. Sin embargo, al actuar sobre el pulsador de paro SP1, se abre el circuito, lo que provoca que se desactive KA1 y se abra el contacto 13-14. A partir de este momento volvemos a la situación de origen. Las representaciones de la figura 11 tienen un funcionamiento similar pero no idéntico. Observa que en la figura 11a, si apretamos de modo permanente el pulsador de paro, aunque actuemos sobre el de marcha, el relé KA1 nunca se llega a poner en tensión. Sin embargo, en figura 11b, si apretamos de modo permanente el pulsador de paro, cuando actuamos sobre el pulsador de marcha observaremos que el relé KA1 se pone en tensión solamente a Impulsos (al apretar el pulsador), pero ha desaparecido la función de memoria con retención eléctrica. Si analizamos el esquema de la figura 11c, hay dos condiciones diferentes para la puesta en marcha y el funcionamiento del relé KA1, ya que es una condición para el arranque que el relé KA2 tenga el contacto auxiliar cerrado; pero para que el KA1 se mantenga en marcha, la condición es que KA3 esté cerrado.

120


Una vez que t e h e m o s explicado el f u n c i o n a m i e n t o de la m e m o r i a con r e t e n c i ó n

Figuran,

eléctrica, deseamos c o m e n t a r que este sistema t i e n e la v e n t a j a a d i c i o n a l de q u e si

Sistema de memoria

en la instalación hay un fallo de la energía eléctrica los m o t o r e s se paran, q u e d a n -

con retención

eléctrica.

do en 0, y no se v u e l v e n a p o n e r en 1 sin la i n t e r v e n c i ó n del operador. Con esto se e v i t a n los a r r a n q u e s i n t e m p e s t i v o s de las m á q u i n a s a la v u e l t a de t e n s i ó n en una instalación.

121

UNIDAD 8


Los esquemas de mando y control se utilizan para el desarrollo de los accionamientos eléctricos mediante contactores, relés auxiliares, temporizadores, pulsadores y lámparas de señal. En estos esquemas se representan todos los cables y bornes de conexión que forman el automatismo. Los automatismos eléctricos permiten agrupar muchos sistemas de mando y control. Detrás de los automatismos siempre hay un esquema que refleja y hace posible el funcionamiento de la instalación. Un sistema de conmutación es el conjunto de contactos y bobinas de los diferentes relés y contactores, finales de carrera, pulsadores, lámparas, etc., que forman parte de un automatismo. El contacto cerrado es un elemento conductor y con resistencia nula entre bornes. El contacto abierto es un elemento no conductor con resistencia infinita. La función Y es un dispositivo formado por un conjunto de elementos que deben estar en estado conductor para que el resultado sea conductor (contactos en serie). La función O es un dispositivo formado por un conjunto de elementos en los que basta con que uno de ellos esté en estado conductor para que el resultado sea conductor (contactos en paralelo). La función INVERSOR es un dispositivo formado por un solo elemento que toma el estado conductor si el órgano de accionamiento está en estado no conductor, y a la inversa. Cualquier dispositivo controlado por otros que son resultado de dispositivos lógicos siempre se puede descomponer hasta encontrar solamente dispositivos simples. En corriente alterna puede ser entre fase y neutro o con un transformador separador. El circuito de mando se protege en la parte que se conecta a la red, y en la parte del conjunto de los relés y aparatos. En los circuitos de mando se representan los conductores de la alimentación en la parte superior e inferior del esquema. En los automatismos eléctricos una orden se puede hace permanente a partir de una señal de corta duración; es la función de memoria. La memoria con retención eléctrica tiene la ventaja de que si hay un fallo en el suministro de energía eléctrica los motores se pararán.

122

I Ejercicios de autocomprobación Responde

de manera

breve a las siguientes

preguntas,

I. ¿Cómo está la alimentación del circuito de mando de accionamiento de contactores y relés respecto del resto del a r m a r i o eléctrico? . En los circuitos de mando de corriente alterna, Indica de qué f o r m a se realiza la conexión. . Indica las ventajas (si las hay) de tener una alimentación separada en los circuitos de mando. . ¿En qué tipo de instalaciones de mando y control es frecuente el uso de la corriente continua como f u e n t e auxiliar? E S . Si en una instalación hay circuitos de mando y control con distintas tensiones, indica qué precauciones se deben t o m a r en la realización de los esquemas. . Escribe la denominación normalizada para los conductores generales de mando en circuitos de corriente continua y de corriente alterna. . ¿Cuándo decimos que un circuito está alimentado por contactos en serie? . ¿A qué es idéntica cualquier función Y (resultado de varios términos)? 5 9 . ¿Qué es característico como función O en la memoria con retención eléctrica? . ¿Qué ventaja tiene la m e m o r i a con retención eléctrica en caso de falta de alimentación en la red de los motores?

Compara errores,

tus respuestas



al final de la unidad.


tu

Si has

cometido

estudio.

123

UNIDAD 8

AUTOMATISMOS Y CUADROS ELÉCTRICOS (I)

Soluciones a los ejercicios de autocomprobación 1. Falso. A p a r e l l a j e es un t é r m i n o p r o c e d e n t e del f r a n c é s y no ha s o d o a c e p t a d o p o r la Real A c a d e m i a Española. 2. V e r d a d e r o . 3. Falso. Es el k i l o a m p e r i o . 4. Falso. Son dos s o b r e i n t e n s i d a d e s d i s t i n t a s . 5. Falso. Se r e f i e r e n al s i s t e m a . 6. Falso.EI p o d e r de c o r t e i n t e r r u m p e la i n t e n s i d a d m á x i m a , m i e n t r a s q u e el p o d e r de cierre, no i n t e r r u m p e sino que c o r t a o c o n e c t a la i n t e n s i d a d . 7. V e r d a d e r o . 8. V e r d a d e r o . 9. V e r d a d e r o . 10. Falso. Se r e f i e r e al i n t e r v a l o e n t r e el inicio de la o r d e n de c i e r r e y el i n s t a n t e en q u e los c o n t a c t o s se t o c a n en t o d o s los polos. 11. Falso. Hasta 1.500 V 12. Falso. Indica n i n g u n a p r o t e c c i ó n en g e n e r a l . 13. V e r d a d e r o . 14. V e r d a d e r o . 15. V e r d a d e r o . 16. Falso. Los b o r n e s son la p a r t e c o n d u c t o r a del a p a r a t o p r e v i s t a para la c o n e x i ó n e l é c t r i c a a acircuitos exteriores. 17. Falso. Hasta los 2 . 0 0 0 m e t r o s . 18. Falso. Se está d e f i n i e n d o el m a n d o a d i s t a n c i a . 19. V e r d a d e r o . 20. Verdadero.

124

21. Falso. Pueden

ser admisibles

o no admisibles

dependiendo

de la d u r a c i ó n

de

la

sobrecarga. 22. Verdadero. 23. Falso, necesita de o t r o e l e m e n t o que realice la desconexión (contactor). 24. Verdadero. 25. Verdadero. 26. Falso. Es más rápida la p r o t e c c i ó n por c o r t o c i r c u i t o . 27. Verdadero. 28. Verdadero. 29. Falso. Se consiguen a d o p t a r valores de resistencia a t i e r r a más elevados gracias al uso de i n t e r r u p t o r e s diferenciales. 30. Falso. Es la más adecuada c o n t r a c o r t o c i r c u i t o s . 31. Verdadero. 32. Falso. Sus sistema de a c c i o n a m i e n t o es por m e d i o de gas. 33. Falso. Se pueden e n c o t n r a r con c o r r i e n t e c o n t i n u a y con c o r r i e n t e alterna. 34. Verdadero. 35. Verdadero. 36. Verdadero. 37. Falso. Se utilizan para altas tensiones y se usan c o m o seccionadores. 38. Verdadero. 39. Verdadero. 4 0 . Falso. Nos indica el n ú m e r o de contactos ya que pueden haber más de uno del mismo tipo. 41. Verdadero. 42. Falso. Retardan

el cierre

o la a p e r t u r a

t e m p o r i z a d o r por una señal de mando.

de un c o n t a c t o

a partir

de activarse

el

UNIDAD 8

AUTOMATISMOS Y CUADROS ELÉCTRICOS (I)

43. Verdadero. 44. Verdadero. 4 5 . Falso. P e r t e n e c e al g r u p o de los cíclicos. 46. Verdadero. 47. Falso. Sí envía ciclos de f u n c i o n a m i e n t o a u t o m á t i c o s . 48. Verdadero. 49. Verdadero. 5 0 . Falso. Indican i n f o r m a c i o n e s específicas. 51. S e p a r a d a . 52. a) e n t r e fase y n e u t r o , b) e n t r e fases c o n un t r a n s f o r m a d o r s e p a r a d o r de c i r c u i t o s . 53. C o n s i d e r a m o s

las s i g u i e n t e s v e n t a j a s : a) s e p a r a c i ó n de c i r c u i t o s e n t r e la p a r t e

de

p o t e n c i a y de c o n t r o l , b) se hace posible el uso de t e n s i o n e s no p e l i g r o s a s para el c u e r p o humano. 5 4 . En las i n s t a l a c i o n e s con relés de p r o t e c c i ó n para a s e g u r a r el f u n c i o n a m i e n t o de estas p r o t e c c i o n e s , en caso de f a l t a s en la red. 5 5 . C o n v i e n e h a c e r hojas de p l a n o s d i s t i n t a s para las d i f e r e n t e s t e n s i o n e s que p u e d e h a b e r en el c o n j u n t o de la i n s t a l a c i ó n . T a m b i é n se d i b u j a r á n en hojas s e p a r a d a s las t e n s i o n e s alternas y continuas. 5 5 . Para c o r r i e n t e c o n t i n u a : L+ ( p o s i t i v o ) L- L- ( n e g a t i v o ) . Para c o r r i e n t e a l t e r n a e n t r e fase y n e u t r o : L1 (fase) N ( n e u t r o ) 57. C u a n d o es n e c e s a r i o q u e e s t é n c e r r a d o s t o d o s los c o n t a c t o r e s de los p u l s a d o r e s . 5 8 . A la inversa de una f u n c i ó n O f o r m a d a p o r los i n v e r s o s de estos t é r m i n o s . 59. Una p a r t e del c i r c u i t o pasa al e s t a d o de c o n d u c t o r d e p e n d i e n d o del p r o p i o c i r c u i t o : realimentación. 6 0 . Los m o t o r e s se p a r a n y, a u n q u e v u e l v a la t e n s i ó n de la línea, no se p o n e n en m a r c h a h a s t a que a c t ú a el o p e r a d o r . Se e v i t a n p u e s t a s en m a r c h a no d e s e a d a s de la m a q u i n a r i a .

126

ÍNDICE AUTOMATISMOS Y CUADROS ELÉCTRICOS (I) INTRODUCCIÓN A LOS AUTOMATISMOS

6

1. Partes de un a u t o m a t i s m o

7

2. El lenguaje de los automatismos

7

3. Sistema Analógico y Sistema Digital

8

- Señal Analógica - Señal Digital 4. A u t o m a t i s m o s cableados y programados

8 8 9

- Lógica cableada

9

- Lógica Programada

9

CONCEPTOS GENERALES DE LA APARAMENTA ELÉCTRICA

18

1. Conceptos generales relativos a la aparamenta eléctrica

19

- Definiciones básicas

19

- Funciones de la aparamenta

23

2. Conceptos específicos para identificar y elegir la aparamenta

23

- Definición de t é r m i n o s generales

23

- Tiempos de actuación de los aparatos

25

- Distancias

25

- Tensiones

26

3. Condiciones ambientales de f u n c i o n a m i e n t o

26

4. Otras definiciones

27

5. Régimen transitorio

28

CLASIFICACIÓN DE LA APARAMENTA ELÉCTRICA

32

1. Clasificación general

33

2. Clasificación de la aparamenta de baja tensión

33

- Clasificación según el tipo de corriente

34

- Clasificación según las condiciones exteriores o ambientales

34

- Clasificación según el medio de corte

35

- Clasificación según el accionamiento

35

- Clasificación según el montaje y conexionado

37

- Clasificación según el poder de maniobra

37

- Clasificación según la función o empleo

39

3. Instalación de la aparamenta bajo envolvente

39

- Valores de la primera cifra característica

40

- Valores de la segunda cifra característica

41

- Grado IP según aplicación (tabla 4)

41

4. Condiciones de utilización de la aparamenta según su aplicación - Categoría de empleo

42 42

- Clasificación de los aparatos o de sus componentes por su función específica

44

5. Maniobras

46

6. Elementos auxiliares

48

7. Tipos de servicio

48

8. Instrucciones de instalación, f u n c i o n a m i e n t o y m a n t e n i m i e n t o

52

9. Condiciones ambientales normales

52

10. Condiciones fuera de los valores normales

53

11. Límites de obligado f u n c i o n a m i e n t o

53

12. Secciones normales de los conductores redondos de cobre (tabla 7)

54

DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN

58

1. Conceptos generales

58

2. Dispositivos de protección

61

- Relé t é r m i c o

61

- Relé electromagnético

63

- Interruptor m a g n e t o t é r m i c o

64

- I n t e r r u p t o r diferencial

65

- Relé de máxima tensión

67

- Relé de mínima tensión

67

- Relé de control t a c o m é t r i c o

68

- Relé de protección contra interrupción de fases

69

- Seccionadores

69

3. Relés temporizadores

92

- Temporizadores magnéticos

93

- Temporizadores neumáticos

93

- Temporizadores térmicos

93

- Temporizadores electrónicos

94

- Dispositivos electromecánicos de temporización

94

4. Otros relés

96

5. Elementos auxiliares de mando y señalización

97

-Manuales

97

- Detectores y automáticos

99

6. Elementos de señalización

101

ESQUEMAS DE MANDO Y CONTROL

106

1. Los automatismos eléctricos

107

2. Los sistemas de conmutación

108

3. Las funciones lógicas fundamentales

109

- Los dispositivos Y

110

- Los dispositivos O

111

- Los dispositivos INVERSOR (NOT)

111

- Dispositivos de conjunto

112

- Conversión de funciones Y en C

112

4. Elementos principales de los esquemas de mando

113

- El circuito de alimentación

113

- Protecciones de los circuitos de mando

115

- Separación de los circuitos de mando de varias tensiones

115

- Disposición de los elementos de los circuitos de mando

116

- Los contactos en serie y en paralelo

116

5. Los circuitos con memoria

118

6. Memoria con retención eléctrica

119

3. Reglas de protección contra sobrecargas

71

- Regla general

71

- Protección por i n t e r r u p t o r a u t o m á t i c o

72

- Características de disparo

75

LOS CONTACTORES

80

1. Conceptos básicos

80

- Polo de un aparato

81

- Contacto auxiliar

81

- Contacto de reposo

81

- Contacto de trabajo

81

- Contacto de acción temporizada

81

- Poder de ruptura

81

- Poder de conexión

81

- Tensión de restablecimiento

82

- Flujo magnético ())

82

- Electroimán

82

-Reluctancia

83

- Corrientes de Foucault

83

2. Clasificación

83

- Según el tipo de accionamiento

83

- Según la disposición de los contactos

85

3. Simbología y referenciado

86

4. Contactor electromagnético

87

RELÉS DE MANDO Y APARATOS AUXILIARES

90

1. Clasificación de los relés

90

2. Relés auxiliares o de mando

91

- Simbología y referenciado

91

-Constitución

91

CEAC

CURSO_INSTALADOR_ELECTRICISTA_CEAC_8.pdf

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