ESCUELA POLITECNICA DEL EJÉRCITO

NOMBRE: Javier Mena

PROTECCION DE MOTORES ELECTRICOS

En el Código Eléctrico Nacional se establecen los requisitos mínimos para la protección de motores en baja tensión.

En todo circuito ramal de motores debe existir al menos:

PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITOS

Se denomina cortocircuito a la unión de dos conductores o partes de un circuito eléctrico, con una diferencia de potencial o tensión entre si, sin ninguna impedancia eléctrica entre ellos.

Este efecto, según la Ley de Ohm, al ser la impedancia cero, hace que la intensidad tienda a infinito, con lo cual peligra la integridad de conductores y máquinas debido al calor generado por dicha intensidad, debido al efecto Joule. En la práctica, la intensidad producida por un cortocircuito, siempre queda amortiguada por la resistencia de los propios conductores que, aunque muy pequeña, nunca es cero.

I = V / Z ( si Z es cero, I = infinito)

Según los reglamentos electrotécnicos, "en el origen de todo circuito deberá colocarse un dispositivo de protección, de acuerdo con la intensidad de cortocircuito que pueda presentarse en la instalación". No obstante se admite una protección general contra cortocircuitos para varios circuitos derivados.

Los dispositivos mas empleados para la protección contra cortocircuitos son:

Fusibles calibrados (también llamados cortacircuitos), o

Interruptores automáticos magnetotérmicos

Fusibles o cortacircuitos

Los fusibles o cortacircuitos, según se ve en la figura 1 no son más que una sección de hilo más fino que los conductores normales, colocado en la entrada del circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido a un cortocircuito, sea la parte que mas se caliente, y por tanto la primera en fundirse. Una vez interrumpida la corriente, el resto del circuito ya no sufre daño alguno.

Antiguamente los fusibles eran finos hilos de cobre o plomo, colocados al aire, lo cual tenía el inconveniente de que al fundirse saltaban pequeñas partículas incandescentes, dando lugar a otras averías en el circuito.

Actualmente la parte o elemento fusible suele ser un fino hilo de cobre o aleación de plata, o bien una lámina del mismo metal para fusibles de gran intensidad, colocados dentro de unos cartuchos cerámicos llenos de arena de cuarzo, con lo cual se evita la dispersión del material fundido; por tal motivo también se denominan cartuchos fusibles. Los cartuchos fusibles son protecciones desechables, cuando uno se funde se sustituye por otro en buen estado.

Los cartuchos fusibles también pueden mejorarse aplicándole técnicas de enfriamiento o rapidez de fusión, para la mejor protección de los diferentes tipos de circuitos que puede haber en una instalación, por lo cual y dentro de una misma intensidad, atendiendo a la rapidez de fusión, los cartuchos fusibles se clasifican según la tabla 1.

TABLA 1.- TIPOS DE CARTUCHOS FUSIBLES

Tipo Según norma UNE Otras denominaciones- FUSIBLES RÁPIDOS ................... gF --------------------gl, gI, F, FN,Instanfus- FUSIBLES LENTOS ..................... gT ---------------------------T, FT, Tardofus- FUSIBLES DE ACOMPAÑAMIENTO .. aM -----------------------A, FA, ontanfus

Si llamamos If a la intensidad a la cual ha de fundir un fusible, los tres tipos antes mencionados, se diferencian en la intensidad que ha de atravesarlos para que fundan en un segundo.

Los fusibles lentos funden en un segundo para I = 5 If

Los fusibles rápidos funden en un segundo para I = 2,5 If

Los de acompañamiento funden en un segundo para I = 8 If

Los fusibles de acompañamiento (aM) se fabrican especialmente para la protección de motores, debido a que aguanten sin fundirse las puntas de intensidad que estos absorben en

el arranque. Su nombre proviene de que han de ir acompañados de otros elementos de protección, como son generalmente los relés térmicos.

Cada cartucho fusible tiene en realidad unas curvas de fusión, que pueden diferir algo de las definiciones anteriores, dadas por los fabricantes. En la figura 2, vemos algunos tipos de cartuchos fusibles, así como unas curvas de fusión orientativas, de los tres tipos existentes.

Los fusibles lentos (gT) son los menos utilizados, empleándose para la protección de redes aéreas de distribución generalmente, debido a los cortocircuitos momentáneos que los árboles o el viento pueden hacer entre los conductores.

Los fusibles rápidos (gF) se emplean para la protección de redes de distribución con cables aislados y para los circuitos de alumbrado generalmente.

Los fusibles de acompañamiento (aM), como ya hemos dicho, son un tipo especial de cortacircuitos, diseñado para la protección de motores eléctricos.

Los cartuchos fusibles de los tipos gF y gT bien elegidos, en cuanto a intensidad de fusión, se emplean también como protección contra sobrecargas, principalmente en instalaciones de alumbrado y de distribución, pero nunca debe de emplearse el tipo aM, ya que éstos, como ya se dijo, están diseñados especialmente para la protección contra cortocircuitos de los motores eléctricos.

Interruptores automáticos, magnetotérmicos

Estos dispositivos, conocidos abreviadamente por PIA (Pequeño Interruptor Automático), se emplean para la protección de los circuitos eléctricos, contra cortocircuitos y sobrecargas, en sustitución de los fusibles, ya que tienen la ventaja de que no hay que reponerlos; cuando desconectan debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se rearman de nuevo y siguen funcionando.

Según el numero de polos, se clasifican éstos en: unipolares, bipolares, tripolares y tetrapolares. Estos últimos se utilizan para redes trifásicas con neutro.

En la figura 3, se ve la parte correspondiente a una fase de uno de estos interruptores, dibujado en sección, para que se vean mejor sus principales órganos internos.

Estos aparatos constan de un disparador o desconectador magnético, formado por una bobina, que actúa sobre un contacto móvil, cuando la intensidad que la atraviesa su valor nominal (In). Éste es el elemento que protege la instalación contra cortocircuitos, por ser muy rápido su funcionamiento, y cada vez que desconecta por este motivo debe de rearmarse (cerrar de nuevo el contacto superior), bien sea manual o eléctricamente.

También poseen un desconectador térmico, formado por una lámina bimetálica, que se dobla al ser calentada por un exceso de intensidad, y aunque mas lentamente que el dispositivo anterior, desconecta el contacto inferior del dibujo. Esta es la protección contra sobrecargas y su velocidad de desconexión es inversamente proporcional a la sobrecarga. Cuando la desconexión es por efecto de una sobrecarga, debe de esperarse a que enfríe la bilámina y cierre su contacto, para que la corriente pase de nuevo a los circuitos protegidos.

Los interruptores automáticos magnetotérmicos, se emplean mucho domésticamente y para instalaciones de Baja Tensión en general y suelen fabricarse para intensidades entre 5 y 125 amperios, de forma modular y calibración fija, sin posibilidad de regulación. Para intensidades mayores, en instalaciones industriales, de hasta 1.000 A o mas, suelen estar provistos de una regulación externa, al menos para el elemento magnético, de protección contra cortocircuitos.

Características de desconexión: Existen varios tipos de estos interruptores automáticos magnetotérmicos o PIA, definidos por sus características de desconexión tiempo-intensidad, en cuanto a la desconexión contra cortocircuitos se refiere (desconexión magnética), para una mejor protección de los distintos tipos de circuitos a proteger. Los tipos que hay actualmente en el mercado son muchos, atendiendo a diversas y variadas normas (EN, UNE, CEI, etc.), por lo cual los vamos a clasificar en dos columnas, en una ponemos los mas antiguos, pero aun muy utilizados, y en la otra los mas actuales, normalizados como EN (norma europea), y siendo In su intensidad nominal y para que desconecten en un tiempo máximo de 0,1 segundos son los referidos en la tabla 2.

TABLA 2.- TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS PIAs

Mas antiguos Normalizados EN 60.898 y 60.947 Límites de desconexión

L ........................................................................................ entre 2,4 y 3,5 In

U ........................................................................................ entre 3,5 y 8,0 In

G ......................................................................................... entre 7,0 y 10 In

B .............................................. entre 3 y 5 In

C .............................................. entre 5 y 10 In

D .............................................. entre 10 y 20 In

MA ........................................... fijo a 12 In

Z ............................................. entre 2,4 y 3,6 In

ICP-M .................................................................................... entre 5 y 8 In

Los tipos L y B se emplean para la protección de redes grandes de cables y generadores.

Los tipos U y C se emplean para la protección de receptores en general y líneas cortas.

El tipo G se emplea para la protección de los motores y transformadores en general. El tipo D se emplea para la protección de cables y receptores con puntas de carga muy

elevadas. El tipo MA es un diseño especial para la protección de motores. El tipo Z es un diseño especial para la protección de circuitos electrónicos.

El tipo ICP-M (Interruptor de Control de Potencia con reenganche Manual), es un diseño especial, para el control de potencia por las compañías distribuidoras. Aunque su función principal es de tarifación eléctrica, también se puede emplear como interruptor magnetotérmico de protección general.

Otra característica a tener en cuenta, cuando hemos de seleccionar un interruptor magnetotérmico, es su poder de corte en carga, que puede ser distinto dentro de un mismo tipo de curva de desconexión. Los valores de fabricación más normales de la intensidad máxima que pueden cortar, ante un cortocircuito, son: 1,5; 3; 4,5; 6; 10; 15; 20; y 25 KA.

PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGAS

Entendemos por sobrecarga al exceso de intensidad en un circuito, debido a un defecto de aislamiento o bien, a una avería o demanda excesiva de carga de la máquina conectada a un motor eléctrico.Las sobrecargas deben de protegerse, ya que pueden dar lugar a la destrucción total de los aislamientos, de una red o de un motor conectado a ella. Una sobrecarga no protegida degenera siempre en un cortocircuito.

La protección contra sobrecargas en un motor eléctrico, es necesaria para evitar que se queme y para asegurar una duración máxima de operación. Los motores eléctricos, si se les pern-úte, funcionarán con una salida mayor de su capacidad nominal. Se puede originar una sobrecarga

en el motor, al sobrecargarse la maquinaria impulsada por un voltaje bajo en la línea, o a causa de una línea abierta en un sistema polifásico, lo que da por resultado una operación monofásica. Bajo cualquier condición de sobrecarga, un motor toma una corriente excesiva que causa el sobrecalentamiento. Como el aislante del devanado del motor se deteriora cuando se somete a sobrecalentamiento, existen límites establecidos para las temperaturas de operación del motor. Para proteger un motor contra sobrecalentamientos, se emplean releva- dores de sobrecarga en un arrancador para limitar a cierto valor predeterminado la cantidad de corriente que toma. Ésta es la protección contra sobrecarga o de marcha.

Los relevadores de sobrecarga de un arrancador funcionan para impedir que un motor tome una corriente excesiva que puede destruir su aislante. Los elementos térmicos o magnéticos, sensibles a la corriente, de los relevadores de sobrecarga, se conectan ya sea directamente en las líneas del motor, o indirectamente en ellas, a través de transformadores de corriente. Los relevadores de sobrecarga actúan para desconectar el arrancador y parar el motor cuando se toma una corriente excesiva.

Unidades térmicas de aleación fusible.

El conjunto de aleación fusible del elemento térmico y el depósito del metal, se muestran en la. La corriente excesiva de sobrecarga del motor pasa por el elemento térmico, fundiendo, por tanto, el depósito de aleación auténtica. Entonces, se permite que la rueda del trinquete gire en el metal fundido, dando por resultado una acción de disparo del circuito de control del arrancador, parándose el motor. Se requiere un periodo de enfriamiento para permitir que el depósito de metal se "congele" antes de que el conjunto del relevador de sobrecarga pueda restablecerse y reanudar el servicio del motor.

Las unidades térmicas de aleación fusible son intercambiables y se construyen en una pieza. Este tipo de construcción del elemento térmico y el depósito de soldadura aseguran una relación constante entre estos componentes importantes y permite la calibración en la fábrica, haciéndolos, virtualmente, a prueba de interconexión en el campo. Estas características importantes no se obtienen con ningún otro tipo de construcción de relevador de sobrecarga. Existe amplia variedad de estas unidades térmicas intercambiables para proporcionar la protección exacta contra sobrecarga, de cualquier valor a plena carga de un motor.

Relevadores bimetáticos de sobrecarga.

Estas unidades se diseñan específicamente para dos tipos generales de aplicación. Primero, la característica de restablecimiento automático es decidida ventaja cuando los dispositivos se montan en localidades que no son fácilmente accesibles para su operación manual. Segundo, estos relevadores se pueden ajustar fácilmente para dispararse dentro de una amplitud de 85 a 115 por ciento del valor nominal de disparo de la unidad térmica. Esta característica es útil cuando el tamaño recomendado del elemento puede dar por resultado una acción de disparo innecesaria, mientras el siguiente tamaño mayor no proporcionaría la protección adecuada. Las temperaturas del ambiente afectan la operación de los relevadores de sobrecarga que funcionan bajo el principio del calor.

La acción de disparo del circuito de control en este tipo de relevador utiliza la diferencia de expansión de dos metales distintos que se encuentran soldados. Cuando se someten al calor, se produce un movimiento al extenderse un metal más que el otro. La calibración de estas unidades se consigue con el uso de una tira bimetálica en forma de "U" Esta tira, con el elemento térmico insertado en el centro de la "U", compensa el calentamiento desigual debido a variaciones en el montaje del elemento térmico. Los arrancadores para motor deben tener elementos térmicos, instalados en los relevadores de sobrecarga, antes que el motor pueda arrancar (con tira bimetálica o depósito de soldadura), porque se hallan conectados en serie con carga.

Relevadores magnéticos de sobrecarga.

El relevador magnético de sobrecarga contiene una bobina con alambre de tamaño suficientemente grande para permitir el paso de la lente del motor, porque el relevador se conecta directamente en serie con éste, o indirectamente (en circuitos de motores grandes) con la ayuda de transformadores de corriente.

Los relevadores magnéticos de sobrecarga se emplean cuando se desea abrir o cerrar un contacto. eléctrico, siempre que la corriente que controlan se eleve a cierto nivel. En algunos casos, el relevador se puede usar para un propósito similar, operando cuando la corriente baje a un valor determinado. Las aplicaciones típicas son: para la protección de los devanados de un motor grande, contra sobrecorriente continua, para parar un transportador de materiales, cuando el de más adelante se sobrecargue, y como limitador de torque, cuando éste se refleja por la corriente del motor.

Límite de tiempo del tipo de sobrecarga.

Los relevadores de sobrecarga, retardadores de tiempo, son del tipo de amortiguador. La corriente del motor, que pasa a través de la bobina, ejerce fuerza magnética sobre un macho, que tiende a elevarlo. Unido a éste se halla un pistón (sumergido en aceite), en el que hay agujeros de desviación. Al aumentar la corriente en la bobina del relevador, se vence la fuerza de la gravedad y el macho y el pistón se mueven hacia arriba. Cuando sucede esto, se impulsa el aceite a través de los agujeros de desviación, retar- dando la acción y operación de los contactos. Se puede girar una válvula de disco para abrir o cerrar los agujeros de desviación de diversos tamaños del pistón. Esto cambia el grado de flujo del aceite y proporciona el ajuste de la característica de retardo de tiempo. El límite inverso de tiempo de la sobrecarga se obtiene porque el grado de movimiento hacia arriba, del núcleo y el pistón, depende directamente de la magnitud de la sobrecarga. Mientras mayor es ésta, el movimiento es más rápido.

La característica de tiempo inverso de este tipo de relevador, impide que se dispare con la corriente normal de arranque o por dañinas sobrecargas momentáneas. En estos casos, la corriente de la línea recupera su valor normal antes de que la bobina de operación pueda levantar el núcleo y el pistón lo suficiente para accionar los contactos. Por otra parte, si la sobrecorriente continúa por un periodo prolongado, el núcleo se aparta lo necesario para accionar los contactos. Al aumentar la corriente de la línea, se disminuye el tiempo de disparo del relevador. Una válvula en el pistón permite el restablecimiento, prácticamente instantáneo, del circuito, para la reanudación del servicio. Entonces debe reducirse la corriente

a un valor muy bajo antes que el relevador pueda restablecerse. Esta acción se logra automáticamente en aquellos casos en que el disparo del relevador desconecta de la línea al motor.

El disparo rápido se obtiene mediante el empleo de un aceite amortiguador de grado ligero, y el ajuste de los agujeros de escape del aceite.

Se pueden obtener relevadores magnéticos de sobrecarga, con contactos de restablecimiento automático o manual. El ajuste de la corriente de disparo se consigue modificando la posición del núcleo del macho respecto a la bobina del relevador de sobrecarga.

Relevadores de corriente de disparo instantáneo.

Los relevadores de corriente de disparo instantáneo se emplean cuando sé desea desconectar de la línea al motor, tan pronto como se alcance un valor de carga predeterminado. Una de esas aplicaciones sería con una máquina para trabajar madera en que el "atascamiento" del material causa una elevación repentina de corriente. Entonces se usaría un relevador de disparo instantáneo, para desconectar rápidamente la alimentación del motor. Después de eliminar la causa del atascamiento el motor se puede restablecer inmediatamente, porque el relevador reanuda su operación al instante, después que desaparece la sobrecarga. Este relevador también se emplea en transportadores, para detener el motor antes que ocurra un desperfecto mecánico debido a un atascamiento.

BIBLIOGRAFIA

http://www.profesormolina.com.ar/electromec/prot_circ_elect.htm

http://html.rincondelvago.com/motores_control.html

http://autodesarrollo-electricidadpractica.blogspot.com/2011/07/proteccion-de-motores-electricos.html