Apuntes electricidad

COLEGIO SALESIANO SAN JUAN BOSCO

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UNIDAD TRABAJO 1: CUADROS ELÉCTRICOS

Los cuadros eléctricos existentes en el mercado se elaboran de formas diferentes, tanto por la

materia prima utilizada en su fabricación como por sus características constructivas. Lo mismo sucede con

los diferentes elementos que forman parte del conjunto del cuadro y de la instalación de automatismo

Estas diferencias constructivas implican también una serie de ventajas e inconvenientes que la

utilización de un determinado tipo puede plantear a los usuarios del mismo.

1.1. CUADRO ELÉCTRICO

Se conoce como cuadro eléctrico a la envolvente que cubre cualquier tipo y tamaño de instalación

eléctrica, protegiendo todos sus aparatos de la acción del tiempo y de los agentes atmosféricos.

Concretando más, un cuadro eléctrico es un armazón protector donde se ubica y se fija todo el aparellaje

perteneciente a un circuito eléctrico.

Imagen de cuadro eléctrico.

El tamaño y la forma de un cuadro eléctrico varían en función de una serie de condicionantes, como

son la cantidad de aparatos que debe de llevar, la distribución de los mismos, el lugar de ubicación del

propio cuadro, etc.

A lo largo del tiempo, los cuadros eléctricos se han fabricado en distintos materiales, pero uno de

los más importantes es la pizarra (que durante muchos años fue casi el único material empleado), que fue

sustituida por los cuadros metálicos (generalmente de chapa) y por el plástico y las fibras, que actualmente

son los más usados.



1.2. TIPOS DE CUADROS

Los cuadros eléctricos que hay en el mercado cubren todas las necesidades que pueden presentarse para la

protección de los equipos y cumplen las normas establecidas para el tipo de circunstancias al que se

destinan.

a) Cuadros metálicos

Están construidos en chapa de acero, con elementos que refuerzan su estanqueidad, en función de

las necesidades que hoy exige la industria. Los hay de distintos modelos: los que se sujetan a la pared

mediante espárragos, los armarios, los pupitres de mando, etc.

En estos modelos es preceptiva la protección de los trabajadores mediante lo que se conoce como

continuidad de las masas. Los armarios metálicos pueden llegar a tener dimensiones tan grandes que

permiten el acceso a su interior, en donde se realiza la instalación de todos los componentes, la revisión y

verificación de todos los elementos constitutivos, así como las tareas de reparación y mantenimiento a que

hubiese lugar.

b) Cuadros aislantes

Al igual que los metálicos, suelen ser estancos en mayor o menor proporción, y están construidos

en plásticos, poliéster, e incluso van reforzados con fibras que los hacen más resistentes. Son los cuadros

más indicados para determinados tipos de ambientes, sobre todo cuando en la atmósfera hay emanaciones

de gases, humedades u otros elementos que podrían estropear los componentes de la instalación. La

colocación viene a ser la misma que la de los cuadros metálicos.

c) Equipos sin caja

Estos equipos se montan sin caja protectora, por lo que no se impide el contacto con los elementos

cuando éstos se encuentran en tensión. Deben estar ubicados en lugares de acceso permitido únicamente

al personal encargado de su revisión y mantenimiento, con lo que se evita el riesgo de contactos

accidentales. En este tipo de cuadros existe la posibilidad de acumulación de suciedad, polvo, agua y

cualquier otro elemento que pudiera estropearlos, por lo que deben instalarse en lugares y bajo

circunstancias en las que se puedan evitar todos los efectos antes reseñados.

d) Caja y armario protectores

Este tipo de protección, que lleva cerramiento, impide el contacto con los elementos que se

encuentran en tensión. Se evita así la invasión de partículas extrañas, a no ser que sean muy pequeñas,

aunque no impide totalmente !a entrada de polvo o agua, que puede acumularse en el interior. La caja se

construye en chapa y se fija a la pared mediante unos taladros que lleva incorporados. Las entradas y

salidas de cables se realizan por la parte superior o inferior con taladros normalizados que permiten el

acoplamiento de prensaestopas o tubos roscados. La tapa del cuadro se sujeta a él mediante bisagras, y se

cierra con un tomillo.



e) Armario cerrado

Estos cuadros tienen un IP-54, y reúnen las siguientes características:

No hay posibilidad de contacto con las piezas que se encuentran bajo tensión.

No se impide completamente la entrada de polvo a su interior, aunque con este índice de

protección se admiten acumulaciones de polvo en puntos donde no perjudiquen.

El agua, aunque sea de riego, no tiene posibilidad de entrar al interior del cuadro, aunque

si procede de un chorro continuo y le afecta por varios sentidos, sí puede dañarlo.

Los armarios cerrados están construidos en chapa de acero recubierto de una capa protectora

antioxidante y de pintura o esmalte de secado al homo. La fijación del armario a la pared se realiza por

medio de cuatro orejas soldadas exteriormente al zócalo. También pueden emplearse cuatro taladros que

el cuadro lleva en el fondo. La entrada y salida de cables se efectúa por la parte inferior del armario

mediante prensaestopas acoplados a los tubos. La puerta de acceso frontal va montada sobre bisagras y

lleva una junta de goma para conseguir un cierre mejor, que se realiza por medio de «manecilla».

f) Armario estanco

Este tipo, con un índice de protección IP-65, además de todo lo indicado en el caso anterior, posee

las siguientes características:

Impide por completo la entrada de polvo.

No hay posibilidad de entrada de agua en ningún sentido.

Su construcción es la misma descrita en el cuadro anterior, y además la puerta de acceso frontal va

montada sobre bisagras y provista de una junta de goma comprimida por una serie de cierres a presión.

g) Caja blindada

Las cajas blindadas también cuentan con un índice de protección IP-65 y, en consecuencia, cumplen

todos los requisitos especificados en el caso anterior. Su construcción se realiza en fundición y están

protegidas con pintura. Cuando han de instalarse en ambientes oxidantes o ácidos, se utilizan materiales a

los que se aplica un tratamiento anticorrosivo capaz de soportar la acción de esas atmósferas.

h) Caja antideflagrante

Se ajusta a la nomenclatura establecida según normas IEC, y por tanto, este tipo de cuadro

proporciona protección contra explosiones, contra la presión y contra gases cuya temperatura de

inflamación es superior a 200 °C. En lo referente a sus características de diseño, éstas son las mismas que

las reseñadas para las cajas blindadas.



Grados de protección proporcionado por las envolventes

IP xx, el sistema para clasificar los grados de protección aportados al equipamiento eléctrico por los contenedores que los protegen, según UNE 20324.

PROTECCIÓN CONTRA LA PENETRACIÓN DE CUERPOS SÓLIDOS

1ª cifra característica

Breve descripción Descripción completa

0 No protegido No está prevista ninguna protección especial

1

Protegido contra los cuerpos sólidos extraños superiores a 50 mm Ø y mayores

No debe poder penetrar una gran superficie del cuerpo humano, por ejemplo, una mano (sin embargo, no está prevista la protección voluntaria) o cuerpos sólidos de dimensiones superiores a 50 mm Ø

2 Protección contra los cuerpos sólidos extraños de 12,5 mm Ø y mayores

No deben poder penetrar los dedos u objetos análogos de longitud no superior a los 80 mm o cuerpos sólidos superiores a 12,5 mm Ø

3 Protegido contra los cuerpos sólidos extraños de 2,5 mm Ø y mayores

No deben poder penetrar herramientas, cables, etc., de espesor superior a 2,5 mm o cuerpo sólidos superiores a 2,5 mm Ø

4 Protegido contra los cuerpos sólidos extraños de 1,0 mm Ø y mayores

No deben poder penetrar cables o pletinas de espesor superior a 1,0 mm o cuerpos sólidos superiores a 1,0 mm Ø

5 Protegido contra el polvo No se excluye totalmente la penetración de polvo pero la cantidad que haya penetrado no perjudica el buen funcionamiento del material

6 Totalmente protegido No se permite la penetración de polvo



PROTECCIÓN CONTRA EL AGUA

2ª cifra característica

Breve descripción Descripción completa

0 No protegido No se ha previsto ninguna protección especial

1 Protegido contra la caída vertical de gotas de agua

Las gotas de agua no deberán provocar efectos perjudiciales

2

Protegido contra las caídas de agua verticales con una inclinación máxima de 15º de la envolvente

La caída en vertical de gotas no deben producir efectos perjudiciales, cuando la envolvente está inclinada hasta 15º de cada lado de la vertical

3 Protegido contra el agua en forma de lluvia

El agua que cae en lluvia fina, en una dirección, que tenga respecto a los dos lados de la vertical un ángulo inferior o igual a 60º, no debe producir efectos perjudiciales

4 Protegido contra proyecciones de agua

El agua proyectada sobre la envolvente desde cualquier dirección, no debe producir efectos perjudiciales

5 Protegido contra chorros de agua

El agua proyectada en chorros sobre la envolvente desde cualquier dirección, no debe producir efectos perjudiciales

6 Protección contra fuertes chorros de agua

El agua proyectada en chorros fuertes sobre la envolvente desde cualquier dirección, no debe producir efectos perjudiciales

7 Protegido contra los efectos de la inmersión temporal

No debe ser posible que el agua penetre en cantidad perjudicial en el interior de la envolvente sumergida temporalmente en agua, con una presión y un tiempo normalizados

8 Protegido contra la inmersión prolongada

No debe ser posible que el agua penetre en cantidad perjudicial en el interior de la envolvente sumergida continuamente en agua bajo condiciones que se acordarán entre el fabricante y el usuario



EJEMPLOS:



1.3. ELEMENTOS AUXILIARES

Un cuadro o equipo eléctrico no lo compone sólo el envolvente, sino que es un conjunto formado

por todos los elementos que constituyen un automatismo (contactores, seccionadores, relés, protecciones,

etc.) y cuyo funcionamiento está indicado en un esquema.

Antes de montar el equipo debemos elegir sus componentes, lo que implica la utilización de una

gama de productos, denominados elementos auxiliares, que permitirán y facilitarán la sujeción de los

aparatos al cuadro, poder realizar el cableado interior, la conexión con los elementos exteriores y, como

hemos dicho, la protección de los aparatos contra los agentes extremos. Son, pues, los encargados de

realizar la unión mecánica entre los elementos que lo constituyen. Entre ellos podemos destacar las placas

de fondo del cuadro y las placas perforadas.

Las placas de fondo del cuadro suelen ser de chapa, y para fijar en ellas los distintos elementos hay

que realizar los correspondientes taladros, que, mediante tornillos, sujetarán las piezas que, a su vez, han

de soportar los elementos. El montaje de los elementos es siempre frontal, y no permite colocar nada, salvo

los tomillos, entre la placa y el fondo del cuadro.

Este tipo de placa, al igual que los cuadros metálicos, deberá ir protegida contra los contactos

indirectos y, por tanto, llevará una conexión al conductor de tierra. En las placas perforadas los taladros

vienen incorporados. Se pueden adaptar directamente a cofres y armarios, y permiten el montaje directo,

delantero, de todos los elementos. La sujeción de los conductores puede realizarse sin tener en cuenta la

forma de! cableado. La fijación se realiza mediante los taladros de que dispone la placa. Los aparatos se

colocan con la ayuda de tuercas u otros elementos de sujeción que pueden ser adaptados a los taladros de

la placa.

Perfiles para soporte de aparatos

El perfil es el lugar en el que se fijan los aparatos. Hay varias formas de sujeción. Una primera es

mediante tomillos (que pueden oscilar entre los 4 mm y los 10 mm) que se roscan sobre tuercas deslizantes

sujetas a la propia placa por la parte delantera. Otra posibilidad es utilizar soportes o fijar directamente los

aparatos si éstos poseen un zócalo de la misma medida. En este caso se ejerce una pequeña presión contra

el perfil hasta que enganche una pestaña que se desplaza por medio de la acción que realiza un pequeño

muelle.

El cableado se lleva a cabo de una forma muy cómoda y por la parte delantera, sin perjudicar la

estética del equipo. lo que facilita, a su vez. las tareas de comprobación, reparación y modificación a que

hubiere lugar.

Canaletas perforadas

La instalación de los equipos sobre placas, sean éstas perforadas o no, y el cableado vertical u

horizontal se realizan, generalmente, empleando unos elementos auxiliares llamados canaletas, que suelen

ser perforadas.



En el interior de estas canaletas se van introduciendo los distintos conductores que forman la

instalación. También aquí el cableado es frontal y va oculto por una tapa de cierre que engancha sobre las

canaletas. Hay canaletas de distintos grosores y profundidades en función de la cantidad y tamaño de los

conductores que deben soportar. Las tareas de revisión, reparación y sustitución se realizan con suma

facilidad, ya que basta con retirar la tapa para acceder a los conductores.

Terminales

Para conectar los conductores a los distintos aparatos de la instalación se utiliza un elemento

denominado terminal. Es una pieza metálica que en un extremo adopta diversas formas y en el otro lleva

un orificio en donde se introduce el conductor, que va sujeto al terminal mediante presión, soldado, etc.

Esta parte generalmente va forrada de un material aislante, de modo que el único extremo que queda libre

es el que se conecta a los aparatos.

Bornes de conexión

Como su propio nombre indica, los bornes de conexión, llamados comúnmente regletas de

conexión, se utilizan para conectar los conductores del interior del cuadro con elementos situados fuera de

él. Es decir, es el elemento de enlace entre los componentes del cuadro y los exteriores.

El dimensionado de los bornes de conexión de todo cuadro eléctrico debe realizarse teniendo en

cuenta la sección de los conductores de entrada y salida. En la mayor parte de los casos, su sección deberá

ser superior a la de los cables. Los bornes de conexión permiten el alojamiento de conductores de secciones

que pueden llegar hasta los 240 mm2.Conforme indican las Normas DIN, se montan sobre perfiles metálicos

que se sujetan a la placa del cuadro mediante tomillos.

Entre los bornes de conexión y el final del cuadro hay que dejar un espacio, además de los 2,5 cm

de diferencia de la placa, con el fin de facilitar las treas de conexión y desconexión.

1.4. APARELLAJE ELÉCTRICO

Se conoce como aparellaje eléctrico al conjunto de elementos que intervienen en una instalación,

cuadro, etc., y que se clasifican en distintos grupos: de conexión, de mando, de protección, de señalización

y de medida.

Accesorios de conexión. Conductores

Los conductores son los encargados de unir todos los aparatos eléctricos que forman parte del

cuadro, en función de lo que dictamine el plano o esquema correspondiente. Es conveniente que vayan

provistos de terminales que servirán de ayuda para mejorar la conexión y dar mayor seguridad a la misma.

Como se ha indicado, dichos terminales irán parcialmente recubiertos con material plástico, para que no

exista una continuidad entre ellos y la cubierta del cable.



Ningún conductor debe entrar o salir de un cuadro eléctrico sin pasar a través de bornes de

conexión. Un conductor, por tanto, es el elemento metálico, generalmente de cobre o aluminio, encargado

de conducir o transportar la comente eléctrica.

La formación de un conductor se define por el número de alambres que lo componen y por el

diámetro nominal de los mismos. Así, la sección nominal de un cable es el valor redondeado que se emplea

para la designación del cable, expresada en mm2.

Designación de los conductores

En las instalaciones eléctricas, para distinguir unos conductores de otros se utilizan distintos

colores, letras y a veces también números. En corriente alterna, los conductores se distinguen por L1. L2 y

L3 para las fases, y N para el neutro. También mediante las letras R, S, T para las fases y N para el neutro.

Por su parte, en los bobinados de máquinas eléctricas, a las fases se las designa con !as letras U, V, W para

los principios, y X, Y, Z para los finales.

Marcado de los bornes

El marcado de los bornes de los aparatos tiene como principal misión facilitar la interpretación,

realización y aplicación de los esquemas de un equipo, para lo cual las casas comerciales, al igual que ocurre

con los símbolos, siguen los principios establecidos en la normalización internacional.

Referencia de los bornes de conexión de los aparatos

Las referencias están indicadas sobre los propios bornes o bien en la placa de características de los

aparatos. Todo elemento suele ir marcado con su referencia numérica o alfanumérica, cualquiera que sea el

aparato al que pertenezca. Cada elemento de mando o contactos, ya sea principal, auxiliar, instantáneo o

temporizado, posee dos referencias.

Los bornes de los contactos principales tienen una sola cifra de referencia. En los elementos

tripolares van del 1 al 6. En los tetrapolares, esta, referencia oscila entre el 1 y el 8. Las cifras impares van

colocadas en todos los casos en la parte superior y corresponden a las entradas; las cifras pares se sitúan en

la parte inferior y corresponden a las salidas. La progresión numérica se efectúa de arriba abajo y de

izquierda a derecha.



En los contactores de pequeño calibre, el cuarto contacto es una excepción a esta regla, pues no

está marcado como se ha indicado, sino con la misma referencia que la de un contacto auxiliar NA. En los

contactos auxiliares, la referencia la forman números de dos cifras, la de las unidades indica la función del

contacto y la de las decenas el número de orden del contacto en el aparato. Así, el marcado con el 11-12 es

un contacto NC, y el 13-14 es un contacto NA.

Las referencias para las bobinas son alfanuméricas. es decir, están constituidas por una letra y un

número, en este orden. La bobina de un contactor va marcada con las siglas A1 y A2, aunque hoy todavía

sé utiliza A y B.



UNIDAD TRABAJO 2: REPRESENTACIÓN DÉ LAS INSTALACIONES

Las instalaciones eléctricas se representan mediante unos dibujos denominados esquemas. Las de

automatismos, como instalaciones eléctricas que son, también tienen su representación esquemática

específica. Aunque existe gran diversidad de representaciones, puesto que no todos los fabricantes o

proyectistas de instalaciones utilizan siempre los mismos sistemas, vamos a conocer los esquemas más

comúnmente utilizados para este menester.

2.1. REPRESENTACIÓN DE LAS INSTALACIONES

La representación de las instalaciones se realiza mediante los esquemas y símbolos eléctricos. Un

esquema es la representación, mediante dibujos a escala, de una instalación o parte de ella, incluyendo

todos sus componentes, representando los aparatos eléctricos sin tensión y los manuales tal como son, sin

que haya ninguna fuerza que los modifique, e indicando la relación que existe entre todas las partes del

montaje.

El esquema ha de mostrar claramente la forma de los cableados, la situación de los aparatos y la

relación existente entre ellos. Los componentes de la instalación se representan por medio de símbolos

eléctricos y los conductores mediante líneas.

Representación de un esquema completo para una instalación de motor.

No todos los símbolos que encontramos en los esquemas están normalizados, pues es muy común

que cada fabricante establezca los suyos, no reconocidos por los demás. Los normalizados y más empleados

son los que recomendó la Asociación Electrotécnica Española (AEE). Adoptados por las normas UNE (Una

Norma Española). Tanto el personal encargado de la realización de los ensayos previos a la puesta en

funcionamiento como el que lleva a cabo tas tareas de mantenimiento deben saber interpretar el

funcionamiento completo y correcto del equipo.



2.1.1. ESQUEMAS DESARROLLADOS

Los esquemas desarrollados son representaciones gráficas de todos los elementos de un cuadro

eléctrico situados en la misma posición que ocupan en el espacio. Pueden mostrar tanto el aspecto general

como parcial de los dispositivos o elementos sueltos, las conexiones interiores y exteriores, y contienen la

información necesaria para montar o comprobar el dispositivo eléctrico.

Con este tipo de esquema se pretende representar los circuitos de una manera más clara, para

lograr una buena interpretación sobre la forma de realizar el cableado y favorecer las tareas de

mantenimiento, localización y reparación de las averías que se produzcan.

Esquema desarrollado.

Los esquemas de potencia y de mando se representan juntos y en el mismo formato, si bien el

circuito de potencia suele situarse en la parte superior. En la parte inferior, entre dos barras horizontales

que representan su red de alimentación, se sitúa el circuito de mando. Los elementos que constituyen el

equipo y cada uno de los aparatos (bobina, contacto principal, auxiliar, etc.) no están representados en los

esquemas tal como se encuentran en la realidad, sino de forma que se facilite la comprensión del

funcionamiento.

Todos los componentes que pertenecen a un mismo aparato deberán llevar la misma referencia

que éste en los dos esquemas. Si un contactor, por ejemplo, se marca como K en el circuito de potencia,

todos sus contactos llevarán como referencia K. Este tipo de esquema presenta el inconveniente de que se

necesita mucho espacio para la representación de grandes equipos. Las líneas horizontales situadas en la

parte superior del esquema de los circuitos de potencia representan la red. Los distintos motores o

receptores están colocados sobre las derivaciones. El esquema de mando aparece entre dos líneas horizon-

tales en las que figuran las dos polaridades.



2.1.2. ESQUEMAS DE POTENCIA

Como los esquemas de conjunto pueden llegar a ser muy complicados, en cuadros grandes se

tiende a ir simplificándolos de forma que resulten más fáciles de interpretar a la hora de consultar, realizar

el montaje o llevar a cabo alguna reparación. Por este motivo, desde hace tiempo la utilización de este tipo

de esquemas ha caído en desuso. Actualmente se confeccionan de forma separada, incluyendo en un

esquema la representación de todos los elementos que forman parte del mando y en otro los de potencia o

alimentación a los receptores.

Así pues, en el esquema de potencia están representados todos los circuitos de alimentación a los

distintos receptores, indicando, en cada caso, las conexiones necesarias dentro del propio cuadro.

Esquema de potencia.

En este tipo de esquemas se representan todos los dispositivos que intervienen en la alimentación a

cada receptor, desde las protecciones hasta los bornes de salida hacia el receptor. En las protecciones por

fusible, o por magnetotérmico, se indican las intensidades de los cartuchos fusibles o del aparato.

Los contactores se representan con los tres contactos de potencia y su bobina, aunque sin

conexiones eléctricas. En los relés de protección térmica se reflejan sus contactos de potencia, indicando el

rango de intensidades que abarcan. Del mismo modo, en estos esquemas debe constar la sección de los

conductores correspondientes, la tensión de alimentación al equipo, las tensiones de los receptores y la

conexión de la placa de bornes de éstos.

Los circuitos de potencia pueden representarse de distintas formas en función de su grado de

dificultad:

• De forma unifilar para los casos más sencillos. Cada grupo de hilos forma en el esquema un

haz unifilar, al igual que los contactores, relés, etc. En un sistema trifásico de alimentación a un

motor, se puede representar por un solo conductor cruzado en diagonal por tres líneas



pequeñas que nos indican el número total de conductores de la instalación, de forma que dos

trazos significan que la línea corresponde a una red monofásica y tres trazos representan una

red trifásica.

Esquema de potencia con representación unifilar,

Cuando el esquema corresponde a una instalación simple, las características de los receptores

vienen indicadas en él, lo que permite al instalador determinar las secciones correspondientes a la

alimentación a los mismos. Los bornes de conexión de los aparatos exteriores al conjunto se especifican

igualmente en el esquema.

• De forma multifilar cuando el esquema es más complicado, como ocurre en aquellos casos

en los que es necesario un intercambio de fases, que no podría quedar reflejado si se utiliza un

esquema unifilar.

Esquema de potencia con representación multifilar



• De una forma mixta, empleando el esquema unifilar en aquella parte o partes en las que no

hay posibilidad de error, y el multifilar cuando las circunstancias específicas de una parte del

esquema así lo requieran.

Esquema de potencia con representación mixta,

2.1.3. CIRCUITO DE MANDO

En el esquema de los circuitos de mando y señalización se representan todos los símbolos de los

órganos de mando de los contactores, de los relés y de aquellos otros aparatos que forman parte de este

circuito, tanto los interiores como los extremos a él. Todos estos elementos se colocan unos a continuación

de otros, y siempre que sea posible han de situarse en el orden correspondiente a su alimentación para su

funcionamiento normal. Se trazan dos líneas horizontales que representan la alimentación del circuito a la

tensión establecida para el funcionamiento de los aparatos que aquí se conectan.

Todos los receptores que forman parte del circuito de mando, bobinas de los contactores,

lámparas, relojes, etc., están unidos directamente al conductor inferior, es decir, reciben directamente un

hilo de los de alimentación. El segundo conductor alimenta, tras pasar por los contactos de los relés

térmicos, a los órganos de mando y a través de contactos auxiliares de contactores, de relés de tiempo,

interruptores de posición, etc, ir a finalizar conectados, a los bornes de los receptores a los que no se les ha

dado alimentación directa, es decir, a los que no tienen nada conectado.



Representación de esquema de mando en forma unifilar.

Los bornes de conexión se diferencian de los símbolos que se utilizan para los aparatos en que

llevan un círculo de mayor diámetro, o el mismo círculo figura atravesado con una línea. Su referencia

alfanumérica o gráfica está anotada al lado de la borna.

Los conjuntos y los aparatos auxiliares extremos están dibujados, normalmente, dentro de un

recuadro de trazo discontinuo fino. Esto facilita la labor del instalador a la hora de determinar el número de

conductores necesarios para la conexión.

2.1.4. OTRAS INDICACIONES

Para conseguir mayor claridad, los esquemas de los circuitos se complementan con las letras y las

cifras que constituyen las referencias de identificación de cada elemento; las que indican la naturaleza del

aparato están situadas a la izquierda, mientras que las referencias de sus bornes están a la derecha.

Cuando los contactos se representan de forma horizontal, la referencia de identificación está

colocada en la parte inferior del contacto y las de los bornes en la parte superior. En los esquemas, los

aparatos están agrupados en el orden que realizan sus operaciones, la función que desempeña en la

instalación, y está indicado, además, el grupo de trabajo al que pertenecen.

En los casos de esquemas complejos, en los cuales resultaría difícil encontrar todos los contactos de

un mismo aparato, se recurre a completar el circuito de mando con una referencia numérica en cada línea

vertical. La referencia numérica de los contactos que accionan los aparatos de mando figura indicada

debajo de éstos, así como el número de la línea vertical en la cual se encuentran.



2.2. SÍMBOLOS ELÉCTRICOS

Como ya hemos dicho, los símbolos eléctricos son unos signos que identifican a los distintos

aparatos y componentes de una instalación o equipo de automatización. Como la cantidad de elementos y

de marcas que pueden formar parte de un equipo de automatización es muy elevada, surgió la necesidad

de utilizar una norma para la identificación de un mismo aparato en las distintas marcas. Fue entonces

cuando se estableció una normativa internacional sobre símbolos.

Los símbolos deben responder a una serie de características bien definidas:

• Deben ser sencillos y estar dibujados de una forma clara, para que cualquier persona, sin

necesidad de ser un entendido, pueda interpretarlos.

• Un símbolo sólo puede representar un elemento, y dicha representación no debe dar lugar a

dudas.

• Han de ser fáciles de dibujar, con independencia de la persona que realice el dibujo y de la

complejidad que pueda tener un esquema.

• Aunque existen fabricantes que utilizan sus propios símbolos, sin ajustarse exactamente a una

determinada norma, debe permitirse cierto margen de tolerancia.

Con estos planteamientos nacieron las primeras normas internacionales, que para los países

europeos están recogidas en la NFC (Norma francesa) y por la CEI (Comisión Electrotécnica Internacional),

ambas en vigor.



2.3. IDENTIFICACIÓN DE ELEMENTOS ELÉCTRICOS

Como iremos viendo a lo largo del manual, los esquemas eléctricos están compuestos por una gran

cantidad y variedad de símbolos. Estos símbolos no pueden ser unidades de información aisladas. A lo largo

de los documentos del proyecto, e incluso dentro del mismo plano, tendremos que hacer referencia a estos

símbolos. Por esta razón, es imprescindible poder asignarles un código de identificación, único para cada

elemento, y evitar cualquier posible confusión. Este código de identificación no solo nos permitirá

referenciar los elementos unívocamente sino que, además, aportará una información complementaria.

Para hacer comprensible este código de identificación a toda la comunidad técnica, la norma UNE

establece las reglas que se seguirán para formar y aplicar los identificado-res de los elementos y equipos

eléctricos. Este código se debe colocar junto al símbolo al que identifica a lo largo de la documentación del

proyecto y en los aparatos una vez montados. A lo largo de este tema iremos comentando las diferencias

de la norma CEI que complementa a la norma UNE en algunos aspectos. En todo caso iremos indicando

estas diferencias y recomendaremos la utilización de una norma u otra.

Debe recordar que una identificación corresponde únicamente a un elemento, representado por

uno o varios símbolos, y que un elemento, representado por uno o varios símbolos, solo tiene una única

identificación. Si el elemento está formado por varias partes, cada una puede tener una identificación

secundaria, añadida a la del elemento al que pertenecen.

El ejemplo que le proponemos es un esquema sin ninguna utilidad práctica. Lo que nos interesa es

la identificación de los elementos que lo componen.

Si lo observa, comprobará que consta de dos aparatos, dos contactores, a los que asignamos el

identificador K1, al de la izquierda, y K2, al de la derecha. Cada contactor está compuesto por tres

elementos: un contacto abierto, uno cerrado y la bobina. Nosotros podemos saber a qué elemento

pertenece cada símbolo porque tienen la misma identificación.



Así vemos que los elementos de la columna izquierda forman parte del contactor K1, y los de la

derecha del contactor K2. Pero cada elemento está formado por otros subelementos, en este caso sus

bornes.

Éstos también se deben poder identificar de forma unívoca, por lo que se les asigna un código, en el

ejemplo: 13-14,21-22 y A1-A2. Aunque el código de identificación de los bornes de elementos similares son

iguales, su identificación es única al añadirle el identificador asociado al elemento del que forman parte.

Así, existen dos bornes identificados con el número 13, pero uno forma parte del elemento K1 y el otro del

elemento K2.

2.3.1. SIGNOS DE IDENTIFICACIÓN

En un proyecto de electrotecnia, los elementos eléctricos se identifican por medio de un código

definido en la norma. La identificación de cada elemento debe ser la misma a lo largo de todo el proyecto, e

incluso debe figurar también en el aparato una vez montado.

El código de identificación consta de cuatro bloques que, dependiendo de la complejidad del

proyecto, pueden ser obligatorios u opcionales. Cada bloque de identificación está compuesto por una

combinación de letras y números. Las letras serán latinas y mayúsculas aunque, para facilitar el

procesamiento automático de los datos, las letras minúsculas tendrán el mismo significado. En caso

contrario, se debe indicar claramente en el documento si existe alguna distinción. Los números deben ser

arábigos.

Puesto que la composición de la identificación varía mucho según el tipo de proyecto, cada bloque

va siempre precedido por un signo matemático (=, +, :) para facilitar la lectura. La identificación completa

de un elemento o equipo eléctrico está compuesto por los siguientes bloques:

Se puede variar el orden de los bloques si no disponemos de espacio suficiente o si no es necesario alguno

de ellos. Eso sí, es recomendable seguir el mismo orden en todos los documentos de un mismo proyecto.

• BLOQUE 1: La subdivisión fundamental relaciona un elemento o un equipo con

una unidad constructiva superior, esto es, en el bloque de la subdivisión

fundamental se incluye el código del circuito, armario, instalación, proyecto, etc., o

cualquier combinación entre ellos, donde está incluido el elemento identificado.

Este módulo es opcional y sólo se utiliza en proyectos complejos. El bloque está

compuesto por letras y números y depende de la forma de codificación de cada

empresa.



• BLOQUE 2: El bloque de situación representa la posición física del elemento respecto

del subconjunto al que pertenece o, en algunos casos, la posición del símbolo dentro

del plano donde se ha representado. Este bloque, que también es opcional, es útil para

localizar los elementos durante operaciones de mantenimiento o de interpretación de

planos, siempre que la complejidad del proyecto lo requiera.

La forma más habitual de situar componentes es por medio de sus coordenadas. Para ello,

dividimos el subconjunto o el plano en filas y columnas. Si la complejidad del circuito lo permite, podremos

eliminar las filas o las columnas.

A las filas y a las columnas se les asignan números y letras consecutivos o números únicamente. En

el caso de utilizar solamente números, debemos evitar cualquier posibilidad de confusión. Por ejemplo:

para un elemento situado en la fila 11-columna 1, su situación será 1101. Si olvidamos escribir los ceros

cuando son necesarios, una situación 111, podría corresponder a un elemento colocado en la fila 11-

columna 1 ó en la fila 1-columna 11.

Las filas y las columnas pueden tener el mismo tamaño o, si simplifica la localización, adaptarse a la

disposición de los elementos del conjunto.

En el bloque de situación, que representa la posición del elemento dentro de la placa, se puede

añadir la situación de la placa dentro del armario, la del armario dentro de la instalación, etc., pero siempre

al principio de la identificación.



En la segunda figura del ejemplo de la página siguiente utilizamos columnas, adaptando su

disposición a la forma del esquema. Esta forma se emplea en los dibujos de esquemas eléctricos.

• BLOQUE 3: El bloque de identificación y función es el más

importante y, en la mayoría de los casos, es suficiente. Consta de tres

partes: la clase, el número y la función.

De las tres, el número es la única parte obligatoria en toda identificación de los elementos

eléctricos. La clase y la función sirven de complemento.

La clase hace referencia a la naturaleza o tipo del elemento, sin tener en cuenta su función

en el circuito. La clase se representa por medio de una letra, aunque en algunos casos se

permiten más. Cada clase, y por tanto cada letra, representa una familia de elementos,

siendo el símbolo del elemento utilizado el que nos permite distinguir entre los distintos

miembros de esa familia.

En el ejemplo hemos dibujado dos elementos con la letra de clase K (relés y contactores). El símbolo

nos permite diferenciar que K1 es un contactor y K2 un relé temporizador. La letra T del temporizador

representa su función, explicada más adelante.



La norma establece la relación entre la letra de cada clase con la familia de elementos que

representa. En la tabla siguiente presentamos esta relación. Hemos añadido una cuarta columna donde

indicamos las distinciones que realiza la norma CEI dentro de cada clase. Esta norma, aunque ha sido

adoptada por la norma UNE, no es de obligado cumplimiento y únicamente la emplearemos en los

esquemas cuando su complejidad lo requiera. Se puede utilizar una codificación distinta, siempre que

quede bien definido su significado allí donde sea utilizada.











Es el único bloque obligatorio en la identificación de elementos. La numeración se

adaptará a las necesidades del circuito, pudiendo utilizar cualquier número natural

comenzando por el uno. Para facilitar la lectura se pueden asignar grupos de números a

grupos de elementos.

Para identificar los elementos se emplea, como mínimo, el número acompañado de la clase y, en

según que casos, de la función.

La función hace referencia al papel o acción que desempeña el elemento en el circuito,

independientemente del tipo de elemento que es. Está representada por una letra,

seguida en algunos casos por un número, cuyo significado se encuentra en la tabla

siguiente.

No es obligatorio indicar la función en los elementos del esquema y únicamente se incluirá cuando

sea estrictamente necesario. La función puede eliminarse si se añade al esquema su correspondiente

leyenda, como veremos más adelante.





Al igual que con la tabla de la clase, se puede utilizar otra codificación siempre que se explique allí

donde se utilice. En este caso hemos denominado los elementos con la letra de la clase y función

correspondiente.

Como hemos dicho antes, no es imprescindible incluir la función en la identificación de todos los

elementos. Si lo hacemos, podemos complicar innecesariamente el esquema. Es en la leyenda, una

información que se añade al esquema y que explicaremos más adelante, donde queda mejor reflejada la

función de los elementos.

Nosotros le recomendamos, y de hecho la vamos a utilizar a lo largo del manual, la identificación

compuesta por la clase, el número y, en contadas ocasiones, por Ia función.

• BLOQUE 4: El último bloque del identificador representa el punto de conexión

(borne) o el conductor. Su numeración sigue unas reglas muy estrictas y dedicaremos

el resto del tema a explicarlas.

Para finalizar este apartado vamos a proponerle un ejemplo de identificación completa,

basándonos en los ejemplos anteriores. El borne 13 del elemento K1 que se encuentra en la fila 3-columna

C de la placa a del proyecto 10, recibe la siguiente identificación:

=10A1 +3C -K1 :13

1



2.3.2. MARCADO DE CONDUCTORES

En un circuito eléctrico instalado, los conductores van alojados en canaletas o atados en mazos. Por

esta razón los cables no suelen ser visibles a lo largo de su recorrido, haciendo difícil la comprensión del

circuito, especialmente si no se dispone del plano correspondiente.

Para facilitar el montaje, comprobación y mantenimiento de un circuito, es imprescindible marcar

los conductores de una forma rápida de realizar y fácil de interpretar.

La primera forma de marcar los conductores es por medio del color de su aislante. Debido al

número limitado de colores, esta forma de marcaje se aplica únicamente con los conductores principales

del circuito. La norma distingue los siguientes casos:

2



Para identificar el resto de los conductores del circuito, se les asigna a cada uno de ellos un número.

Este número se refleja en el esquema y se añade, a los dos extremos del cable, utilizando etiquetas

numeradas. De esta forma, puesto que los dos extremos del cable tienen el mismo número, es muy sencillo

seguir el interconexionado de los elementos.

2.3.3. INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA

Después de haber identificado todos los elementos y marcado todos los bornes y cables del

esquema, aún podemos, y debemos, añadir más información a nuestros planos. De esta manera

lograremos que, interpretando únicamente los planos de un circuito, se pueda comprender completamente

su funcionamiento dejando el resto de la documentación del proyecto para un análisis más detallado. Esta

información complementaria la añadimos al plano en forma de leyenda y de referencias cruzadas.

Leyenda

Al leer un esquema eléctrico, vemos qué elementos lo componen y, consultando su identificación,

de qué tipo son y la misión que desempeñan. El problema consiste en que la letra correspondiente a la

función indica funciones generales, sin concretar el papel exacto que desempeña el elemento dentro del

circuito. Por ejemplo, la letra B indica sentido de movimiento, sin especificar si es hacia arriba, hacia abajo,

a la derecha, etc. De esta manera, si tenemos en un esquema un pulsador para cada dirección, no

podremos distinguir con qué dirección se corresponde cada pulsador, cuestión muy importante a la hora de

comprobar el funcionamiento del circuito.

Para hacer posible la total comprensión del circuito, debemos incluir su leyenda. La leyenda es una

información textual que se añade al esquema, preferiblemente cerca del cajetín. En ella se enumeran todos

los elementos del esquema, o los más importantes, escribiendo a continuación una breve descripción de la

función que desempeñan en el circuito.

3



Se podría considerar la leyenda como un complemento de la letra de función pero, en realidad,

elimina la necesidad de añadir la función en la identificación al aportar información más concreta. En las

figuras siguientes representamos un mismo esquema de mando de un inversor de giro. En el primero

hemos añadido las letras de función.

En el siguiente las hemos eliminado añadiendo la leyenda correspondiente. Aunque no comprenda

todavía el funcionamiento, esperamos que vea más claro y más completo el segundo esquema.

Esquema con letras de función

Si bien la leyenda tiene un nombre muy sugerente, procure ser breve y conciso al escribirla.

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Referencias cruzadas

Las referencias cruzadas son una información, gráfica o tabulada, que se añade al esquema con dos

funciones muy definidas:

Representar en el plano, de forma fácilmente accesible, todos los contactos y

elementos asociados a los relés, contactores y demás elementos de mando.

Facilitar la localización rápida de todos los elementos relacionados entre sí, por pertenecer a

un mismo aparato, indicando en los contactos la localización de su órgano de mando y, en los

órganos de mando, la localización de sus contactos y demás elementos asociados.

De esta manera vemos que las referencias cruzadas hacen más sencilla la lectura del esquema,

facilitando la localización de los elementos en el plano o a lo largo de los distintos planos del proyecto.

Para poder emplear las referencias cruzadas, vemos que es imprescindible poder localizar los

elementos dentro del plano. Por esta razón debemos dividir el plano en filas y columnas, pudiendo omitir

alguna división si la complejidad del esquema lo permite.

Tenemos dos formas equivalentes de representar las referencias cruzadas. Pasamos a describirlas a

continuación:

De forma gráfica, lo que la Norma llama esquemas anexos. Se dibujan los símbolos de todos los

contactos asociados a los distintos elementos del esquema o, por lo menos, de los más complejos.

Estos contactos se representan, fuera del esquema, en la misma columna y debajo de su órgano de

mando correspondiente.

En el caso de no disponer de espacio suficiente, se pueden dibujar en cualquier otra parte del

plano, haciendo referencia claramente al elemento al que están asociados.

En la figura del ejemplo siguiente hemos representado un esquema de mando de un montacargas

de dos pisos, explicado en detalle en el tema siete. Fíjese en que bajo cada relé y contactor se han

añadido las referencias cruzadas. En dichas referencias se ha incluido la numeración de cada uno de

sus bornes así como la posición del elemento en el plano.

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De forma tabulada, lo que la norma llama tablas de composición. Son totalmente equivalentes

a los esquemas anexos, salvo en que se dispone la información en una, dos o tres columnas,

escribiendo en cada una de ellas los bornes y la posición de los contactos abiertos, cerrados y

conmutados respectivamente.

En la figura siguiente representamos el mismo esquema que en el ejemplo anterior. En este caso

dibujamos las referencias cruzadas, únicamente de los relés del circuito, de forma tabular. Para

completar el esquema hemos incluido la localización del órgano de mando correspondiente en

cada contacto auxiliar.

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Recuerde que se pueden dibujar referencias cruzadas de todos los elementos del circuito que

tengan contactos asociados. Por lo tanto, se pueden dibujar referencias cruzadas de pulsadores,

conmutadores, etc., si su complejidad lo requiere, y no únicamente de relés y contactores. Las referencias

cruzadas de estos elementos se suelen dibujar en recuadros aparte del esquema.

7



UNIDAD TRABAJO 3: APARATOS DE MANDO, REGULACIÓN Y CONTROL

La adquisición de datos integra el conjunto de los componentes que proporcionan información

sobre el estado de un producto, una máquina o una instalación. Dichos componentes pueden detectar un

estado, controlar un umbral, seguir la posición de un móvil o identificar un objeto y sus características. En

base a su tecnología, los interruptores de posición electromecánicos, los detectores de proximidad

inductiva y los detectores fotoeléctricos detectan los estados, controlan la presencia, la ausencia o el paso

de un objeto, su color o tamaño, un estado de riesgo...

Los interruptores de flotador, los presostatos y los vacuostatos indican las variaciones de nivel o de

presión. Estos aparatos proporcionan información “Todo o Nada” cuando se alcanzan umbrales

previamente fijados. Los codificadores incrementales y absolutos permiten realizar el seguimiento continuo

de la posición lineal o angular de un móvil.

Los lectores/descodificadores de códigos de barras hacen posible la identificación óptica. La

identificación inductiva, basada en el uso de etiquetas electrónicas y de terminales de lectura/escritura,

añade a la función de detección la posibilidad de memorizar e intercambiar datos detallados con la unidad

de tratamiento. Los sistemas de mando y control manual de los cuadros eléctricos los podemos dividir en

dos grupos: sistemas de mando permanente y sistemas de mando instantáneo.

3.1. SISTEMAS DE MANDO.

a) Sistema de mando permanente

La principal característica, de este tipo de mando radica en que al accionar el dispositivo de

puesta en marcha, éste permanece en esa posición hasta que se actúe nuevamente sobre él.

A este grupo de aparatos pertenecen los interruptores, conmutadores, selectoras, etc., que

permiten simplificar bastante, tanto los esquemas de mando como los circuitos, ya que al permanecer

cerrados, mantendrán en tensión todos los elementos que alimenten hasta que se actúe de nuevo sobre el

mando, realizando entonces la parada.

Selectores. Estos elementos de mando son interruptores, conmutadores o botones giratorios, y

pueden funcionar en uno o varios circuitos, teniendo como particularidad que al ser accionados se

mantienen en la posición seleccionada hasta que se actúe de nuevo sobre ellos. Los botones giratorios

cuentan con dos o tres posiciones mantenidas y retomo automático a cero. Con ellos puede seleccionarse

el circuito, el tipo de marcha (manual o automática) y la parada de un equipo.

Cuando el mando se realiza por medio de llave, ésta puede ser extraíble o estar enclavada en

algunas posiciones, en cuyo caso solamente puede realizar la maniobra la persona autorizada para ello.

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b) Sistemas de mando instantáneo

Este tipo de aparatos tiene la particularidad de recuperar la posición de reposo en el momento en

que cesa la fuerza que se ejerce sobre ellos. Como elementos más representativos de este grupo podemos

citar los pulsadores y finales de carrera. Los pulsadores pueden ser abiertos o cerrados. Para la puesta en

marcha se utiliza un pulsador normalmente abierto (NA); para la parada se emplea un pulsador nor-

malmente cerrado (NC).

Como ya hemos dicho, al realizar la puesta en marcha por medio de un pulsador que recupera la

posición de reposo en cuanto cesa la causa que lo acciona, el contactor, contactores o equipo se pararía

porque le faltaría la alimentación que recibe a través de dicho pulsador. Para evitar esta circunstancia se

utilizan contactos auxiliares de los propios contactores que realizan lo que se denomina realimentación o

mantenimiento del contactor.

En este campo de los pulsadores existe mucha variación, los ingenieros han trabajado muy a fondo

para conseguir dar muchas soluciones al mando a distancia. Por ejemplo en un solo taladro han conseguido

colocar: Un pulsador de marcha, un pulsador de paro y una lámpara piloto

La operación de pulsar un contacto puede tener distintas soluciones, por ejemplo: las botoneras

salientes son rápidas de accionar pero tiene el inconveniente de que se pueden pulsar por accidente, en

este caso los pulsadores embutidos son una buena solución, aunque el mando giratorio es una solución aún

mejor.

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Para evitar que personas no autorizadas pongan en marcha una máquina los pulsadores con lleve

son un buen seguro siempre que no se trate de una seguridad total. El mando por puntos es una botonera

que puede girarse pero que solo actúa en el punto que se haya seleccionado previamente. La botonera de

seta, es un paro de emergencia que puede pulsar cualquier persona, al apretarlo, el pulsador queda

retenido y deja desconectado el contactor. Para volver a poner en funcionamiento es preciso sacar el

pulsador de paro girando este en el sentido que indica la flecha grabada en el frente.

DIFERENTES FORMAS DE ACCIONAR UN PULSADOR

Los pulsadores son los elementos de mando más empleados en las instalaciones de contactores y,

aparte de los ya citados, podemos encontrar en el mercado una amplia gama, destacando entre ellos los

pulsadores dobles, que a su vez se dividen en:

a) Pulsadores dobles de conexión simultánea. Al pulsar, se cierran dos circuitos a la vez.

b) Pulsadores dobles de desconexión simultánea. AI pulsar, se abren dos circuitos a la vez.

c) Pulsadores de desconexión-conexión (también conocidos como pulsadores de doble

cámara). Al accionar el pulsador, se abre un circuito y se cierra otro.

Los pulsadores se alojan, por lo general, en cajas, formando lo que se conoce como cajas de

pulsadores. Estas pueden contener distinto número de pulsadores en función de las necesidades, pero las

más corrientes están constituidas por un pulsador de marcha y otro de paro, o por dos pulsadores de

marcha y uno de paro, las dos de múltiples aplicaciones en circuitos de mando muy variados, aunque las

ultimas se emplean con preferencia en el mando de inversores.

Hoy en día, los pulsadores más comentes son los denominados modulares, que son aquéllos a los

que se pueden añadir contactos a voluntad, en función de las necesidades y en la forma que convenga a los

circuitos que han de controlar.

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c) Teclados

Su uso es cada vez más frecuente, y empezaron a implantarse a raíz de la aparición de la lógica

programada (autómatas, microprocesadores o miniordenadores), en la que se hace intervenir parámetros

numéricos. En estos casos, el diálogo con la máquina adquiere gran importancia, por lo que hay que utilizar

un mayor número de pulsadores asociados entre si eléctricamente, capaces de hacer llegar las órdenes.

Estos pulsadores son todas las teclas que componen el teclado.

Las aplicaciones en las cuales el mando se puede llevar a cabo con ayuda de teclados son muchas:

• Máquinas-herramienta de transformación de metales, maderas, materiales moldeados, etc.

• Máquinas dedicadas a material de laboratorio, agrícola, de pesaje, embalaje, etc.

• Maquinabas para imprenta, así como las dedicadas a sellar, aislar, grabar, etc.

• Máquinas de distribución de bebidas, alimentación, tiques, etc.

d) Cajas de pulsadores colgantes

Las cajas de pulsadores colgantes están destinadas al mando de contactores que controlan,

principalmente, máquinas de elevación como puentes-grúa, grúas pluma, máquinas-herramienta, etc.

Cajas de pulsadores colgantes.

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Hoy en día, sobre todo en las máquinas elevadoras, se han ido sustituyendo las cajas de pulsadores

colgantes, que necesitaban conductores eléctricos como medio de comunicación del operario con el cuadro

de maniobra (con lo que la movilidad del encargado de manejarla era bastante limitada) por otras en las

que no es necesario usar ningún tipo de unión para transmitir las mismas órdenes.

Esto es posible gracias a la utilización de ondas semejantes a las de radio, de forma que cuando se

acciona un pulsador se genera una señal de radiofrecuencia que produce una sola respuesta en el elemento

receptor y que se convienen en el movimiento correspondiente de la máquina. En la caja de pulsadores se

encuentra el emisor de la señal de radiofrecuencia, y en el cuadro de maniobra el receptor de la misma y el

convertidor de señal que la traduce en el movimiento deseado.

e) Combinadores

Los combinadores se utilizan para disponer de mando semiautomático, y en varios tiempos, de

aparatos de elevación, pórticos, puentes-grúa, etc. Sus múltiples contactos provocan, a través de

contactores, el arranque, la aceleración y el frenado de los motores.

Imagen de un combinador.

Los combinadores de un tambor sólo controlan un movimiento, mientras que los de dos tambores

permiten el mando independiente o simultáneo de dos movimientos mediante una sola palanca de mando.

Los combinadores se accionan con la ayuda de una palanca vertical, una maneta, una maneta tipo pistola o

un volante. A menudo se incorporan a puestos de mando en pupitres, puestos portátiles, puestos con

asiento, etc.

f) Mandos particulares. Pedales

Los pedales están destinados al mando a través de contactores, sobre todo, de máquinas-

herramienta, y pueden ser de impulso o de enganche. Se emplean generalmente cuando el operador tiene

las manos ocupadas.

Pulsador de pedal.

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La elección del modelo se realiza en función de las condiciones de utilización, y los hay de diversas

clases: metálicos, con enclavamiento que impide la puesta en funcionamiento intempestiva por caída de

objetos, con tapa de protección, etc.

g) Paradas de emergencia

Una parada de emergencia es una medida que se adopta como señal dé respuesta ante situaciones

en las que puede existir causa de peligro para las personas o las instalaciones. Esta detención puede afectar

a una máquina, a una zona o llegar incluso a producir la parada total de una fábrica o industria. La parada

de emergencia puede provocarse actuando sobre el circuito principal, el de mando, en reguladores por

circuitos electrónicos o en autómatas programables.

Generalmente, y salvo casos muy específicos incluidos en los equipos, esta función está

encomendada a los pulsadores llamados de seta; la cabeza de estos pulsadores es bastante más ancha que

la de uno normal, asemejándose a la forma de estos hongos. Normalmente suelen llevar dispositivo de

enclavamiento, de manera que cuando se actué sobre el pulsador de seta, éste quede «enclavado»

(enganchado) en la posición «pulsado», provocando la parada de la instalación e impidiendo la puesta en

marcha. Sólo la persona encargada puede desenclavar el pulsador por medio de una llave.

h) Interruptores de posición

Los interruptores de posición se utilizan para controlar el estado de una máquina, permitiendo la

puesta en marcha, la disminución de velocidad o la parada en un sitio determinado o mandando ciclos de

funcionamiento automático en las máquinas modernas.

Los dispositivos de mando son variados, por lo que a la hora de elegir el más adecuado hay que

analizar los factores que puedan afectarle:

• Posibles manipulaciones, golpes, presencia de líquidos, gases.

• Características ambientales de la zona de ubicación: humedad, temperatura ambiente,

existencia de polvo.

• Espacio físico disponible para alojar el dispositivo, forma de fijación, peso.

• Condiciones de utilización, número de maniobras, naturaleza, peso y velocidad del móvil

que se debe controlar, precisión y fidelidad que se exige, posibilidad de que exista un exceso

de velocidad en ambos sentidos, esfuerzo que se necesita para accionar el contacto.

• Número y naturaleza de los contactos, si el cambio debe ser lento o rápido, o si necesita

regulación.

• Forma de la corriente, valor de la tensión e intensidad a controlar.

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Los finales de carrera, tienen como misión conectar y desconectar circuitos auxiliares o de

gobierno, sirviendo para el mando de contactores y señalizaciones, entre otras funciones. Están

constituidos por pulsadores similares a los citados anteriormente y que son accionados mecánicamente de

formas muy diversas.

3.2. SEÑALIZACIÓN

Para indicar que un equipo o un simple contactor están en funcionamiento se utilizan lámparas o

pilotos en diferentes colores. Por lo general, el piloto de color verde significa funcionamiento normal de la

máquina, mientras que el rojo indica condiciones anormales de funcionamiento o alarma. Cuando el cuadro

es muy grande y consta de muchas señalizaciones, cada piloto suele llevar un letrero que expresa a qué

parte del equipo corresponde.

Además, si el equipo lleva protección por sobreintensidad, también suele aparecer su

correspondiente señalización indicativa del disparo a causa de dicha circunstancia, que puede ser luminosa

(por lo general, con lámpara roja o naranja, que luce de forma intermitente) o mediante señal acústica (que

también puede ser intermitente para evitar que se queme con un funcionamiento continuo), por medio de

bocina, timbre, zumbador, etc.

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3.3. INTERRUPTORES DE CONTROL DE NIVEL

Los interruptores de control de nivel van acoplados a un flotador, y supervisan el nivel en un

depósito utilizándose también para poner en marcha o parar sucesiva y automáticamente un cierto

número de grupos electrobombas en función del caudal pedido.

Los interruptores de flotador son el mínimo complemento indispensable de los grupos

electrobombas, y provocan el arranque y la parada en función del nivel en el depósito. Son polivalentes, ya

que pueden regular el máximo nivel admisible, controlando una bomba de alimentación, o el nivel más

bajo, controlando un equipo para bomba de vaciado.

Con posterioridad a éstos, aparecieron en el mercado unos relés capaces de mantener el control, al

mismo tiempo sobre dos niveles (por ejemplo, un pozo de agua que abastece por medio de una

electrobomba a un depósito) o sólo uno de forma individual. Con estos relés se puede poner en marcha la

electrobomba si hay agua, evitando que funcione en vacío (descebada), con lo que podría llegar a

quemarse; y el depósito, de tal manera que cuando a éste le falta nivel, ordena la puesta en marcha del

equipo abastecedor. Todo este funcionamiento se realiza mediante el empleo de unas sondas que van

sumergidas y, por tanto están en contacto con el líquido que hay que controlar.

La elección del modelo depende de las características de la instalación (incluida la forma del

depósito), de la naturaleza y temperatura del líquido y del ambiente en el que funciona el aparato.

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3.4. SELECTOR DE POSICIÓN

Este aparato se utiliza para controlar la posición de un móvil (el cabrestante en el caso de un

puente transbordador). Se acopla al motor por medio de una cadena y de piñones reductores, y está

equipado con contactos auxiliares que se abren o cierran cuando el dispositivo ocupa posiciones muy

precisas en el transcurso de su desplazamiento: ralentizamiento previo a la parada, parada en el

emplazamiento predeterminado, señalización, final de carrera en los equipos de elevación o manutención.

3.5. CONTROL DE PRESIÓN. PRESOSTATO - VACUOSTATO

Tanto los presostatos como los vacuostatos, se destinan al control de la presión mediante la

conmutación de un contacto, pero son aparatos de funcionamiento totalmente opuesto. El presostato

controla la subida de la presión, y cuando ésta llega al límite establecido provoca la apertura de un

contacto; el vacuostato controla la bajada de presión, o depresión, procediendo a cerrar el contacto.

Cuando cesa la causa que originó dichos movimientos, ambos recuperan la posición inicial.

Sus utilizaciones más frecuentes son las siguientes:

• En los calderines de los compresores, regulan la puesta en marcha y parada en función de

la presión establecida.

• Garantizan refrigeraciones o lubricaciones mediante la circulación de un fluido.

• Controlan presiones en algunas máquinas-herramientas provistas de cilindros hidráulicos,

Como en todos los aparatos, a la hora de efectuar la elección deben tenerse en cuenta una serie de

circunstancias:

• El tipo de funcionamiento al que van dirigidos.

• Si han de controlar en un solo sentido o en dos.

• Si se han de regular los niveles máximo y mínimo.

• El tipo de fluido a! que se destinan: aceite hidráulico. agua dulce, agua de mar, aire.

• Los valores en los que se moverá la presión que queremos controlar.

• Las circunstancias de ambiente en las que van a ser ubicados.

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3.6. CONTROL DE TEMPERATURA. TERMOSTATOS

Los termostatos, son los dispositivos empleados para el control de las temperaturas. Al igual que

los aparatos descritos anteriormente, van provistos de un contacto que cambia su posición cuando el valor

de la temperatura alcanza el previamente establecido. Su funcionamiento puede provocar dos tipos de

respuesta: como medio de corte de elementos calefactores o como medio de puesta en marcha de

componentes refrigerantes.

Según esto, los termostatos pueden utilizarse para el control de la temperatura en:

• Climatización, bien sea como elemento de una instalación de calefacción o de refrigeración.

En el primer caso, conecta y desconecta la calefacción para mantener la temperatura a unos

niveles establecidos. La refrigeración se utiliza en el ramo de la conservación de alimentos,

desde los frigoríficos más pequeños a las grandes cámaras frigoríficas. Forma, pues, parte de

muchas aplicaciones de ámbito doméstico.

• Industria, como controlador de la temperatura de las máquinas-herramienta para

mantener una buena refrigeración. Para elegir los termostatos deben tenerse en cuenta el

mismo tipo de circunstancias indicadas en los casos anteriores, pero sobre todo su rango, en

función de la temperatura que se desea controlar.

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3.7. DETECTORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS

Estos aparatos se utilizan principalmente en aplicaciones industriales. Detectan cualquier objeto

metálico sin necesidad de contacto: control de presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de

posicionamiento, de codificación y de contaje.

Son los indicados para la detección de los objetos metálicos, y se basan en la variación que sufre un

circuito electromagnético cuando se le aproxima un objeto metálico. Los detectores de proximidad

inductivos aportan numerosas ventajas:

compatibilidad con los automatismos electrónicos gracias a la posibilidad de cadencias elevadas.

durabilidad independiente del número de ciclos de maniobra (ninguna pieza móvil y, por tanto,

sin desgaste mecánico, contactos de salida estáticos).

adaptación a ambientes húmedos, corrosivos y con atascos.

detección de objetos frágiles, recién pintados, etc.

APLICACIONES.

VELOCIDAD Y SENTIDO DE GIRO

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3.8. DETECTORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS

Los detectores capacitivos son adecuados para detectar objetos o productos no metálicos de

cualquier tipo (papel, vidrio, plástico, líquido, etc.). Un detector de posición capacitivo se compone de un

oscilador cuyos condensadores forman la cara sensible.

Son los apropiados para otros tipos de objetos, aunque sean aislantes, líquidos o estén cubiertos de

polvo. Su funcionamiento tiene como principio la alteración que sufre un campo eléctrico al aproximarle un

objeto.

Cuando se sitúa en este campo un material conductor o aislante, se modifica la capacidad de

conexión y se bloquean las oscilaciones. Estos detectores disponen de un potenciómetro de regulación de

sensibilidad.

APLICACIONES

PARA DETECTAR LA SUELA DE UNOS ZAPATOS.

19



COMPROBAR EL CONTENIDO DE CAJAS

3.9. DETECTORES FOTOELÉCTRICOS

Los detectores fotoeléctricos permiten detectar todo tipo de objetos (opacos, transparentes,

reflectantes, etc.) en gran variedad de aplicaciones industriales y terciarias. Los detectores fotoeléctricos,

van asociados a un relé electrónico, y emiten un haz luminoso que al ser interrumpido hace que modifiquen

la posición del contacto de dicho relé. Por su peculiaridad de funcionamiento, son aparatos que trabajan en

tensión.

Existen tres tipos de sistemas de montaje, en función de una serie de circunstancias:

• Sistema de barrera. Se monta cuando se trata de alcanzar longitudes largas y los objetos

que queremos detectar son reflectantes. El emisor y el receptor están situados uno frente al

otro a la distancia estipulada. Como ha quedado dicho, la detección del objeto se produce

por interrupción del haz luminoso. Con este dispositivo se pueden detectar objetos a

distancia si éstos son lo suficientemente brillantes o están pulidos, lo que haría inútil el

empleo de otros tipos de sistema.

• Sistema réflex. Este tipo es el indicado para instalaciones de alcance mediano. En este caso,

el emisor y receptor están en el mismo aparato. El haz luminoso que lanza el emisor va

dirigido a una pantalla situada frente a él a la distancia conveniente, provocando el retomo

del haz por medio de un elemento reflector que está montado sobre dicha pantalla. La

detección se produce cuando el objeto interrumpe el reflejo del haz. Estos modelos están

indicados para instalaciones de alcances medianos o cortos, y sobre todo cuando no hay

posibilidad de instalar el receptor y el emisor separados.

• Sistema de proximidad. Sólo está indicado cuando se trata de realizar instalaciones para

alcances cortos. También en este caso el emisor y el receptor van incorporados en la misma

caja. El haz emitido llega al receptor valiéndose del reflejo que provoca sobre los propios

objetos que hay que controlar, eso sí, situados a una distancia relativamente corta. Estos

aparatos incluyen un ajuste de sensibilidad para impedir que cualquier objeto del entorno

pueda alterar el normal funcionamiento, lo que podría ocurrir si existe algún elemento

reflectante tras el objeto a detectar.

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Los detectores fotoeléctricos disponen de un emisor de diodo electroluminiscente y de un receptor

de fototransistor. Estos componentes se utilizan por su elevado rendimiento luminoso, su insensibilidad a

los golpes y a las vibraciones, su resistencia a la temperatura, su durabilidad prácticamente ilimitada y su

velocidad de respuesta. Dependiendo del modelo de detector, la emisión se realiza en infrarrojo o en luz

visible verde o roja.

Un detector fotoeléctrico detecta un objeto o una persona por medio de un haz luminoso. Sus dos

componentes básicos son un emisor y un receptor de luz. La detección es efectiva cuando el objeto penetra

en el haz de luz y modifica suficientemente la cantidad de memoria que llega al receptor para provocar el

cambio de estado de la salida. Para ello, se siguen dos procedimientos:

bloqueo del haz por el objeto detectado.

retorno del haz sobre el receptor por el objeto detectado.

Los detectores fotoeléctricos emplean dos procedimientos para detectar objetos:

POR BLOQUEO DEL HAZ: en ausencia de un objeto, el haz luminoso alcanza el receptor. Un

objeto bloquea el haz al penetrar en él.

no hay luz en el receptor = detección

Dos sistemas básicos emplean este procedimiento, que se basa en las propiedades absorbentes de

los objetos:

barrera,

réflex,

POR RETORNO DEL HAZ: En ausencia de un objeto, el haz no llega al receptor. Cuando un

objeto penetra en el haz, lo envía al receptor:

luz en el receptor = detección

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Un sistema básico que emplea este procedimiento, que se basa en las propiedades reflectantes de

los objetos es el de:

proximidad,

A) SISTEMA DE BARRERA

El emisor y el receptor se sitúan en dos cajas separadas. Es el sistema que permite los mayores

alcances, hasta 100 m con ciertos modelos. El haz se emite en infrarrojo o láser. A excepción de los objetos

transparentes, que no bloquean el haz luminoso, puede detectar todo tipo de objetos (opacos,

reflectantes...) gracias a la excelente precisión que proporciona la forma cilíndrica de la zona útil del haz.

Los detectores de barrera disponen de un margen de ganancia muy amplio. Por ello, son muy

adecuados para los entornos contaminados (humos, polvo, intemperie, etc.).

Es necesario alinear cuidadosamente el emisor y el receptor. Ciertos modelos disponen de diodos

electroluminiscentes que facilitan la alineación mediante el control de la intensidad del haz luminoso que

llega al receptor. Además de cumplir esta función de ayuda, los diodos indican si un exceso de acumulación

de suciedad en los componentes ópticos puede llegar a provocar defectos de detección.

APLICACIONES.

22



B) SISTEMA RÉFLEX

El emisor y el receptor están situados en una misma caja. En ausencia de un objeto, un reflector

devuelve al receptor el haz infrarrojo que emite el emisor. El reflector consta de una elevada cantidad de

triedros cuya propiedad consiste en devolver todo rayo luminoso incidente en la misma dirección.

La detección se realiza cuando el objeto detectado bloquea el haz entre el emisor y el reflector. Por

tanto, este sistema no permite la detección de objetos reflectantes que podrían reenviar una cantidad más

o menos importante de luz al receptor.

El alcance nominal de un detector fotoeléctrico réflex es del orden de dos a tres veces inferior al de

un sistema de barrera. Un detector fotoeléctrico réflex puede utilizarse en un entorno contaminado. Sin

embargo, dado que el margen de ganancia es inferior al de un sistema de barrera, es indispensable

consultar la curva de ganancia para definir el alcance de trabajo que garantiza la fiabilidad de la detección.

23



APLICACIONES.

24



Existe una variante para el sistema réflex cuando los objetos son brillantes, ya que, en lugar de

bloquear el haz reflejan parte de la luz hacia el receptor, no pueden detectarse con un sistema réflex

estándar. En estos casos, es preciso utilizar un sistema réflex polarizado.

Este tipo de detector emite una luz roja visible y está equipado con dos filtros polarizadores

opuestos:

un filtro sobre el emisor que impide el paso de los rayos emitidos en un plano vertical.

un filtro sobre el receptor que sólo permite el paso de los rayos recibidos en un plano

horizontal.

La elección del reflector, el funcionamiento en la zona próxima y el uso en entornos contaminados

siguen los criterios del sistema réflex estándar. El funcionamiento de un detector réflex polarizado puede

verse perturbado por la presencia de ciertos materiales plásticos en el haz, que despolarizan la luz que los

atraviesa. Por otra parte, se recomienda evitar la exposición directa de los elementos ópticos a las fuentes

de luz ambiental.

25



C) SISTEMA DE PROXIMIDAD

Al igual que en el caso de los sistemas réflex, el emisor y el receptor están ubicados en un misma

caja. El haz luminoso se emite en infrarrojo y se proyecta hacia el receptor cuando un objeto

suficientemente reflectante penetra en la zona de detección. El alcance de un sistema de proximidad es

inferior al de un sistema réflex, lo que desaconseja su uso en entornos contaminados.

El alcance depende:

del color del objeto detectado y de su poder reflectante (un objeto de color claro se detecta a

mayor distancia que un objeto oscuro).

de las dimensiones del objeto (el alcance disminuye con el tamaño).

Los detectores de proximidad se equipan frecuentemente con un potenciómetro de reglaje de

sensibilidad. Para una distancia dada entre el objeto detectado y el emisor, la detección de un objeto

menos reflectante requiere un aumento de la sensibilidad, lo que puede provocar la detección del plano

posterior en caso de ser más reflectante que el propio objeto.

En estos casos, el uso de un sistema de proximidad con borrado del plano posterior asegura la

detección del objeto.

Los detectores de proximidad con borrado del plano posterior están equipados con un

potenciómetro de regulación de alcance que permite “enfocar” una zona de detección y evitar la detección

del plano posterior.

26



Pueden detectar a la misma distancia objetos de colores y reflexividades distintas. En el dibujo

inferior, la parte delimitada por un trazo negro se ha definido con una pantalla blanca 90%; la delimitada

por un trazo azul, con una pantalla negra 6% (el color de prueba menos reflectante). La tolerancia de

funcionamiento de un sistema de proximidad con borrado del plano posterior en un entorno contaminado

es superior a la de un sistema estándar. Esto es debido a que el alcance real no varía en función de la

cantidad de luz devuelta por el objeto detectado.

27



UNIDAD TRABAJO 4: CONTACTORES

La energía eléctrica, que se suministra a las instalaciones industriales a través de redes de

distribución, no puede estar conectada permanentemente al conjunto de receptores que forman la

instalación. Es necesario emplear sistemas que permitan su transporte, conexión y desconexión entre la red

de alimentación y los propios receptores.

Esta misión la cumplen los interruptores, los disyuntores y los contactores, que garantizan lo que se

conoce como mando de potencia. Para facilitar esta labor, así como el trabajo del operador, que en muchos

casos se encuentra a bastante distancia de los aparatos de potencia, se recurre al uso del mando a

distancia.

El contactor, por su constitución interna, puede accionarse por medio de elementos auxiliares de

mando, como el pulsador, que es el más corriente y elimina la acción manual y directa del operador sobre

el contactor, es decir, permite que la acción de mando o de control pueda realizarse a distancia. Cuando

esto ocurre, debe existir un «testigo» que le informe de la acción realizada. Este «testigo» suele ser la

señalización mediante pilotos luminosos o por mando automático de un segundo aparato.

4.1. DEFINICION DE CONTACTOR.

DEF. Aparato que tiene una sola posición de reposo, de mando no manual, capaz de establecer,

soportar e interrumpir corrientes en cond. normales del circuito, comprendidas en ellas las de sobrecarga

en servicio.

El contactor es un aparato mecánico de conexión accionado por un electroimán que funciona en

«todo o nada». Cuando se alimenta la bobina que rodea el electroimán, el contactor cambia la posición de

la parte móvil de todos sus contactos, los principales y los auxiliares. Los principales o de potencia,

normalmente abiertos, se cierran, estableciendo a través de ellos la conexión entre la red de alimentación y

el receptor.

Se define el contactor como a un interruptor que puede ser

accionado a distancia por medio de un circuito electromagnético

(electroimán). El mando del electroimán permite muy diversas

maniobras, las cuales se elegirán de acuerdo con la forma de

gobierno del circuito que mas convenga a la utilización.

El contactor puede ser integrado en un sistema automático

de marcha, ya sea a través de relés, de autómatas o de otros

sistemas de marcha y control.

El mejor conocimiento de los contactores y sus

posibilidades ayudara a desarrollar el circuito que mas convenga a

los receptores y a su maniobra.

28



Ventajas:

Permite el funcionamiento tanto de una forma intermitente como continua.

Se puede efectuar un mando manual o automático a distancia con la ayuda de hilos de

pequeña sección, reduciendo considerablemente los cables de potencia utilizados.

Es posible interrumpir corrientes importantes por medio de un circuito de mando por el que

pasa una pequeña intensidad que permite utilizar elementos pequeños y fáciles de manejar.

Se pueden multiplicar los puestos de mando y situarlos cerca del operador.

Es robusto y fiable porque no encierra ningún mecanismo delicado.

Se adapta a la tensión de alimentación de! circuito de mando.

Si se produce una interrupción momentánea de comente, garantiza la seguridad del personal

contra los arranques imprevistos mediante el mando por pulsadores.

Facilita la repartición de los puestos de parada de emergencia y los enclavamientos,

impidiendo la puesta en marcha de la máquina si antes no se toman las debidas precauciones.

Protege al receptor contra las caídas importantes de tensión, desconectándose cuando ésta se

sitúa por debajo de un determinado valor.

Inconvenientes:

No soporta corrientes de cortocircuito

4.2. PARTES DEL CONTACTOR.

El contactor es un interruptor que puede ser accionado a distancia de forma electromagnética,

constando básicamente de estas tres partes fundamentales, a saber:

El electroimán, que es el elemento mediante el cual se accionan los contactos de maniobra y potencia

Contactos principales o de potencia a través de los que se alimenta al receptor

Contactos auxiliares utilizados en el control del electroimán. Los contactos pueden ser abiertos, cerrados, temporizados, etc…

29



El circuito electromagnético de los contactores es diferente según se empleen para corriente

alterna o corriente continua. Consta esencialmente de tres partes; núcleo, armadura y bobina.

El núcleo tiene forma de E, y sobre su parte central lleva colocada la bobina. Generalmente,

esta parte del circuito es fija. Cuando la corriente eléctrica atraviesa la bobina, genera un campo magnético

que hace que el núcleo atraiga a la armadura, que es la parte móvil, presionando así los contactos móviles

contra los fijos, cerrando los abiertos y abriendo los cerrados.

El entrehierro tiene la misión de evitar que el circuito magnético quede cerrado por efecto del

magnetismo remanente al desconectar la bobina. Este entrehierro dispersa las líneas de fuerza del flujo,

que sufren así una deformación al pasar por el espacio del aire. Aunque el aumento del entrehierro podría

mejorar la rapidez de la desconexión, cuando el entrehierro se hace muy grande (por ejemplo, cuando se

introduce suciedad), el valor de la corriente que circula por el circuito de la bobina es superior a la nominal,

30



lo que suele producir un ruido característico, y si esta circunstancia persiste, la bobina podría llegar a

quemarse.

La bobina es la encargada de crear el flujo necesario para que el núcleo atraiga a la armadura.

Las bobinas empleadas actualmente son muy resistentes a las sobretensiones, a los choques y a las

atmósferas agresivas, pues están realizadas en hilo de cobre con esmalte reforzado.

La bobina esta construida con hilo de cobre, aislado con esmalte, impregnada en barniz contra los

ácidos y humedades. El hilo va enrollado en el carrete de baquelita, se construyen de diferentes tensiones,

tanto para corriente continua como corriente alterna.

Los materiales que se utilizan en este caso suelen ser materiales paramagnéticos (son materiales

atraídos por imanes, pero no se convierten en materiales permanentemente magnetizados). Se utilizan

chapas magnéticas de grano orientado, producen un fuerte campo magnético para poder mover la

armadura y unir los contactos.

Colocación de la bobina en el núcleo de un contactor

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La armadura están construidos con chapa magnética aislada, pero si el circuito magnético es

para corriente continua, ambos estarían formados por un mismo bloque de hierro dulce.

La intensidad absorbida por la bobina al principio de la conexión es elevada, ya que en esos

momentos sólo existe en el circuito la resistencia del conductor, que es la reactancia mínima, al tener el

circuito electromagnético mucho entrehierro. Cuando el circuito electromagnético se cierra. aumenta la

impedancia de la bobina, lo que hace que el valor de la corriente inicial se reduzca a la intensidad nominal.

Espira de cortocircuito o de sombra

Al conectar la bobina a una red de corriente alterna, el flujo magnético pasa por cero dos veces por

período; cada vez que el flujo es cero, la armadura, por la acción de los muelles del contactor, tiende a

separarse, por un momento, del núcleo, dos veces por segundo. Como el tiempo es muy pequeño (1/100

de segundo), es imposible que el núcleo se separe de la armadura, pero sí es suficiente para que origine un

zumbido y una vibración que si persiste, puede estropear el contactor.

Para evitar esto, en las dos columnas laterales del núcleo van alojadas dos espiras llamadas espiras

en cortocircuito o de sombra, las cuales tienen como misión suministrar flujo al circuito magnético, cuando

la bobina no lo produce al pasar por cero.

Sistema de soplado

Cuando se abren los contactos principales que dan paso a la corriente que alimenta el circuito de

potencia, su separación no se realiza de una forma instantánea, sino lentamente, lo que motiva que

durante un breve espacio de tiempo la corriente pase a través del aire ionizado, es decir, del aire que los

rodea, que, al calentarse, se ha hecho conductor.

En ese momento la resistencia se hace muy grande y se origina mucho calor, lo que debilita los

contactos, desgastándolos por erosión. Por tanto, en circuitos que absorban mucha corriente interesa

reducir el arco y apagarlo en el menor tiempo posible, lo que se consigue mediante el denominado sistema

de soplado, para el que se emplean diversos métodos: soplado de aire a presión, soplado magnético, baño

de aceite y cámaras desionizadoras.

Contactos Principales

Los contactos principales tienen por finalidad realizar el cierre o apertura del circuito a través del

cual se transporta la corriente a los receptores para su utilización. Son, por tanto, los encargados de

establecer o interrumpir la corriente en el circuito de potencia.

Los contactos principales del contactor puede ser unipolares, bipolares, tripolares, etc., y también

fijos o móviles. Se componen de una parte fija y de otra móvil, esta última provista de resortes que

transmiten una presión adecuada a los contactos, y están preparados para soportar el paso de la corriente

nominal del contactor en servicio continuo sin sufrir un calentamiento anormal.

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Los contactos se fabrican generalmente con materiales aleados y nunca puros, a no ser que vayan a

soportar bajas intensidades. Las aleaciones más utilizadas son plata-cadmio y plata-níquel, siendo esta

última la más usual, ya que ofrece gran resistencia eléctrica al desgaste por arco y, además, tiene buena

resistencia mecánica. Un buen contacto debe tener buena resistencia mecánica y poca resistencia en el

punto de contacto, no oxidarse ni tener tendencia a pegar o soldar, y soportar la deformación producida

por arco. Es muy difícil encontrar un contacto que reúna todas las cualidades mencionadas.

El contacto es la parte más delicada del contactor, por ello hay que evitar que el circuito funcione

en condiciones en las que se vea afectado por la acción del polvo, la grasa, la humedad, los insectos, etc.

Además, están provistos de un dispositivo que facilita la extinción del arco que se produce entre la parte

fija y la parte móvil cuando el contactor corta en carga. Algunos contactores disponen de contactos

principales normalmente cerrados, este tipo de contactos se les conoce con el nombre de ruptor y sus

bornas se designan con la letra –R-.

Los contactos principales se designa con las letras L1(1), L2(3), L3(5) la parte de contactos que se

conectan a la línea. Y la parte de contactos que se conectan a la carga se nombran T1(2),T2(4),T3(6). Los

números impares determinan la entrada de corriente hacia el contactor y los números pares la

alimentación al receptor

La función de los polos consiste en establecer o interrumpir la corriente dentro del circuito de

potencia. Están dimensionados para que pase la corriente nominal del contactor en servicio permanente

sin calentamientos anómalos.

Contactos Auxiliares

Los contactos auxiliares son aquellos que tienen por finalidad el gobierno del contactor y de su

señalización. Pueden ser abiertos y cerrados (estando el contactor en reposo) y, por lo general, por ellos

han de pasar pequeñas corrientes, por lo que suelen ser de pequeño tamaño. El número de contactos

auxiliares por contactor será el necesario para cada tipo de maniobra a realizar.

Existen contactos auxiliares que son temporizados, tanto para su apertura como para su cierre. Por

ejemplo, cuando se acciona el circuito electromagnético de un contactor, puede abrir un contacto cerrado

después de que haya transcurrido un tiempo desde su puesta en funcionamiento. Igualmente puede

producirse el cierre de un contacto una vez transcurrido un tiempo desde que se accionó el contactor.

Los contactos auxiliares de mando pueden ser abiertos o cerrados en reposo o en trabajo, trabajan

al ser accionado el contactor mediante la bobina. Unos de los contactos abiertos en reposo, son los

encargados de la realimentación de la bobina conectándolo en paralelo con el pulsador de puesta en

marcha.

Los contactos auxiliares solo aparecen en el esquema de mando, aunque eventualmente pueden

figurar en el principal. Tienen una numeración para saber si son contactos abiertos, cerrados,

temporizados, etc… Los contactos auxiliares realizan las funciones de automantenimiento, enclavamiento

de los contactores y señalización.

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Existen tres tipos básicos:

• contactos instantáneos de cierre NA.

• contactos instantáneos de apertura NC.

• contactos instantáneos NA/NC. Los dos contactos tienen un punto común.

Los contactos temporizados NA o NC se establecen o se separan cuando ha transcurrido un tiempo

determinado después del cierre o la apertura del contactor que los activa.

Soporte del contactor

El conjunto de elementos que constituyen el contactor, como son los contactos principales y

auxiliares, junto con el circuito electromagnético, y en definitiva todos los órganos necesarios para su

correcto y completo funcionamiento, se alojan en el interior de una caja soporte, convenientemente

cerrada, donde no hay posibilidad de manipulación interna, salvo que se desmonte.

Este cierre evita también que la suciedad pueda llegar al interior, eliminando con ello

funcionamientos anómalos. Los órganos que deben llevar conexión eléctrica van unidos con bornes ex-

teriores para facilitar dicha labor. La caja soporte está construida de material aislante y no higroscópico (es

decir, poco absorbente) y, como se ha dicho, protege los órganos internos del exterior. Las únicas partes no

aisladas en el exterior de la caja son los bornes de conexión de los circuitos de potencia y mando

34



4.3. TIPOS DE CONTACTORES.

a) Por su alimentación

Tipos de Contactores

b) Por su utilización

c) Por el numero de polos

- Corriente Continua - Corriente Alterna

- Contactores principales - Corriente auxiliares

- Monofásicos

- Bifásicos

- Trifásicos

- Polifásicos

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Contactor trifásico de corriente alterna alimentado con una tensión de 220 V entre fases

Este contactor no dispone de contactos principales o de trabajo solo se utiliza como auxiliar a otro contactor principal

Contactor de corriente continua este tipo de contactores, la bobina esta alimentada a una tensión continua, independientemente de los contactos principales que pueden estar preparados para otro tipo de tensión incluso para corriente alterna

Contactor bifásico, este tipo de contactor dispone de dos polos, se suele utilizar para pequeñas cargas y en instalaciones domesticas, los hay de distintas tensiones así como de corriente alterna como corriente continua

Contactor doble, son dos contactores unidos mecánicamente, con dos bobinas independientemente, se utilizan para cambio de giro de un motor ya que nunca funcionan los dos a la vez.

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4.4. APLICACIONES DE LOS CONTACTORES

a) Según el tipo de aplicación

Aplicación de

Los Contactores

b) Según el tiempo que

Permanecen conectados

4.4.1. CLASIFICACION DE LOS CONTACTORES SEGÚN EL TIEMPO QUE PERMANECEN

CONECTADOS.

- Empleo interrumpido: los contactos principales pueden permanecer en posición de trabajo

durante un tiempo ilimitado, siempre que no se supere la intensidad nominal

- Empleo de 8 horas: los contactos principales pueden permanecer en trabajo durante un tiempo

máximo de 8 horas sin interrupción.

- Empleo temporal: los contactos principales pueden permanecer cerrados durante un tiempo a

temperatura de trabajo, seguido de un tiempo de reposo a temperatura ambiente.

- Empleo intermitente: los contactos de trabajo en una sucesión de ciclos iguales, un tiempo de

conexión a temperatura de trabajo y un tiempo de desconexión a temperatura ambiente.

- Según aplicaciones en Corriente Alterna

- Según aplicaciones en Corriente Continua

- Empleo interrumpido

- Empleo de 8 horas

- Empleo temporal

- Empleo intermitente

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4.4.2. CATEGORIA DE SERVICIO DE LOS CONTACTORES EN FUNCION DEL TIPO DE APLICACION

APLICACIONES EN CORRIENTE ALTERNA

CARACTERISTICAS

DE SERVICIO APLICACIONES Y CARACTERISTICAS

AC-1 Cargas no inductivas o ligeramente inductivas

Hornos de resistencia. cos ϕ ≥ 0,95

AC-2 Motores de anillos: arranque, frenado a contracorriente y

funcionamiento por sacudidas.

AC-3 Motores de jaula, arranque, corte del motor lanzado

AC-4 Motores de jaula: arranque, frenado a contracorriente y funcionamiento

por sacudidas.

AC-5a Mando de lámparas de descarga

AC-5b Mando de lámparas incandescentes

AC-6a Mando de transformadores

AC-6b Mando de condensadores

AC-8a Mando de compresores herméticos de refrigeración con rearme manual

de los disparadores de sobrecarga.

AC-8b Mando de compresores herméticos de refrigeración con rearme

automático de los disparadores de sobrecarga.

AC-14 Para electroimanes que absorban menos de 72 VA en estado cerrado

(corriente establecida 6 Ie)

AC-15 Cuando la potencia absorbida sea superior a 72 VA (corriente establecida

10 Ie) La aplicación más habitual es el control de bobinas de contactores.

Define además las categorías AC-7a y AC-7b para aplicaciones domésticas.

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APLICACIONES EN CORRIENTE CONTINUA

CARACTERISTICAS

DE SERVICIO APLICACIONES Y CARACTERISTICAS

DC-1 Cargas no inductivas o ligeramente inductivas, hornos de resitencia.

DC-2 Motores shunt, corte a motor lanzado.

DC-3 Motores shunt: arranque, inversión de marcha, marcha a impulsos. Corte

dinámico de motores de corriente continua

DC-4 Motores serie, corte a motor lanzado.

DC-5 Motores serie: arranque, inversión de marcha, marcha a impulsos. Corte

dinámico de motores de corriente continua

DC-6 Mando de lámparas de incandescencia

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4.5. ACCIDENTES QUE PUEDEN DAÑAR LOS CONTACTORES

Las averías en los contactores pueden tener diversas causas, las más frecuentes son las que a

continuación se enumeran:

a) El contactor no queda realimentado al pulsar la marcha, debido a que hay algunos hilos

interrumpidos en el circuito, ya sea en las conexiones del contactor o en la caja de pulsadores.

b) Fallos en los contactos por los siguientes conceptos:

• Calentamiento excesivo.

• Desgaste prematuro.

• Débil presión

• Soldadura entre contactos.

c) Fallos en la bobina como consecuencia de:

• Corte de un hilo en la bobina, por sobreintensidad o cortocircuito.

• Desconexión de sus bornes por vibración del circuito electromagnético.

• Calentamiento excesivo.

d) Problemas en el circuito electromagnético debidos a:

• Fallo mecánico en alguna de las partes que lo constituyen.

• Escasa fuerza de atracción.

• Deficiencia en la desconexión. Tanto en este caso como en el anterior, los problemas

pueden tener su origen en los muelles, bien porque estén muy flojos o muy tensos.

• Circuito magnético ruidoso, debido a la falta de la espira de sombra o a suciedad en el

núcleo.

4.6. ELECCION DE UN CONTACTOR.

La elección de un contactor viene determinada por una serie de condicionantes: la naturaleza y la

tensión de red, la potencia instalada, las características de la carga y las exigencias del servicio que

necesitamos. Esto nos obliga a conocer una serie de conceptos que afectan a cada contactor:

Clase de corriente (alterna o continua).

Tension de la red (V).

Potencia del receptor (kW).

Intensidad nominal (In en A).

Tension de empleo para el circuito de maniobra (V).

Intensidad térmica (A).

Tipo de servicio.

Categoria de empleo (AC ..).

Forma en que se hace el arranque.

Otros datos particulares para ese tipo de instalación.

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4.7. TIPO DE CONTACTOR EN FUNCION DEL CIRCUITO RECEPTOR.

A. PARA CIRCUITOS DE DISTRIBUCION.

En este caso se pueden considerar dos tipos de aplicación:

a) Como contactor de línea.

Contactor con gran calibre con dispositivo de protección instantánea y relés de máxima intensidad

con:

- Reducido numero de maniobras.

- Larga duración del servicio.

- La conexión se hace generalmente en vacio y la apertura en carga normal.

b) Contactor de acoplamiento o distribución.

El contactor se sitúa después del dispositivo general de corte y se emplea para alimentar al mismo

tiempo diversos locales, son:


- Larga duración del servicio.

- La conexión y desconexión se hace generalmente en ausencia de carga importante.

- La intensidad térmica debe tenerse en consideración.

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B. PARA CIRCUITOS DE CALEFACCION.

Esta utilización corresponde a la categoría de servicio AC1. Se utiliza en instalaciones tales como:

- Calefacción domestica.

- Calefacción industrial.

- Calefacción de secado.

- Hornos de regulación.

Para las instalaciones arriba citadas se da:


- Corte de la corriente en carga.

- A considerar solamente la intensidad térmica.

C. CIRCUITOS DE ALUMBRADO.

a) En lámparas de incandescencia.


- A considerar el régimen de corriente, cos φ=1.

- Puntas de intensidad variables entre 15 y 20 In, en el momento de poner el circuito bajo

tensión por estar los filamentos fríos y poco resistivos.

- El contactor debe ser capaz de soportar las puntas de intensidad de arranque.

- En redes monofásicas pueden conectarse contactores tetrapolares conectando cada dos

polos en paralelo.

b) En lámparas, vapor de mercurio, halógenas con compensación.


- Al ser circuitos compensados el cos φ=1.

- Puntas de intensidad en el arranque variables entre 15 y 20 In, en el momento de poner el

circuito bajo tensión.

c) En lámparas fluorescentes, vapor de mercurio, halógenas sin compensación:


- Al ser cos φ=0.5 en la apertura del circuito producirá un arco importante.

- Puntas débiles de intensidad que pueden variar entre 1 y 1,6 In.

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D. PARA TRANSFORMADORES.

En la puesta en tensión del primario se pueden producir puntas que pueden alcanzar entre 25 y 30

In, siendo su duración de medio periodo. Esta circunstancia debe tenerse en cuenta en el momento de

elegir el calibre de los fusibles y el contactor.

E. PARA CONEXIÓN DE CONDENSADORES.

En el momento de conexión de los condensadores están descargados, por lo que la punta de

arranque correspondiente prácticamente a la intensidad de cortocircuito, aunque de muy corta duración,

que se limita por la impedancia de la línea y del transformador.

Para descargar los condensadores y que la puesta en marcha estén fuera de tensión se intercalan

en las bornas de los condensadores unas resistencias de descarga, las cuales se conectan automáticamente

cuando se hace la desconexión de la línea. Para los contactores se tendrán en cuenta otros efectos que se

producen en este tipo de circuitos, como es la corrección automática del factor de potencia en cascada, o

las perturbaciones que pueden producirse en la línea de alimentación, corrientes armonicas y otras.

F. CONTACTORES PARA MOTORES ASINCRONOS CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO O CON ROTOR

BOBINADO.

a) Contactores para arranque directo de motores con rotor en cortocircuito.

Se estima que la intensidad de arranque para este tipo de motores, viene a ser de 6 veces la In, con

fuerte par de repercusión en fuertes esfuerzos mecánicos sobre el motor, la maquina y la carga accionada.

Para los contactores a utilizar para este tipo de arranque se determina una categoría de empleo AC3.

Dos categorías de contactores a utilizar según la intensidad de corte:

- Categoria AC3: desconexión a motor lanzado Ic=Ie.

- Categoria AC4: desconexión durante el arranque Ic=6Ie

b) Contactores para el arranque de motores con rotor en cortocircuito y arranque en conexión

estrella-triangulo (Ү-∆).

Sistema de arranque aplicado a motores a los que se solicita 1/3 de su capacidad de par respecto al

de su arranque directo. En este arranque se da 1/3 de reducción en la intensidad, caída de tensión y par.

c) Contactores para el arranque de motores con rotor en cortocircuito y arranque por

autotransformador.

Con este arranque se reduce la intensidad, caída de tensión y par en el momento de la conexión y

arranque del motor. Estas reducciones son a elección ya que el transformador se construye bajo pedido y

para el motor y la aplicación de que se trate. Este procedimiento permite arranques suaves adaptados a la

mecánica.

43



UNIDAD DIDÁCTICA 5: RELÉS

Son muchos los tipos y variedades de relés existentes en e! mercado, debido a que con este

nombre se denomina a aparatos que cumplen funciones muy diferentes, tales como las de realizar una

labor de protección o combinar o establecer secuencias dentro del funcionamiento de los equipos. Del

mismo modo, existe gran diversidad de tipos si los enfocamos desde el punto de vista de su forma

constructiva.

En las instalaciones de equipos de automatismos con tecnología electromecánica son muy

necesarios los contactores auxiliares y relés de automatismo. Estos aparatos están fabricados para

controlar intensidades débiles, o al menos no tan altas como otros componentes, pero deben, no obstante,

cumplir sin fallos su función dentro del esquema, ya que el buen funcionamiento del equipo, el control de

tiempo, el respeto de la secuencia de marcha y otros tipos de circunstancias dependen de su fiabilidad.

Por todo esto, la robustez mecánica y eléctrica requeridas en los relés son aún más importantes

que las exigidas para los contactores.

Su principio de funcionamiento, es idéntico al de los contactores, y aunque es más pequeño, la

construcción del circuito magnético, al igual que en aquéllos, también va en función de la naturaleza de la

corriente de alimentación, es decir, si es alterna o continúa.

5.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN RELE

El relé es como un contactor de pequeñas dimensiones, en que los contactos soportan muy

pequeñas intensidades de corriente. La armadura de un relé se asemeja al brazo de una balanza N, de

modo que éste bascula sobre un eje. Al conectar una corriente, entre los puntos 1 y 2, el electroimán E,

atrae a su armadura N, venciendo la fuerza del muelle M, o en otros casos, el de una lámina L. Cuando cesa

la corriente, la fuerza del muelle vuelve a la posición inicial la armadura N.

RELÉ

44



Solidario con la armadura N, y unido por piezas aislantes, está el doble contacto C; que en el

extremo tiene, por la parte superior, y la inferior, una pieza de una aleación especial (pintada de negro en

la figura), capaz de resistir las pequeñas chispas que se producen al cerrar o abrir el circuito de corriente.

Cuando el relé está en reposo; es decir; no hay corriente en la bobina E, existe una comunicación

eléctrica entre los puntos A y C; cuando se excita la bobina, el efecto electromagnético del carrete atrae al

núcleo, abriéndose el contacto A C, y al mismo tiempo, cerrándose el contacto B C. Se puede decir del relé,

que es igual que un conmutador con mando eléctrico.

Existen relés que actúan a la vez con más de un conmutador, no existiendo en teoría límite para el

número de contactos que han de abrir o cerrar al mismo tiempo.

DIVERSAS PRESENTACIONES COMERCIALES DE RELÉS

Los contactores normalmente solo tienen un contacto auxiliar abierto, con frecuencia la

automatización de una maniobra requiere más de un contacto, para ello se utilizan los relés auxiliares y

también los contactores auxiliares, que se añaden al contactor, a la mayoría de los contactores se les puede

añadir un contacto auxiliar abierto o cerrado. También hay boques de dos contactos, de tres o incluso

cuatro. En la figura, se ve un bloque de contactos auxiliares con tres contactos abiertos (NO) y uno cerrado

(NC).

RELÉ AUXILIAR CON DOS CONTACTOS ABIERTOS Y DOS CERRADOS

45



Los contactos pueden ser instantáneos: cuando la bobina recibe la tensión, inmediatamente,

cambian de posición; en el momento que la bobina deja de recibir tensión, la vuelta a la posición de reposo

es instantánea. También pueden ser temporizados; al trabajo o al reposo.

Los contactos son los encargados de cortar o conectar los circuitos con una gran fiabilidad; por eso,

a la hora de fabricar sus piezas, la elección de los materiales empleados se hace teniendo en cuenta estas

circunstancias.

5.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN RELÉ TEMPORIZADO

Los contactos de los relés temporizados se abren o se cierran una vez transcurrido un tiempo desde

el cambio de estado del relé. El tipo de temporización a la conexión (o trabajo) o a la desconexión (o

reposo) dependerá de la misión que deban realizar dentro del circuito.

Relé temporizado a la conexión o trabajo

Cuando los relés temporizados a la conexión o al trabajo (las dos denominaciones son corrientes)

reciben tensión en su bobina, cambian la posición de sus contactos después de que transcurre un cierto

tiempo; sin embargo, la vuelta a la posición de reposo se realiza de manera instantánea, una vez que ha

cesado dicha tensión.

Normalmente, el relé va provisto de un contacto conmutable, o basculante, con tres bornes de

conexión, uno común y dos más: uno perteneciente a un contacto normalmente cerrado NC y otro, a uno

abierto NA. La regulación del tiempo suele hacerse mediante un dispositivo que gira sobre una graduación

en forma circular incorporada en la parte superior del relé.

Relé temporizado a la desconexión o al reposo

Este tipo de relé es el inverso al anterior y, por tanto, cuando su bobina recibe tensión, se produce

inmediatamente el cambio de la posición de sus contactos; cuando dicha tensión cesa, debe transcurrir un

tiempo previamente regulado, antes de recuperar la posición de reposo. Al igual que el relé temporizado a

la conexión, cuenta con una escala graduada en la que se establece la regulación del tiempo, y cuenta

también con el mismo número y forma de los contactos.

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Temporizador electrónico

La instalación de este tipo de relés se impone cada vez más dentro de los equipos de

automatismos. Utilizando un circuito integrado CMOS, que es de pequeño consumo, se obtiene, contando

los impulsos enviados por un oscilador, un contador programable, que puede regularse por medio de un

potenciómetro colocado en la parte frontal del aparato.

Relé temporizado de tipo electrónico.

Cuando se alcanza un número determinado de impulsos, se genera una señal a una salida de

mando, saiida estática. por medio de tiristor. En los más comentes, la salida del tiristor alimenta a un relé

equipado de contactos NA/NC.

Relojes horarios

Los relés que hemos citado, por lo general, son adecuados cuando los tiempos no son muy grandes.

El problema que se planteó cuando se necesitaban tiempos superiores a los que cubrían estos relés se

solucionó con la aparición de los temporizadores que podía determinar tiempos desde segundos a horas. A

estos aparatos se les denominó relojes horarios.

Reloj horario electrónico.

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5.3. RELÉS DE CONTROL Y DE MEDIDA

Aunque los arrancadores siempre incluyen una protección contra los cortocircuitos y las

sobrecargas, puede que algunas aplicaciones requieran un sistema de protección adicional (control de la

tensión, de la resistencia de aislamiento, etc.), sin que por ello sea necesario instalar relés multifunción. Los

relés de control y de medida específicos constituyen una solución que se adapta exactamente a la

necesidad concreta:

Controlar la tensión de alimentación: para que todos los componentes de un equipo de

automatismo funcionen correctamente, la tensión de alimentación de éste debe mantenerse

dentro de un determinado rango, que varía según los aparatos. En caso de cambio de tensión,

y concretamente en caso de subtensión, aunque sea transitoria, los relés de mínima tensión

permiten activar una alarma o interrumpir la alimentación de la instalación.

Controlar la alimentación de las 3 fases: un corte de fase en el circuito de un receptor puede

llegar a afectar a un sector o al conjunto de la instalación, provocando perturbaciones en

algunos circuitos. Por lo tanto, conviene detectar este tipo de cortes en cuanto aparecen.

Controlar el orden de las fases: la inversión de las fases puede provocar graves desperfectos

mecánicos en la máquina arrastrada. Los accidentes de este tipo se producen, por ejemplo,

después de una intervención por motivos de mantenimiento o de reparación.

Controlar la resistencia de aislamiento: los fallos de aislamiento pueden resultar peligrosos

para el funcionamiento, el material y el personal.

Controlar la evolución de una variable: la ejecución de determinadas operaciones puede estar

condicionada por la evolución de una tensión o una corriente. Los relés permiten controlar los

umbrales regulables.

Controlar el nivel de los líquidos: este tipo de relés se puede utilizar, por ejemplo, para evitar el

descebado de una bomba.

48



5.4. RELÉS Y LOS CONTACTORES ESTÁTICOS

Los relés y contactores estáticos son aparatos de conmutación de potencia con semiconductores.

Se utilizan para controlar receptores resistivos o inductivos alimentados en corriente alterna.

Al igual que los contactores electromagnéticos, los relés y los contactores estáticos pueden

establecer o interrumpir corrientes importantes con una corriente de control de baja intensidad, funcionar

en servicio intermitente o continuo, recibir órdenes a distancia desde cualquier aparato que emita señales

de tensión todo o nada (interfaces de diálogo hombre/máquina, salidas de autómatas programables, etc.).

Los circuitos de control y de potencia están aislados galvánicamente a través de un optoacoplador o

un relé herméticamente sellado. Presentan numerosas ventajas con respecto a los contactores

electromagnéticos:

frecuencia de conmutación elevada,

ausencia de piezas mecánicas móviles,

funcionamiento totalmente silencioso,

tecnología monobloc, que insensibiliza los aparatos a los choques indirectos, las

vibraciones y los ambientes polvorientos,

circuito de control con amplio rango de tensiones,

consumo muy bajo que permite transmitir órdenes a través de las salidas estáticas de los

autómatas programables.

Los relés y los contactores estáticos no constituyen un aislamiento galvánico entre la red de

alimentación y el receptor. Si fuera necesario, es posible realizar está función conectando aguas arriba un

contactor electromagnético que sirve para varias salidas.

49



5.7. RELÉS DE PROTECCIÓN POR TERMISTOR

Este sistema controla la temperatura real del elemento protegido mediante sondas colocadas

normalmente durante la fabricación. Las sondas miden la temperatura con gran precisión, son de tamaño

reducido y tienen una inercia térmica muy pequeña que garantiza un tiempo de respuesta muy corto

Éste es un sistema de protección contra sobrecargas pequeñas, pero persistentes, y trabaja

controlando la temperatura de los devanados del motor. Una termistancia es una resistencia que modifica

su valor en función de la temperatura.

El sistema está formado por un dispositivo, al que van unidas las sondas de termistancias de

coeficiente de temperatura positivo. Las sondas van colocadas en los propios devanados del estator del

motor. El incremento de la temperatura en el bobinado hace variar el valor de la resistencia en función de

dicha temperatura. El conjunto se complementa con un relé que mueve un contacto auxiliar intercalado en

el circuito de mando, que es sensible a la variación de la resistencia de las sondas y al calentamiento de

bobinado del motor. Con este conjunto, el motor queda protegido contra calentamientos, cualquiera que

sea la causa que los origine.

Relé para la protección térmica por sonda de termistancia

50



Los termistores son semiconductores cuya resistencia varia bruscamente cuando la temperatura

alcanza un valor determinado. Hay de dos tipos:

- PTC: coeficiente térmico positivo.

- NTC: coeficiente térmico negativo.

Los relés con sondas de termistores son dispositivos que miden la

resistencia actuando en el circuito de mando y a partir de una cierta

temperatura (resistencia) puede activar una alarma o provocar la desconexión.

Protegen contra los calentamiento (sobrecargas, arranques frecuentes,

arranque prolongado, fallos del circuito de ventilación,…)

Este equipo está indicado para máquinas en las cuales otro sistema de

protección contra incrementos de intensidad no es suficiente, como suele

ocurrir cuando los arranques se realizan de una manera frecuente. Además, es

aplicable a cualquier aparato que pueda llevarlo acoplado, y no sólo a máquinas eléctricas. Hay que tener

en cuenta que la protección de los cables de alimentación al receptor no queda asegurada por el dispositivo

de sondas, ya que a este sistema no le afecta para nada la intensidad absorbida por el circuito. Así pues, se

hace necesario montar una protección del circuito de alimentación, como puede ser un relé térmico, para

este menester.

Los aparatos de disparo para la protección de motor por termistor son dispositivos electrónicos de

protección adecuados, en combinación con resistencias PTC tipo A (termistores), para el control de

temperaturas en accionamientos eléctricos, devanados de transformadores, aceites, cojinetes, aire, etc.

51



UNIDAD TRABAJO 6: DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN

DE RECEPTORES Y EQUIPOS

6.1.- INTRODUCCION El efecto térmico se vuelve indeseable cuando no es esperado. Este caso se da:

En el calentamiento de conductores en las líneas eléctricas, lo que nos condiciona la sección de los conductores en función de la intensidad de la corriente que los atraviesa.

En los conductores que forman los bobinados de transformadores. motores y generadores, lo que nos limita su potencia nominal.

En resistencias que tienen la misión de limitar corriente y tensión al ser conectadas en serie con la carga (reostatos, potenciómetros, resistores en circuitos electrónicos, etc.).

En ciertos fallos, como el cortocircuito y la sobrecarga, que pueden llegar a dañar las instalaciones eléctricas si no se emplea la protección adecuada.

El cortocircuito El cortocircuito se produce cuando se unen accidentalmente las dos partes activas del circuito eléctrico. Estos accidentes suelen ser provocados por un error en el montaje de la instalación, fallo de un aislamiento que separa las partes activas o por una falsa maniobra.

Ejemplos de cortocircuito accidental.

En un cortocircuito la intensidad de corriente que aparece es muy elevada, debido a que la única resistencia que existe en el circuito es la propia de los conductores de línea.

52



En el caso de que la resistencia del cortocircuito sea muy baja o cuando trabajamos con tensiones elevadas, pueden llegar a establecerse miles de amperios. Si esta fuerte intensidad no se corta inmediatamente, los conductores se destruyen por efecto del calor (Q = 0,24 • RLINEA • I2• t) en un corto periodo de tiempo (a veces no llega a unos pocos milisegundos).

La sobrecarga Se produce una sobrecarga cuando hacemos pasar por un conductor eléctrico más intensidad de corriente que la nominal (intensidad para la que ha sido calculada la línea). Las sobrecargas pueden venir provocadas por conectar demasiados receptores en una línea eléctrica, por un mal funcionamiento de un receptor que tiende a un mayor consumo eléctrico o por un motor eléctrico que es obligado a trabajar a más potencia que su nominal. Las sobrecargas originan un aumento de intensidad por los conductores que, con el tiempo suficiente, puede llegar a provocar su destrucción por elevación de temperatura.

Sobrecarga causada por conectar a una línea un exceso de receptores.

Para medir una sobrecarga hay que tener en cuenta dos factores:

El número de veces que se supera la intensidad nominal.

El tiempo que dura la sobrecarga. Una sobrecarga provoca daños cuando estos dos factores son considerables. Así, por ejemplo, si provocamos una sobrecarga en un conductor de dos veces su intensidad nominal durante unos pocos segundos, seguro que el conductor no sufre daños. Sin embargo, si el tiempo es de horas, esta sobreintensidad puede llegar a dañar seriamente los aislantes del conductor.

Protección de los circuitos contra cortocircuitos y sobrecargas Los excesos de temperatura de un conductor lo pueden destruir inmediatamente. Éste es el caso del cortocircuito (corriente muy elevada que no puede durar mucho tiempo porque destruye todos los elementos de la instalación que se encuentran a su paso). Las sobrecargas tardan más en dañar el conductor. Aun así, los excesos constantes de temperatura de los materiales aislantes hacen que se envejezcan con más rapidez, limitando la vida útil del conductor (los aislantes sometidos a altas temperaturas acaban volviéndose quebradizos y perdiendo parte de sus propiedades aislantes).

53



Para la protección contra cortorcircuitos y sobrecargas se emplean los fusibles y los interruptores automáticos.

Los motores pueden producir sobrecargas en su funcionamiento Cuando un motor trabaja por encima de sus valores nominales se dice que está sometido a una sobrecarga. En otras palabras, cuando nosotros exigirnos a un motor que arrastre una carga mecánica más alta que la nominal, éste lo hace a costa de absorber más intensidad de la red. Estas sobrecargas aumentan la temperatura de los bobinados del motor y si no se cortan en un tiempo prudencial los destruyen (el aislante de los conductores de las bobinas es una especie de barniz que se destruye con facilidad a una cierta temperatura). Tornemos. por ejemplo, el motor de un ascensor. Supongamos que el ascensor está preparado para transportar a cuatro personas y, sin embargo, se suben seis, y además pesadas. El motor que mueve el ascensor sigue funcionando, pero lo hace de forma forzada y a costa de absorber una mayor intensidad de corriente de la red. La única manera de cortar esta sobrecarga, antes de que el motor se sobrecaliente e incluso llegue a quemarse, es incorporar en el circuito un relé térmico especial para la protección de moto-res.

Relé térmico protegiendo un motor contra sobrecargas.

Para la protección de motores se fabrican interruptores térmicos especiales, como el que se muestra en la siguiente figura, para motores trifásicos de corriente alterna. Este tipo de interruptores nos dan la posibilidad de poder regular la intensidad de desconexión.

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Relé magnetotérmico para la protección de motores trifásicos (Moeller).

El término aparamenta eléctrica se refiere al conjunto de aparatos utilizados en la maniobra,

protección, medida, regulación, control y accesorios de las instalaciones eléctricas. En esta unidad de

trabajo se estudian los dispositivos de maniobra y protección de las instalaciones eléctricas de B.T. cuyas

funciones básicas son:

- Seccionamiento: aislamiento seguro de una parte de la instalación

- Mando: mando funcional o mando de emergencia.

- Protección, de personas, del material y del servicio: protección contra corrientes de sobrecarga, corrientes de cortocircuitos, fallos de aislamiento y protección de sobretensiones.

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Clasificación de la aparamenta eléctrica

La aparamenta eléctrica se define a partir de los valores asignados a algunas de sus magnitudes

funcionales: tensión, corriente, potencia, temperatura, etc. Estos valores son los llamados valores

nominales o asignados.

Se denomina valor nominal de una cualidad determinada de un aparato al valor de la magnitud que

define al aparato para esa cualidad. El fabricante de la aparamenta, los criterios de diseño y la normativa

vigente, según los casos, definen cuáles deben ser los valores nominales para las distintas magnitudes de

cada aparato.

Los parámetros característicos comunes más utilizados son:

Tensión nominal (UN). Es el valor eficaz de la tensión para el cual el dispositivo ha sido diseñado.

Tensión nominal de impulso (Uimp). Es el valor de tensión de pico de la onda de impulso de

tensión, de forma y polaridad determinada, que es capaz de resistir el equipo sin fallo, bajo

condiciones específicas de ensayo.

Intensidad nominal (IN). También calibre del dispositivo, es la corriente de régimen continuo que

debe ser capaz de conducir indefinidamente sin que se produzca ningún deterioro en su

funcionamiento.

Poder de corte (PdC.) Es la máxima intensidad, expresada en valor eficaz, que puede interrumpir

un aparato sin sufrir ningún daño.

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Poder de cierre. Es la máxima intensidad, en valor instantáneo, que el dispositivo es capaz de

admitir sin sufrir ningún daño. Se denomina de cierre porque este valor se produce normalmente

en el cierre (reenganche) de los circuitos.

6.2 APARATOS DE MANIOBRA

Se utilizan para establecer o interrumpir la corriente en uno o varios circuitos bajo condiciones

previstas de servicio sin daños para el dispositivo de maniobra; perturbar el funcionamiento de la

instalación. Existen dos tipos de maniobra según que circule corriente o no en el momento de maniobra

cuando se produzca ésta: maniobras en vacío y maniobra en carga. Los aparatos de maniobra de uso más

frecuente son:

6.2.1 SECCIONADOR

El seccionador es un dispositivo mecánico de conexión que, en la posición de abierto, cumple unas

determinadas condiciones de aislamiento según los criterios de seguridad que establecen las normas. Se

utiliza para garantizar la desconexión de la instalación cuando se realizan trabajos sobre ella. No tiene

poder de cierre ni de corte y nunca debe maniobrarse con carga. Si se maniobran con la instalación en

carga se produce su destrucción (salvo en seccionadores especialmente diseñados).

Se accionan manualmente y su velocidad de operación es la que les aplique el operador (en

ocasiones se emplean muelles para acelerar la maniobra). Sus principales elementos son un bloque tripolar

o tetrapolar y un dispositivo de mando lateral o frontal para abrir y cerrar los polos.

Pueden disponer de un contacto auxiliar de precorte que actua sobre el contactor en caso de

manipulación accidental con carga.

Seccionador: maniobras en vacio

Aparatos de maniobra Interruptor: maniobras en carga Contactor: maniobras en carga

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En resumen:

Soporta intensidades de empleo y breves de sobrecarga

Solo puede abrir a cerrar el circuito en vacío.

6.2.2 SECCIONADOR BAJO CARGA

El seccionador bajo carga es un aparato de maniobra que sirve para abrir cerrar un circuito en

carga. Estos aparatos pueden cumplir la función de los interruptores, pero con una duración mecánica

(maniobras sin carga) y eléctrica (maniobras con carga) menor. Al igual que los seccionadores, deben ser

instalados con un dispositivo de protección aguas arriba que proteja el aparato y el circuito aguas abajo

correspondiente, frente a sobrecargas y cortocircuitos.

El seccionador bajo carga con fusibles, lleva incorporado fusibles.

Seccionador trifásico bajo carga con fusibles y símbolo

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6.2.3. INTERRUPTORES

Son aquellos que se ponen en marcha cuando una persona se desplaza hasta donde esté situado el

interruptor y lo acciona a mano. Cuando el interruptor manual es de tipo magnetotérmico se le pueden

añadir lateralmente dispositivos de desconexión a distancia, también admiten contactos auxiliares para

encender o apagar luces de posición, que indican a distancia el estado del interruptor. Los interruptores

según su forma de montaje pueden ser: De superficie, para empotrar, tras cuadro

Un interruptor automático o disyuntor es un interruptor diseñado para interrumpir corrientes

anormales como las de cortocircuito. Un Pequeño interruptor automático es un aparato mecánico de

conexión destinado a abrir y cerrar manualmente un circuito y abrirlo en funcionamiento automático

cuando la intensidad excede un valor determinado

Los interruptores automáticos tienen la ventaja de que una vez que han abierto el circuito por

sobrecarga o cortocircuito se pueden reponer manualmente con rapidez (una vez que se haya reparado la

causa del fallo) y sin necesidad de utilizar recambios, como ocurre en el caso de los fusibles.

Los interruptores de superficie se suelen montar sobre tableros, de PVC a fin de separarlos de la

pared, pero pueden perfectamente situarse sobre la pared, cuando se trata de un solo interruptor si son

más de uno, concentrados en un punto se recurre siempre al tablero, que en muchos casos se les llama

pizarra, porque los antiguos tableros iban montados sobre pizarras planas.

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Los interruptores para empotrar se utilizan para pequeña potencia colocados individualmente, sin

embargo, se comenzaron a utilizar para colocarlos de manera centrada sobre paneles de hierro, en chapa

de 0'6 mm de grueso. Su montaje era muy laborioso había que marcar y taladrar la chapa con mucha

precisión. Tenían el inconveniente de que una vez instalados, era muy difícil modificarlo, incluso para

reponer los interruptores averiados por otro de las mismas características, ya que había que suprimir todo

el servicio. Sin embargo fue un sistema que rápidamente se extendió como sustitución más adecuada a

los cuadros de pizarra.

Con los interruptores tras cuadro se inicia un nuevo modo de acabados de cuadros. Las fábricas de

material eléctrico construyen ahora interruptores que se pueden fácilmente dividir en dos piezas, por un

lado hay un bloque de contactos que se atornilla al fondo del armario y por otro está el mando o maneta

que se atornilla a la puerta del armario. Cuando la puerta está cerrada el interruptor puede manipularse

normalmente, al abrir el armario el mando se separa del bloque de contactos y ya no puede manipular.

Por el número de polos, se clasifican en: Unipolar o monofásico, bipolar o bifásico, tripolar o

trifásico y tetrapolar. Los interruptores sirven para conductores de fases o conductores de polos, por estos

se denominan indistintamente monofásico, bipolar, trifásico, tretapolar o unipolar, bipolar o tripolar.

Gama comercial e interruptores automáticos calibrados en amperios.

Los motores trifásicos al no tener neutro utilizan interruptores trifásicos. El neutro no se

interrumpe. El alumbrado en la mayoría de las veces se hace tomando una fase y el neutro, para apagar el

alumbrado, basta con cortar uno de estos dos conductores activos. Generalmente se corta la fase, pero si

se corta el neutro existe el peligro de dejar con tensión el otro conductor.

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El nuevo reglamento exige que, para evitar errores, en una vivienda se han de cortar los dos

conductores activos, la fase y el neutro al mismo tiempo. Dicho de otra forma, los interruptores

monofásicos están prohibidos para el alumbrado monofásico, debe emplearse los interruptores

bipolares.

Los interruptores magnetotermicos protegen simultáneamente contra sobrecargas y contra

cortocircuitos. Disponen de un elemento de disparo térmico, como los relés térmicos, que se encarga de

actuar cuando se produce una sobrecarga.

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El elemento de disparo magnético protege contra cortocircuitos. La curva característica de

respuesta de un interruptor magnetotermico consta de dos zonas una para el disparo térmico y otro para el

magnético. El cierre suele ser manual y la apertura automática

Al igual que los fusibles, los interruptores automáticos se fabrican calibrados en amperios. El calibre

nos indica los amperios que pueden pasar por el interruptor de una forma permanente sin que éste abra cl

circuito; superada esta intensidad, el interruptor realiza la apertura del circuito. El tiempo de respuesta

dependerá de las veces que se supere la intensidad nominal del interruptor. Para intensidades de

sobrecargas este tiempo puede ser desde unos pocos segundos a unos pocos minutos.

Curvas de disparo de una gama comercial de interruptores automáticos.

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Funcionamiento de un interruptor automático

El interruptor automático está compuesto por dos dispositivos de protección diferentes: el relé

magnético y el relé térmico. Estos dos elementos están conectados en serie con el circuito a proteger, por

lo que toda la corriente pasa por ambos.

Aspecto interno de un interruptor automático.

Relé magnético: Se encarga de la protección de los cortocircuitos. Está constituido básicamente por

una bobina de poca resistencia eléctrica. En su interior hay un núcleo de hierro que en posición de reposo

se encuentra separado de su centro. Mientras la intensidad de corriente que atraviesa la bobina sea la

nominal, el interruptor permanece cerrado.

Cuando la intensidad crece rápidamente, hasta valores de cortocircuito, la bobina crea un campo

magnético suficientemente fuerte como para succionar el núcleo móvil que, a su vez, provoca la apertura

del interruptor.

Relé magnético.

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Relé térmico: Se encarga de la protección de las sobrecargas. La corriente se hace pasar por un elemento bimetálico similar al de un termostato. Cuando la intensidad se eleva a valores considerados de sobrecarga, la lámina bimetálica se calienta por efecto Joule, por lo que se deforma y actúa sobre el sistema de apertura del interruptor.

Relé térmico.

El relé térmico garantiza la protección de las sobrecargas mucho mejor que el fusible. Así, por ejemplo un automático de 20 A tardaría 40 segundos en cortar el circuito cuando se dé una sobrecarga de 35 A. Recuérdese que un cartucho fusible de 20 A tardaba en fundir 90 minutos en esta misma situación. En un interruptor automático se conectan en serie el relé magnético y el témico, de tal forma que, en el caso de que fluya por él una corriente de cortocircuito o una de sobrecarga superior a la del calibre del mismo, éste produzca la desconexión.

Relé magnético y térmico de un interruptor automático.

En la figura anterior se muestra el aspecto interno de un interruptor automático (también llamado interruptor magnetotérmico). donde se incluye el relé magnético y el térmico conectados en serie. Al igual que se fabricaban diferentes tipos de cartuchos fusibles en función del tiempo de respuesta ante el corto-circuito, los interruptores automáticos también se fabrican con diferentes curvas de desconexión en función de los sistemas que se vayan a proteger.

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DIFERENTE ACTUACIÓN DE LOS MAGNETOTÉRMICOS

Los diferentes calibres de los interruptores automáticos también son selectivos. Una de Ias

desventajas que presentan los interruptores automáticos frente a la protección que brindan los fusibles es

que su poder de corte suele ser inferior al de estos últimos. Para conseguir apagar el arco que se produce

en la desconexión entre los contactos del interruptor, los automáticos disponen de una cámara de

extinción del arco. Así, por ejemplo, los pequeños interruptores automáticos suelen tener un poder de

corte de 1,5: 3: 4,5; 6; 10; 15; 20; y 25 kA, frente a los 40 o 100 kA que alcanzan con facilidad los cartuchos

fusibles.

Por esta razón, aunque los interruptores automáticos se utilizan para la protección de todo tipo de

receptores y líneas, es aconsejable la instalación de un fusible general de protección que garantice la

desconexión en el caso de que un interruptor automático no sea capaz de cortar una corriente demasiado

elevada.

Dependiendo del uso a que se destinen los magnetotérmicos se fabrican en distintas versiones,

cada versión se distingue una de otra por la característica de su curva de disparo

La curva ICP-M.- Se emplean como interruptor de control de potencia de los abonados, limitan de

forma precisa el consumo cuando la potencia contratada es sobrepasada entre 5 y 8 veces la intensidad

nominal, el nuevo reglamento prohíbe que puede utilizarse como interruptor automático general. Como

se venía haciendo hasta ahora, y exige que además del ICP se instale otro automático de interruptor

general

65



Aunque se fabrican en todos los amperajes, los más empleados son los de 10 - 15- 20 -25 - 30 - 35 -

40 - 45 - 50 - 63 Amperios. De ellos, los más usados son 25, 40 y 63 A. Se puede distinguir fácilmente,

porque junto al amperaje, aparece la inscripción ICP-M, como se aprecia en la figura, y en la instalación

porque está en compartimiento aparte y es el único que tiene precinto.

Interruptores automático magnetotérmico de curva B (antigua denominación curva L) de 1 - 2 - 3 - 4 - 6 - 10 - 16 - 20 - 25 - 32 - 40 - 50 - 63 A; están diseñados para instalaciones domésticas e industriales utilizables en la protección de circuitos resistivos. También para la protección de cables, actúan cuando la intensidad se sobrepasa entre 3 ÷ 5 veces la nominal.

Los interruptores magnetotérmicos de curva C (antigua denominación curva U ) tiene un poder de

corte y una velocidad de desconexión, que mejoran la selectividad respecto a los fusibles previos y el

interruptor automático principal con un tiempo de disparo <10 segundos. Se utilizan en instalaciones donde

se vayan a prever grandes intensidades de conexión o arranque (lámparas de descarga, motores, etc.).

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Son utilizados principalmente, para la protección de receptores en general. Actúan entre 5 ÷ 10

veces la intensidad nominal del interruptor. Curva D para la protección de cables alimentando receptores con fuertes puntas de arranque, se

disparan cuando se sobrepasa la intensidad entre 15 ÷ 20 veces la nominal. Se utilizan en instalaciones que generen elevados impulsos de intensidad de corriente (transformadores, condensadores, etc.).

Para la protección de motores durante el arranque, están los magnetotérmicos de curva MA que

se disparan cuando la intensidad nominal es sobrepasada 12 veces, también son recomendables para

protección de condensadores y en sustitución de fusibles en circuito de mando y control

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Con la Curva Z se protegen los circuitos electrotécnicos y los circuitos de transformador de

medida se disparan entre 2'4 y 3'6 veces de la intensidad nominal; siendo, por tanto, los más sensibles.

Todos los magnetotérmicos tiene un límite de poder de corte bastante alto (6 KA, 10 KA); pero, en

el caso muy improbable, de que se sobrepase este límite, y para evitar el deterioro del magnetotérmico; se

deben colocar, siempre, fusibles antes del interruptor automático. Por lo tanto, el magnetotérmico no

elimina por completo el uso del fusible; pero, para evitar que “salte” el magnetotérmico, y a la vez funda el

fusible, lo que se hace es colocar el fusible de un valor más alto; con el fin de que la interrupción de la

coriente sea selectiva.

6.2.4. FUSIBLE

Un fusible está compuesto por un hilo conductor de menor sección que los conductores de la línea.

En caso de una sobrecarga o cortocircuito, la intensidad se eleva a valores peligrosos para los conductores

de la línea, y el fusible, que es más débil, se funde debido al efecto Joule, e interrumpe el circuito antes de

que la intensidad de la corriente alcance esos valores peligrosos.

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Para que el hilo fusible se caliente antes que los conductores de la línea, debe ser de mayor

resistencia eléctrica. Esto se consigue con un hilo de menor sección o con un hilo de mayor coeficiente de

resistividad. Por otro lado, este hilo debe tener un punto de fusión más bajo que los conductores de línea

que protege.

Cuando un hilo fusible se funde, las gotas de material en estado líquido se proyectan, lo que puede

producir quemaduras y accidentes, incluido peligro de incendio. Por esta razón, los hilos fusibles se deben

colocar en el interior de recipientes herméticamente cerrados, dando así lugar a los llamados cartuchos

fusibles. La figura de abajo muestra el aspecto de una gama de cartuchos fusibles comerciales de diferente

tamaño, así como sus calibres en amperios. Cuando el fusible conduce una intensidad de corriente muy

elevada, el hilo fusible se funde como si se tratara de una pequeña explosión.

Las partículas del hilo se convierten practicamente en gas metálico que hace que la zona donde se

produce sea favorable a la conducción de dicha corriente. En estos casos puede generarse un arco eléctrico

entre los contactos del fusible y producirse así una continuación del cortocircuito hasta la destrucción de la

instalación, para evitar este fenómeno, los hilos fusibles se sitúan dentro de una cámara de extinción cuya

función es apagar el arco de forma rápida y efectiva. Cuanto mayor sea la comente de cortocircuito, más

difícil será apagar el arco.

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Tienen la misión de garantizar de forma absoluta la seguridad de la instalación contra cortacircuitos

y sobrecargas. Los fusibles primitivos tenían forma de hilos o láminas; estaban compuestos de una aleación

de dos partes de plomo por una de estaño; que se funden, debido al efecto Joule, a unos 170º C. La

colocación de estos fusibles de aleación especial se hacía atornillándolo entre dos puntos, separados lo

suficiente para que cuando se funda, la chispa que sucede a la fusión no pueda establecer un arco entre los

bornes del cortacircuito.

Permiten desconectar corrientes muy elevadas en un espacio mínimo, constan de un elemento

fusible y de un medio de extinción del arco (arena de cuarzo). Cuanto mayor sea la corriente de defecto

antes se funde el elemento fusible. Solo se pueden utilizar una vez y se caracterizan por su elevada

capacidad de ruptura.

El poder de corte de un cartucho fusible es la intensidad que el fusible es capaz de cortar en caso de

un cortocircuito a su tensión nominal.

Así, por ejemplo, si se estima que en una instalación eléctrica la corriente de cortocircuito es de

30.000 A (30 kA), el cartucho fusible deberá poseer un poder de corte superior a esta intensidad.

Habitualmente este valor se expresa en kA. En la gama de fusibles de la Figura 5.18 podemos ver como el

fusible de 8 x 31 posee un poder de corte de 20 kA, mientras que para el resto de los tamaños es de 100 kA.

Habitualmente los cartuchos fusibles poseen un elevado poder de corte, lo que garantiza que las

intensidades elevadas que se dan en un cortocircuito van a ser cortadas antes de que produzcan daños

irreversibles en las instalaciones.

Una de las ventajas de los cartuchos fusibles es que están calibrados en amperios. El calibre de un

fusible nos indica la intensidad que puede pasar por él sin fundirse. Cuando en una línea se supera esta

intensidad, el fusible corta el circuito. La rapidez con que lo hace está en función de lo alta que sea la

intensidad del fallo, tal como se muestra en las curvas de fusión facilitadas por los fabricantes.

Elemento de protección para la línea y para los elementos conectados a ella contra sobrecargas y/o

cortocircuitos. En caso de intensidad excesiva, se funde la parte conductora del fusible, abre el circuito e

impide el paso de la corriente.

70



Estos primeros fusibles fueron sustituidos por hilos de cobre estañado, e incluso por cobre sin

estañar. En la actualidad el dispositivo fusible está compuesto de: Base Fusible y Portafusible.

BASE DEL FUSIBLE: es donde se conecta el conductor de llegada de la corriente, y el conductor de

salida; construida de tal forma que, cuando se coloca el fusible este cierra el circuito, y cuando se retira se

abre automáticamente.

DISTINTOS TIPOS DE BASE PORTAFUSIBLE

El tamaño de la base está condicionada por la sección del conductor, que a su vez depende de la

intensidad de corriente; y, el sitio donde se coloque, determinará el grado de la protección, contra

contactos directos. La intensidad de trabajo de la base portafusible siempre será superior a la del fusible,

pero nunca inferior, a la intensidad de fusión del fusible.

PORTAFUSIBLE: es la pieza que extrae o coloca al fusible en su base. Obligatoriamente es de

material aislante y optativamente puede ser o no solidaria con la base, y en este caso, además, se puede

hacer que el portafusible sea solidario con las otras dos fases; a fin de que, cuando se desconecte un

fusible, se queden sin corriente las tres fases, esto impide dos cosas: la corriente de retorno a través de la

resistencia interior de los receptores, y que los motores queden en dos fases.

DISTINTOS TIPOS DE PORTAFUSIBLES

FUSIBLE: La armadura sobre la que está constituido el fusible, es un cuerpo en forma de tubo

cerámico de elevado choque térmico y alta resistencia a la presión; que permite soportar las críticas

condiciones, en caso de cortacircuito. Los extremos, destinados ha hacer el contacto con la base; son dos

tapas, de cobre con baño de plata para evitar la corrosión y asegurar un buen contacto, con la base

portafusible.

71



En el interior del tubo, un fino hilo conductor; que es el fusible en sí; calibrado al amperaje de

fusión rodeado de arena de cuarzo, de grano uniforme que permite una buena refrigeración, así como un

adecuado escape de los gases. El elemento de fusión es de cobre plateado, para resistir el envejecimiento y

la corrosión; también permite controlar la propagación del arco en el interior del fusible. A los fusibles se

les suele dar el nombre de “cartucho fusible”

Algunos fusibles se fabrican con testigo indicador de la fusión, que permite a simple vista

identificar si el fusible está fundido, sin necesidad de abrirlo. El aspecto exterior que presenta el fusible

puede ser cualquiera de los representados en la figura, donde también aparecen dos puentes para neutros

primera y última.

Los fusible también se fabrican en dos versiones de fusión lenta o normal, según lo que se quiera proteger. Por lo general a los circuitos con carga óhmica se les coloca de fusión normal, y los de carga inductiva de fusión lenta, esto quiere decir que, durante unos cuantos segundos, el fusible permitirán resistir la sobrecarga que se produce durante el tiempo de arranque sin que llegue a fundir.

La protección, por medio de fusible, de los transformadores; generalmente se efectúa del lado del secundario; dado que no hay riesgo de que se produzca un cortocircuito en el primario, los transformadores se protegen con mayor seguridad desde la parte de la utilización.

72



TIPOS DE FUSIBLE POR SU FORMA

Se fabrican cartuchos fusibles de fusión extrarrápida, rápida y lenta, dependiendo de las

características de la instalación a proteger. Así, por ejemplo, para la protección de dispositivos electrónicos

con semiconductores son más adecuados los fusibles extrarrápidos; por el contrario, es mejor utilizar

fusibles lentos para la protección de motores, ya que en el momento del arranque hacen circular una

corriente muy elevada (punta de arranque) que desaparece en cuanto el motor alcanza sus revoluciones

nominales.

Los fusibles resultan muy seguros en la protección de cortocircuitos, pero presentan el

inconveniente de que son difíciles de reponer.

Al fundirse el fusible queda inutilizado, por lo que hay que encontrar otro de las mismas

características y realizar la operación de recambio. En muchas ocasiones esta operación resulta engorrosa

y, si no se hace por un especialista, puede ser hasta peligrosa. Además, los fusibles reaccionan muy

lentamente ante las sobrecargas. Por ejemplo, un fusible de 16 A tarda 5 minutos en fundirse cuando se lo

somete a un paso de corriente de sobrecarga de 30 A, según las curvas. En ciertas aplicaciones este tiempo

puede ser suficiente para destruir alguna parte vulnerable de la instalación.

Tipos de fusibles:

La clasificación de los cartuchos fusibles en función de su tiempo de fusión está dada por dos letras,

la primera minúscula y la segunda mayúscula. De esta forma, existen fusibles de tipo gG, gI, gR, aG, aR, etc.

Así, por ejemplo, los fusibles gL son de uso general y son adecuados para la protección de líneas y

conductores eléctricos, los aM se adaptan muy bien a la protección de motores y los gR son idóneos para la

protección de dispositivos electrónicos con semiconductores.

g (antes “usos generales”):pueden cortar todas las sobreintensidades. Rápidos.

a (antes “de acompañamiento”): pueden cortar una parte de las sobreintensidades. Lentos.

Una segunda letra indica la aplicación:

L: líneas

M: Motores

G: Uso general

Según la forma los fusibles industriales pueden ser:

Cilíndricos: hasta 100 A

De cuchillas: hasta >1000 A

73



Fusibles clase g (fusibles de uso general)

Caracteriza los fusibles de uso general, los cuales pueden estar cargados en forma permanente con

su corriente asignada e interrumpir corrientes desde su menor corriente de fusión hasta la capacidad de

ruptura asignada. A ésta clase de funcionamiento pertenecen los fusibles gL / gG para la protección de

cables y conductores. Los fusibles protegen a la vez contra los cortocircuitos y contra las sobrecargas a los

circuitos con picos de corriente poco elevados (ejemplo: circuitos resistivos).

Fusibles clase a (fusibles de acompañamiento)

La clase de funcionamiento a caracteriza a los fusibles de uso parcial, por los cuales puede circular

de forma permanente, como mínimo, su corriente asignada e interrunpir corrientes superiores a un

determinado multiplo de su corriente asignada, hasta su capacidad de ruptura. Los fusibles de la clase de

servicio aM pertenecen a esta clase de funcionamiento, cuya corriente de interrupción comienza a partir de

cuatro veces la corriente asignada,

Por lo tanto, sólo protegen contra cortocircuitos a los circuitos sometidos a picos de corriente

elevados (picos magnetizantes en la puesta bajo tensión de los primarios de transformadores o

electroimanes, picos de arranque de motores asíncronos, etc.). Las características de fusión de los fusibles

aM “dejan pasar” las sobreintensidades, pero no ofrecen ninguna protección contra las sobrecargas. En

caso de que también sea necesario este tipo de protección, debe emplearse otro dispositivo (por ejemplo,

un relé térmico).

• De cuchilla • Cilíndricos

• Cartucho

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La gama de amperaje, que se encuentra disponible en el mercado, va desde 1 a 1.250 amperios;

como puede verse en la tabla. Cada fabricante, suele poner en el mercado tres, o cuatro tamaños distintos

de un mismo calibre. Naturalmente, el tamaño del fusible viene condicionado por el tamaño de la base que

ha de soportar este fusible. Cuando se hace un pedido de fusible, no es suficiente indicar el calibre, hay que

especificar, además, el tamaño

En las instalaciones se utilizan hasta tres clases distintas de fusibles:

- Para uso doméstico.

- De uso industrial.

- Con alto poder de ruptura.

Fusibles de alto poder de ruptura

La forma de los fusibles de alto poder de ruptura es altamente diferente del resto, como se muestra

en la figura, requiriendo para su manejo (quitar, o, poner) una manija espacialmente diseñada para esto;

con unas aperturas que encajan en el gancho que llevan estos fusibles en ambos extremos.

CONSTITUCIÓN DE UN FUSIBLE DE ALTO PODER DE CORTE

1 Cuerpo cerámico 2 Arena de cuarzo 3 Cuchilla de contacto 4 Indicador de fusión

5 Elemento de fusión 6 Placa fijación 7 Junta aislante

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CURVA CARACTERISTICA DE UN FUSIBLE

En la figura anterior se dan las curvas de fusión de los cartuchos fusibles de una cierta gama

comercial. En el eje (X) se representan los valores de la intensidad. En el eje (Y) aparecen representados los

tiempos de respuesta del fusible. Para averiguar este tiempo, hasta con trazar una recta, perpendicular al

eje X, desde la intensidad del fallo hasta la intersección con la curva correspondiente al calibre del fusible.

Así, por ejemplo, se puede apreciar que para una intensidad por el circuito de 35 A, el fusible de 2 A

corta el circuito en un tiempo inferior a 0,01 segundos, el fusible de 6 A lo hace en un tiempo de 0,3

segundos, el de 10 A en 5 segundos, el de 16 A en 5 minutos, el de 20 A en 90 minutos, y por encima de 35

A no llega nunca a fundirse.

Otra de las características de los cartuchos fusibles calibrados es que son selectivos, lo que significa,

tal como hemos podido apreciar en el ejemplo, que siempre funde más rápido aquel fusible que posee el

menor calibre. Esto tiene una gran importancia en instalaciones con muchas ramificaciones, ya que ante un

cortocircuito se consigue separar rápidamente de la red solamente la zona afectada y, además, en el

tiempo más breve posible. Además no se perturba innecesariamente el servicio de energía al resto de los

consumidores.

En la figura se muestra un ejemplo de la selectividad de los fusibles. En el caso de que aparezca un

cortocircuito en el punto A de la instalación, el fusible que actuará será sólo el de 10 A, ya que su tiempo de

fusión es inferior al de los cartuchos fusibles de 25 y 50 A que se encuentran más cerca del línea general de

alimentación.

76



Selectividad de los cortacircuitos fusibles.

6.2.5 FUSIBLE SECCIONADOR

A veces, el portafusible forma con la base una sola pieza articulada en forma de bisagra. En estos

casos, se les llama portafusible seccionador, porque hace que el fusible se comporte como un interruptor

con fusible. En estos casos, los tres portafusibles están unidos entre sí mecánicamente, de tal forma, que se

abren los tres fusible al mismo tiempo, siendo imposible abrir una sola de las fases. El esquema del fusible

seccionador es el de la figura , muy parecido a un interruptor trifásico, en el que las cuchillas se han

sustituido por fusibles.

77



6.3 DISYUNTORES

El disyuntor o interruptor automático es un aparato de maniobra y protección que, además de permitir abrir un circuito con la corriente nominal (manualmente), lo abre automáticamente en caso de que se produzca algún tipo de defecto, como sobrecarga, cortocircuito, corrientes a tierra, mínima tensión, sobretensiones, etc. La desconexión se efectúa en un tiempo lo suficientemente corto para no perjudicar ni a la red ni a los receptores que protege. Los disyuntores de uso más frecuente son de los siguientes tipos:

6.3.1 DISYUNTORES PROTECTORES DE SOBRECARGAS Y CORTOCIRCUITOS

Las funciones de este tipo de disyuntor se pueden resumir en:

1. Cierre del circuito. Los interruptores automáticos están diseñados para establecer corrientes de 15 a 20 veces superiores a su valor nominal.

2. Conducir la corriente. Característica muy tenida en cuenta en la fase constructiva, debido a las exigentes condiciones eléctricas y mecánicas que requiere el disyuntor.

3. Apertura del circuito. De forma manual, de forma automática, y por relé auxiliar.

4. Asegurar el seccionamiento. Nivel de aislamiento adecuado cuando el interruptor está abierto entre las partes con y sin tensión.

Atendiendo a su intensidad nominal, estos disyuntores se clasifican en:

- Pequeños interruptores automáticos (PIA). Modulares, utilizados en la protección de conductores y receptores en instalaciones domésticas y similares. Están provistos de un disparador térmico (bimetal) retardado para pequeñas sobreintensidades, que abre el circuito en un tiempo que es función de la magnitud de la sobrecarga y de un disparador electromagnético instantáneo para sobreintensidades elevadas y cortocircuitos. Los valores normalizados de uso frecuente para la intensidad nominal son, 6, 10, 16, 20, 32, 40, 50, 63 A y con poder de corte de 1,5 a 25 kA.

- Interruptores automáticos de potencia (de caja moldeada). Se utilizan cuando la intensidad nominal de una instalación es elevada. De uso frecuente son los de intensidad nominal 40, 63, 80, 100, 125, 160 y 250 A. Los disparadores térmicos y magnéticos pueden ser regulables, permitiendo una mayor selectividad entre aparatos.

Tipos de disyuntor

Magnético: protección de cortocircuitos

Térmico: protección de sobrecargas

Magnetotermico: protección de sobrecargas y

cortocircuitos

Diferencial: protección de corrientes de fuga

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- Interruptores automáticos de potencia abiertos. Se utilizan en instalaciones en la que la intensidad nominal es elevada y con intensidad de cortocircuito importante. A diferencia de los anteriores, los dispositivos de desenganche, relés auxiliares, son exteriores al interruptor. Las intensidades para su utilización suelen ser de 800 A en adelante, y el poder de corte es del orden de los 50 kA.

Clasificación de los disyuntores atendiendo a su intensidad nominal

Un disyuntor queda definido eléctricamente por las siguientes características:

- Intensidad nominal IN. Es el valor eficaz de la corriente de régimen continuo que el IA debe ser capaz de conducir indefinidamente sin que la elevación de temperatura de sus diferentes partes exceda límites especificados.

- Tensión nominal Un. Valor eficaz de tensión para el cual el disposito es diseñado, a la cual se refieren la capacidad de interrupción y de cierre nominales, así como las categorías de utilización en cortocircuito.

- Número de polos. Numero de pares de polos a cortar, diferente del número de polos a proteger. Pueden ser unipolares, bipolares, tripolar, tetrapolares.

- Poder de corte (PdC) Icu. Valor de la intensidad eficaz máxima que es capaz de cortar o interrumpir el aparato. Debe ser igual o mayor que la corriente de cortocircuito máxima que se puede producir en la línea que protege.

- Disparo magnético (Im). Corriente de actuación del disparo electromagnético. Debe de ser inferior al valor de la corriente de cortocircuito mínimo que pueda producirse a lo largo de la línea protegida por el interruptor.

- Poder de ruptura de servicio Icm. Indica la capacidad del IA para mantener sus características y continuar en servicio después de realizar varias aperturas a esa corriente. Se expresa en % de Icu

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- Poder de cierre I . Valor máximo o de pico de la intensidad que el dispositivo es capaz de soportar en el cierre del circuito. Este valor es asignado por el fabricante para la tensión nominal, frecuencia nominal y un factor de potencia especificado.

- Categoría de retardo. Define su capacidad para obtener una selectividad mediante un retardo.

- Categoría de empleo. Se definen dos categorías de IA, los de categoría A que no preveen en su funcionamiento ningún retardo en la desconexión por cortocircuito, y los de categoría B que pueden retardar su dispare ante un cortocircuito de valor inferior a una intensidad Icw.

- Curva de desconexión. Característica de reconexión tiempo-intensidad. - Interruptores limitadores de corriente. Son los IA que tienen la capacidad de limitar la corriente

presunta de cortocircuito. Estos dispositivos interrumpen la corriente de cortocircuito antes del primer pico (5 ms), por lo que la corriente de cortocircuito nunca alcanza el valor de pico presumido. El funcionamiento es análogo al caso de los fusibles limitadores, explicado anteriormente. Las ventajas de este tipo de aparatos son:

Limita la energía específica por lo que reduce los efectos térmicos debidos a las corrientes de cortocircuito.

Limita la corriente de pico presunta de cortocircuitos por lo que reduce los efectos mecánicos asociados.

Por medio de la limitación de energía se puede obtener una economía de la instalación utilizando el procedimiento de "filiación" que se verá en el apartado de selectividad.

- Curva de energía específica pasante, es la función I2-t = f (Icc), donde I2-t es la energía específica de paso que permite el IA al producir el corte. Determina la energía térmica que se desarrolla en condiciones de cortocircuito.

Curva de energía específica pasante

80



Se mencionan a continuación características generales a destacar de los interruptores automáticos:

- Es el único dispositivo capaz de realizar simultáneamente todas las funciones básicas en una instalación eléctrica, es decir, mand seccionamiento y protección eléctrica.

- Son unipolares o multipolares (1, 2, 3 ó 4 polos) a diferencia de los fusibles.

- Generalmente son más caros que los dispositivos fusibles.

- Permiten en muchos casos la regulación de los disparadores, facilitando la coordinación de las protecciones.

- Pueden ser puestos en servicio después de haber actuado ante un defecto sin ser reemplazados.

- Disponen de unidades auxiliares que permiten su control remoto, indicación de estado, etc.

6.3.2 DISYUNTOR MAGNÉTICO

Es un interruptor automático que reacciona ante sobreintensidades de alto valor o de cortocircuitos.

Interruptor magnético y símbolo

Los relés electromagnéticos de máxima corriente se utilizan para proteger las instalaciones

sometidas a picos de corriente frecuentes (por ejemplo, arranque de motores de anillos en aparatos de

elevación) contra las sobrecargas importantes en los casos en los que, a causa de arranques demasiado

frecuentes, variaciones bruscas del par o riesgos de calado, resulte imposible utilizar relés térmicos

biláminas.

Protege contra cortocircuitos.

Si se utiliza para proteger motores,

debe soportar el pico de corriente en el arranque.

Se suele utilizar en conjunción con un térmico.

81



Los principales elementos de los relés son:

un circuito magnético, formado por una parte fija, una armadura móvil y una bobina,

un mecanismo de disparo accionado a través de la armadura móvil y que actúa sobre

contactos auxiliares NC + NA.

Los disyuntores magneticos protegen los circuitos contra los cortocircuitos, interrumpen el circuito

abriendo los polos por medio de disparadores magneticos (uno por fase). El elemento de disparo

magnetico es una bobina por la que circula la corriente a controlar, cuando la corriente alcanza un

determinado valor, la bobina “atrae” a una pieza metalica cuyo movimiento provoca el disparo de la

protección.

Se vuelven a poner en servicio con un simple rearme y dependiendo del tipo de disyuntor.

Para la desconexión se fundamentan en la fuerza, proporcional al valor de la intensidad que circula, ejercida en un núcleo de hierro situado dentro de un campo magnético (figura 7.31). La armadura por medio de un resorte hace permanecer unidos los dos contactos y por encima de un valor determinado de la intensidad, corriente de actuación, se vence la tensión del resorte y la armadura es atraída por el núcleo produciendo la apertura del interruptor

Esquema de un disyuntor magnético

La curva característica de un disparo es la representada en la figura 7.32. El dispositivo permite trabajar en la zona de no desconexión pero no en la zona de desconexión, y entre ambas existe una zona de incertidumbre (tolerancia).

82



CURVAS DE DISPARO DEL RELE MAGNETICO.

Dependiendo del tipo de circuito que se desea proteger (distribución, motor, etc.), el umbral de

disparo magnético se situará entre 3 y 15 veces la corriente térmica Ith. Dependiendo del tipo de disyuntor,

dicho umbral de disparo puede ser fijo o ajustable por el usuario. Todos los disyuntores pueden realizar

cortes omnipolares: la puesta en funcionamiento de un solo disparador magnético basta para abrir

simultáneamente todos los polos.

En la curva de la figura, cualquier intensidad menor de ID no provocaría la desconexión, en ningún

caso. En cambio, cualquier intensidad mayor provocaría la desconexión segura. El límite inferior de la curva

ti (unos 4 milisegundos) es el tiempo que transcurre desde el instante en que se produce la intensidad de

disparo y la apertura del circuito.

Cuando la corriente de cortocircuito no es muy elevada, los disyuntores funcionan a mayor

velocidad que los fusibles.

6.3.3 DISYUNTOR TÉRMICO

Son interruptores automáticos que reaccionan ante sobreintensidades ligeramente superiores a nominal,

Disyuntor térmico y símbolo

83



Para la desconexión se fundamentan en la deformación de una lámina bimetálica, formada por dos metales con diferente coeficiente de dilatación y soldados, que se curva en función del calor producido por la corriente que pasa través de ella, figura 7.34.

Esquema de un disyuntor térmico

6.3.4 RELE TERMICO O DE INTENSIDAD

Los relés de intensidad, también llamados relés térmicos, se utilizan para proteger las máquinas

contra sobrecargas. Se pueden emplear tanto en corriente alterna como en continua, y su funcionamiento

tiene efecto cuando el valor de la intensidad que recorre el circuito está por encima del nominal de la

máquina, sin llegar a ser elevado, pero manteniéndose, durante cierto tiempo.

Los relés térmicos detectan una sobreintensidad debido al aumento de temperatura que hará que

unas láminas bimetálicas se curven y se active el disparador del contacto asociado. Protegen contra:

Sobrecargas

Arranques demasiado lentos

Agarrotamiento

Ciclos arranque-paro frecuentes

Reposición manual.

Relé de intensidad.

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Los relés térmicos de biláminas son los aparatos más utilizados para proteger los motores contra las

sobrecargas débiles y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente alterna o continua. Sus características

más habituales son:

Tripolares,

Compensados, es decir, insensibles a los cambios de la temperatura ambiente,

Sensibles a una pérdida de fase, por lo que evitan el funcionamiento monofásico del

motor,

Rearme automático o manual,

Graduación en “amperios motor”: visualización directa en el relé de la corriente

indicada en la placa de características del motor.

Los relés de intensidad pueden ser de dos tipos:

Tripolares, que pueden utilizarse en corriente trifásica, bifásica y monofásica.

Diferenciales, que detectan un desequilibrio entre fases. o un fallo o corte de alguna de

ellas, como ocurre cuando funde un fusible y un motor trifásico permanece funcionando en

dos fases.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO UN RELÉ TÉRMICO

El principio de funcionamiento se basa en la curvatura que experimenta una lámina bimetálica

como consecuencia del calentamiento, lo que se aprovecha para mover un contacto.

Metal a

Si, como consecuencia de un incidente, la intensidad absorbida por el receptor aumenta, los

bimetales se van deformando poco a poco, y accionan el dispositivo, provocando un desplazamiento, según

el tipo de relé, y, consecuentemente, la apertura del contacto de una forma brusca. Como hemos dicho, el

calentamiento va deformando las láminas poco a poco; sin embargo, la apertura del contacto se realiza de

forma brusca. Esto se consigue mediante un resorte que va empujando el contacto, sin moverlo, hasta

llegar a un punto inestable en el cual el contacto cambia su posición bruscamente"

Al abrirse, el contacto, que va intercalado en el circuito de la bobina del contactor, provoca el corte

de alimentación a ésta, produciendo la parada. El relé no recuperará la posición de reposo, lo que se

conoce como rearme, hasta que los bimetales se hayan enfriado. Un dispositivo de regulación es el

encargado de establecer la distancia que debe recorrer la pieza, en función de la intensidad seleccionada

sobre el relé y de la temperatura ambiente del local donde esta instalado, para la apertura del contacto.

85



En la figura se aprecia que la deformación de las láminas bimetálicas del relé produce un

desplazamiento de los contactos auxiliares del contactor.

Esquema de un relé térmico

MODOS DE REARME

El relé de protección se puede adaptar fácilmente a las diversas condiciones de explotación

eligiendo el modo de rearme Manual o Auto (dispositivo de selección situado en la parte frontal del relé),

que permite tres procedimientos de rearranque:

• las máquinas simples que pueden funcionar sin control especial y consideradas no peligrosas

(bombas, climatizadores, etc.) se pueden rearrancar automáticamente cuando se enfrían las

biláminas: rearme Auto, esquema 3 hilos

• en los automatismos complejos, el rearranque requiere la presencia de un operario por motivos

de índole técnica y de seguridad: rearme Auto, esquema 2 hilos. También se recomienda este tipo

de esquema para los equipos de difícil acceso.

• por motivos de seguridad, las operaciones de rearme del relé en funcionamiento local y de

arranque de la máquina debe realizarlas obligatoriamente el personal cualificado: rearme Manual

86



En ambos casos, al rearmar, el indicador de disparo pasa a color negro. El accionamiento del

pulsador stop:

actúa sobre el contacto NC (lo abre)

no afecta al contacto NA

El accionamiento del pulsador de test simula un disparo del relé:

cambian los dos contactos NC y NA, provocando el paro del automatismo al abrir 95-96 y la

alarma al cerrar 97-98.

se actúa también sobre la señal de disparo

En condiciones normales, los contactos 95-96 (NC) y 97-98 (NA) están como en la figura adjunta, al

disparar el relé térmico cambian pasando a abrir 95-96 y a cerrar 97-98

87



REGLAJE

Los relés se regulan mediante una rueda graduada en amperios permite regular el relé con mucha

precisión. La corriente límite de disparo está comprendida entre 1,05 y 1,20 veces el valor indicado.

1. Tapa o capó transparente

2. Mando de regulación de IN

3. Orificios de precinto

4. Selector de "reset" automático o manual

5. Pulsador de stop

6. Microruptor "test"

7. Indicador de relé disparado (cambia de color)

• Para pasar de "reset" automático a manual, girar *4+ a la izquierda.

• Para pasar de "reset" manual a automático, girar *4+ a la derecha.

Si se tiene seleccionado "rearme manual" una vez se ha enfriado el relé,pulsar "reset".

Si se tiene seleccionado "rearme automático" una vez se ha enfriado el relé, conmuta

sólo los contactos a la situación normal.

DETECCIÓN DE UNA PÉRDIDA DE FASE

Este dispositivo provoca el disparo del relé en caso de ausencia de corriente en una fase

(funcionamiento monofásico). Lo componen dos regletas que se mueven solidariamente con las biláminas.

La bilámina correspondiente a la fase no alimentada no se deforma y bloquea el movimiento de una de las

dos regletas, provocando el disparo.

Los receptores alimentados en corriente monofásica o continua se pueden proteger instalando en

serie dos biláminas que permiten utilizar relés sensibles a una pérdida de fase. Para este tipo de

aplicaciones, también existen relés no sensibles a una pérdida de fase.

CLASES DE DISPARO

Los relés térmicos se utilizan para proteger los motores de las sobrecargas, pero durante la fase de

arranque deben permitir que pase la sobrecarga temporal que provoca el pico de corriente, y activarse

únicamente si dicho pico, es decir la duración del arranque, resulta excesivamente larga.

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La duración del arranque normal del motor es distinta para cada aplicación; puede ser de tan sólo

unos segundos (arranque en vacío, bajo par resistente de la máquina arrastrada, etc.) o de varias decenas

de segundos (máquina arrastrada con mucha inercia), por lo que es necesario contar con relés adaptados a

la duración de arranque. La norma IEC 947-4-1-1 responde a esta necesidad definiendo tres tipos de

disparo para los relés de protección térmica:

• Relés de clase 10: válidos para todas las aplicaciones corrientes con una duración de

arranque inferior a 10 segundos.

• Relés de clase 20: admiten arranques de hasta 20 segundos de duración.

• Relés de clase 30: para arranques con un máximo de 30 segundos de duración.

CURVAS DE DISPARO DEL RELE TERMICO

89



6.3.5. RELÉ TÉRMICO DIFERENCIAL

Podemos decir, sin miedo a equivocamos, que un porcentaje muy elevado de motores se quema

como consecuencia de que les falta una fase, a pesar de ir protegidos por un relé de intensidad apropiado

que está correctamente regulado. Esto es debido a que, según las normas establecidas, un relé térmico

debe soportar la intensidad nominal del motor a plena carga, además, de un incremento del 50 por 100 de

ésta si la duración es inferior á un minuto, y de una sobrecarga del 20 por 100 durante un período de

tiempo inferior a dos minutos.

El relé térmico diferencial, es un aparato encargado de realizar la parada de un equipo, por disparo

del propio relé, cuando detecta que el valor de las intensidades que recorren cada una de las láminas

bimetálicas que componen sus contactos no son iguales entre sí por alguna circunstancia. Esta diferencia

del valor de las intensidades es lo que se conoce como desequilibrio de fases. La rapidez a la hora de

efectuar el disparo dependerá del valor de dicha diferencia (será más rápido cuanto mayor sea dicha

diferencia).

Este tipo de relé no está indicado para circuitos trifásicos que han de alimentar receptores

monofásicos. Además, los equipos provistos de estos relés deben estar protegidos con fusibles que actúen

en caso de cortocircuitos. 6.3.6 DISYUNTOR MAGNETOTERMICO

Se trata de un relé magnetotérmico con un interruptor. Se utiliza para la protección de motores de pequeña potencia (guardamotores)

El interruptor automático magnetotérmico combina los sistemas protección magnético y térmico, descriptos en los apartados anteriores, en un solo aparato. Poseen dos sistemas de desconexión: manual y automático (que a su vez es magnético y térmico).

Interruptor magnetotérmico trifásico y símbolo

90



La figura muestra tres esquemas del funcionamiento del disyuntor: izquierda, funcionamiento sin sobrecorrientes; central, actuación térmica; derecha, actuación magnética.

No hay sobrecorrientes Sobrecarga Cortocircuito

Esquema de un disyuntor magnetotérmico

En el gráfico de la figura puede verse la curva de desconexión de un magnetotérmico, en la que se

aprecia una zona de desconexión térmica, una zona de desconexión magnética y una zona de

solapamiento, en donde el disparo puede ser provocado por el elemento magnético o el térmico

indistintamente.

Disyuntor magnetotérmico. Curva de disparo

91



En la figura se detallan las diferentes partes de un pequeño interruptor automático

magnetotérmico, utilizado en viviendas e instalaciones similares.

Elementos de un pequeño interruptor automático magnetotérmico (PÍA)

En interruptores automáticos para instalaciones domésticas y análogas (IA modulares) se definen

tres clases de disparo magnético (Im) según el múltiplo de la corriente asignada (In), cuyos valores son:

- Curva B: Im = (3 ÷ 5) In. Para la protección de circuitos en los que no se produzcan transitorios.

- Curva C: Im = (5 ÷ 10) In. Para la protección de circuitos en los que np se prevean transitorios importantes (por ejemplo, arranque de motores

- Curva D: Im = (15 ÷ 20) In. Para la protección de circuitos con carga mixta y habitualmente en las instalaciones de uso domestico o análogo.

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Clases de disparo magnético de los PÍA

Siendo:

- In: intensidad nominal del IA.

- If: intensidad de funcionamiento. Valor eficaz de la corriente para la cual el IA dispara en un tiempo convencional (1-2 horas).

- -Im: intensidad magnética. Valor eficaz de la corriente para la cual el IA dispara instantáneamente (t < 0,l sg).

93



6.4. INTERRUPTOR DIFERENCIAL

Los interruptores diferenciales son dispositivos de corte automático que actúan en el caso del fallo

del aislamiento del conductor o del receptor. Estos aparatos provocan la apertura automática de la

instalación cuando la suma de las intensidades que atraviesan los polos del aparato alcanza un valor

predeterminado 30, 300, 500, 1.000 o 2.000 mA. (Miliamperios). El tipo de instalación a proteger,

determina la sensibilidad de funcionamiento de aparato. Los principales usos de un interruptor diferencial

son:

• Protege las personas contra los contactos indirectos (30 mA).

• Asegura una protección complementaria contra los contactos directos (30 mA)

• protege las instalaciones eléctricas contra los defectos de aislamiento y los riesgos de incendio

Sirven para detectar las corrientes de defectos a tierra, que eventualmente pudieran producirse en

algún punto de la instalación, cortando automáticamente, dentro de un tiempo compatible con la

seguridad de las personas, y proporcionando la seguridad de que no se produzca un contacto indirecto.

necesita un cable de ida y otro de regreso. El valor de la corriente de ida, tiene que ser igual a la corriente

de regreso; cuando el camino de la corriente de regreso encuentra un fallo de aislamiento, por este fallo se

deriva una cantidad de corriente más o menos grande; dando lugar a una diferencia de corriente entre el

conductor de ida y la de regreso, este diferencia se llama corriente de defecto.

La detección de la corriente de defecto se efectúa por un transformador toroidal, a través del cual

pasan todos los conductores activos del circuito a proteger. Cuando el nivel de aislamiento de la parte

situada después del transformador es normal, no se induce flujo en el circuito magnético, dado que en cada

instante la diferencia entre la corriente de ida y corriente de regreso es nula.

Se denomina interruptor diferencial de alta sensibilidad, al que tiene una Is del orden de los 30 mA,

que son los que se instalan en las viviendas. También se fabrican versiones industriales de 300, 500, 1.000 y

2.000 mA. Conviene destacar que los interruptores diferenciales de alta sensibilidad aportan una

protección muy eficaz contra incendios, al limitar a potencia muy bajas las eventuales fugas de energía

eléctrica por defecto de aislamiento.

94



Dependiendo del uso a que se destine los interruptores diferenciales, pueden de dos módulos o de

cuatro módulos, (no se fabrica para tres conductores).

INTERRUPTORES DIFERENCIALES MODULARES

Los interruptores diferenciales se "arman" igual que los magnetotérmicos mediante una

articulación que pone en disposición de ser disparado con cualquier dispositivo electromecánico es capaz

de abrir el circuito.

VISTA DE INTERRUPTOR DIFERENCIAL

Físicamente se distinguen los diferenciales de los magnetotérmicos en que el diferencial tiene un

botón de prueba, que se utiliza para comprobar que se produce la desconexión en caso de producirse una

diferencia de corriente entre la ida y la vuelta. Este botón se aconseja usarlo al menos una vez al mes, si no

desconecta, convine sustituir el diferencial por otro nuevo

COMPARACIÓN ENTRE MAGNETOTÉRMICO Y DIFERENCIAL

95



Por el interruptor diferencial necesariamente han de pasar todos los conductores que protege, sin

olvidar el neutro. Los interruptores diferenciales no protegen contra cortacircuitos ni contra sobrecargas,

incluso puede salir ardiendo un conductor y quedar sin funda protectora sin que llegue a desconectar.

Mientras que no se produzca la derivación a tierra, el interruptor no actúa.

Lo que ocurre normalmente es que si se produce un incendio, se quema el tubo donde está alojado

el conductor o se quema la funda del conductor tierra, y entonces se produzca la desconexión, pero en el

caso improbable de que esto no ocurra el conductor seguirá con tensión, porque el diferencial no

"saltará".

Además de los diferenciales descritos como el existen otros como el Toroidal + relé (asociado a un

automatismo de disparo) y los Interruptores diferenciales de altas sensibilidad 10 y 30 mA. Cuando se

sobrepasan los 50 amperios de consumo por fase se emplean transformadores toroidales conectados a un

contactor a través de un relé, en la forma que se aprecia en la figura; este relé lleva un potenciómetro de

ajuste de la sensibilidad del aparato y dos botones de mando; uno, para prueba de verificación T, y otro, de

rearme R, o puesta en funcionamiento.

ESQUEMA DE CONEXIÓN DE UN INTERRUPTOR DIFERENCIAL DE TORO

Cada fabricante tiene que dar el esquema de conexionado, el esquema de la figura solo debe de

verse como un ejemplo aproximado, las tres partes que componen este sistema han de ir en el interior de

un armario, y forma parte del cuadro general de mando.

96



En la siguiente figura se representan otros modelos de transformadores de toro.

TRANSFORMADORES DE TORO

En la figura se representa otra modalidad de toro, con un magnetotérmico + diferencial de toro

separado con las conexiones ya efectuadas de fábrica, lo que ahorra tiempo y evita los errores que pudieran darse con el esquema de la figura anterior.

INTERRUPTOR DIFERENCIAL CON TRANSFORMADOR DE TORO SEPARADO

97



7. ELEMENTOS DE POTENCIA PARA EL ARRANQUE DE MOTORES E INSTALACIONES

A continuación se hace un resumen de los componentes que intervienen en un circuito

eléctrico para el mando de un motor eléctrico de corriente alterna trifásica con rotor en

cortocircuito y que hay que tener en cuenta en el momento de diseñar y calcular todos y cada uno

de los elementos con los que se controla este tipo de circuitos. ANÁLISIS DE LOS COMPONENTES QUE INTERVIENEN EN EL ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFÁSICO

98



ELEMENTO: RED DE CORRIENTE ELÉCTRICA

SÍMBOLO

DESCRIPCION

En una red eléctrica se encuentran los siguientes conductores.

L1. Primera fase.

L2. Segunda fase.

L3. Tercera fase.

N. Neutro.

E. Conductor a tierra.

ELEMENTO: TENSIONES DE LA RED

SÍMBOLO DESCRIPCION

(1)Tensión entre fases.

(2)Tensión entre fases y neutro.

Tensiones normalizadas entre fases: 400 V.

Tensiones normalizadas entre fase y neutro: 230 V.

ELEMENTO: FRECUENCIA DE LA RED

SÍMBOLO DESCRIPCION

En Europa f = 50 Hz

En América f = 60 Hz

99



ELEMENTO: SECCIONADOR

SÍMBOLO FOTO DEL ELEMENTO

UTILIZACIÓN

El interruptor como elemento de potencia puede ser el aparato que preceda al resto del circuito eléctrico y sirve preferentemente para suministrar y cortar energía a un circuito.

ELEMENTO: SECCIONADOR CON FUSIBLES INCORPORADOS


UTILIZACIÓN

Se utiliza además de seccionador como portafusibles.Tiene la ventaja de que permite intervenir en los fusibles cuando están desconectados de la red, es decir, sin tensión.

100



ELEMENTO: SECCIONADOR CON FUSIBLES INCORPORADOS Y

CONTACTOS AUXILIARES PARA EL CIRCUITO DE MANIOBRA


UTILIZACIÓN

Igual al estudiado anteriormente pero con contactos auxiliares. Los contactos auxiliares se utilizan generalmente como interruptor del circuito de maniobra.

ELEMENTO: INTERRUPTORES


UTILIZACIÓN

El Interruptor tiene dos funciones principales como son:

a) Dar corriente a un aparato receptor. b) Aislar o dar tensión a un equipo de accionamiento y potencia.

Para intervenir en un equipo eléctrico para reparar o verificar se requiere cortar o aislarlo de la conexión a red, lo que se hace abriendo el interruptor.

101



ELEMENTO: CONTACTORES


UTILIZACIÓN

Utilizado de forma preferente en el gobierno de motores, bien sea en arranque directo, o en otros tipos de arranque. También se utiliza en el arranque de otro tipo de receptores. El contactor es uno de los elementos eléctricos que más se utilizan en circuitos de potencia. La conexión y desconexión del contactor se hace por medio de un electroimán. El electroimán permite hacer diversas formas de mando y control para el circuito de maniobra. El contactor por sí solo es un interruptor que se puede accionar a distancia.

ELEMENTO: GUARDAMOTOR (CONTACTOR + RELE

TERMICO)


+ UTILIZACIÓN

Como su nombre lo indica, se utilizan para proteger motores contra sobreintensidades, que de permanecer largo tiempo podrían dar lugar a averías en el motor.

.

102



ELEMENTO: DISYUNTOR


UTILIZACIÓN

Protege a los receptores del tipo que sean contra sobreintensidades instantáneas que superen los límites del reglaje con que se ha ajustado el disyuntor.

103



DIFERENTES TIPOS DE PROTECCIÓN DE RECEPTORES Y EQUIPOS

NECESIDAD A PROTEGER TIPO DE PROTECCION A APLICAR

Protección contra pequeñas

sobrecargas pero prolongadas

- Relés térmicos

- Relés magnetotermicos

- Sondas termostáticas en los devanados del motor

Protección contra sobrecargas

importantes

- Relés magnetotermicos.

- Relés magnéticos.

Protección contra corrientes de

cortocircuito

- Fusibles.

- Guardamotores de alto poder de corte

- Seccionadores portafusibles.

- Interruptores de seguridad

Protección contra falta de una fase

- Relés térmicos diferenciales

- Relés de tensión.

- Seccionadores con dispositivo adecuado.

- Fusibles con percutor.

Protección contra máxima tensión.

Protección contra mínima tensión. - Relés de tensión.

Protección contra máxima intensidad.

Protección contra mínima intensidad. - Relés de intensidad.

Protección contra arranques

demasiado largos y frecuentes.

- Relés de temporización térmica.

Protección del personal contra

contactos accidentales.

- Seccionadores.

- Interruptores de seguridad.

- Utilización de bajas tensiones en los circuitos de

maniobra.

- Puestas a tierra

- Aislamiento especial.

104



APARATOS DE PROTECCIÓN DE RECEPTORES Y EQUIPOS

A continuación se estudian los aparatos de protección más comúnmente utilizados en la

industria equipando armarios eléctricos para el mando de receptores eléctricos, principalmente, los

motores.

ELEMENTO: FUSIBLES


NIVEL DE PROTECCIÓN:

El valor de Ice depende del tipo de fusible elegido

Los fusibles o cortacircuitos protegen a los circuitos de las

corrientes de cortocircuito (Ice). Siempre se trata de

corrientes muy elevadas si las comparamos con los valores

nominales de ese circuito.

Los fusibles serán adecuados al circuito a proteger, y su

efecto será lento, medio o rápido a una solicitación de

protección por una intensidad elevada y peligrosa para el

circuito y sus elementos de maniobra, así como para los

receptores, elementos prioritarios del circuito

105



ELEMENTO: RELÉ TÉRMICO

SÍMBOLO

FOTO DEL ELEMENTO


El relé térmico es un dispositivo a colocar en el circuito de

potencia que protege a los receptores contra

Sobreintensidades. En función de la corriente del receptor

se podrán utilizar relés térmicos o magnetotérmicos,

estos últimos para mayores intensidades que los

primeros.

Protege contra sobreintensidades aplicable a motores de

c.a. y cc.

Es el elemento de protección más empleado después de

los fusibles.

106



ELEMENTO: RELE MAGNETOTERMICO

SÍMBOLO

FOTO DEL ELEMENTO


Protege contra sobreintensidades.

Protege contra pequeñas sobreintensidades que se

mantienen en el tiempo.

Protege de forma instantánea contra sobrecargas de cierta

entidad.

Aplicable a motores de c.a. y cc.

ELEMENTO: RELE ELECTROMAGNETICO DE

INTENSIDAD



Protege sobrecargas importantes, cuando se trata de

motores con arranques muy frecuentes en los que las

variaciones bruscas del par de bloqueo no permite el

empleo de relés térmicos clásicos.

107



ELEMENTO: TERMISTORES



Protege los devanados del motor contra temperaturas

elevadas.

Limita los arranques frecuentes.

Puede tirar una maniobra o impedir que ésta comience,

hasta que los devanados del motor adquieran valores

normales de temperatura.

ELEMENTO: RELE DE MAXIMA INTENSIDAD



Corta la maniobra, cuando el consumo de intensidad en el

circuito receptor supera el valor de reglaje.

Aviso de consumo elevado.

Entrada de otros elementos de protección.

108



ELEMENTO: RELE DE MINIMA INTENSIDAD



Corta la maniobra, cuando el consumo de intensidad en el

circuito receptor es inferior al valor de reglaje.

Aviso de bajo consumo.

ELEMENTO: RELE DE MAXIMA TENSION



Corta la maniobra o emite un mensaje, cuando la tensión de

suministro supera el valor de reglaje.

Las tensiones elevadas modifican los valores nominales de

los receptores (intensidad, potencia, par).

109



ELEMENTO: RELE DE MAXIMA TENSION





Las tensiones elevadas modifican los valores nominales de

los receptores (intensidad, potencia, par).

ELEMENTO: RELE DE MINIMA TENSION




suministro es Inferior al valor de reglaje.

Las bajas tensiones también modifican los valores

nominales de los receptores (intensidad, potencia, par).

110



ELEMENTO: RELE TERMICO DE TIEMPO



Corta o impide maniobras cuando se ha realizado un

número determinado de arranques consecutivos y los

elementos eléctricos han alcanzado temperaturas elevadas

y no han tenido tiempo de disiparlas.

No podrá reiniciarse la maniobra hasta que el relé térmico

se haya enfriado.

ELEMENTO: DISYUNTOR (TERMICO)



Protege al circuito contra corrientes de

sobreintensidad.

Debe reglarse convenientemente.

Sustituye en el circuito al seccionador y relé térmico.

111



ELEMENTO: DISYUNTOR (MAGNETICO)



Protege al circuito contra corrientes de cortocircuito.


Sustituye en el circuito al seccionador fusible.

Elemento de protección que precede a muchos circuitos

eléctricos.

Ajustable a diferentes valores de intensidad para el disparo.

Los disyuntores, cuando superan el valor con el que han

sido reglados, se disparan, desconectándose.

El rearme o conexión se hace de forma manual. Los

disyuntores sustituyen al conjunto de fusibles y relés

térmicos de protección.

112



ELEMENTO: DISYUNTOR PARA MOTOR

(MAGNETOTERMICO)



Aparato muy completo que reúne en uno les siguientes

elementos:

Interruptor.

Relé térmico.

Relé magnético.

El conjunto constituye un verdadero guardamotor en el caso

de que se aplique a arranque de motores.

ELEMENTO: CONTACTOR - DISYUNTOR



A diferencia del anterior en el que la puesta en marcha y

paro normal se hace pulsando sobre los contactos de

potencia, en este caso la puesta en marcha y paro se hace

por medio de un electroimán con mando por pulsadores.

113



DIFERENTES FORMAS DE ACCIONAMIENTO DE MOTORES TRIFÁSICOS CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO

Para alimentar de corriente eléctrica a un motor, hay muy diversas formas de hacerlo en función de los aparatos que

se utilicen y de las maniobras a realizar, controlar y proteger de cara al propio motor.

Principales aparatos utilizados en el arranque de motores.

Fusibles de protección.

Interruptores.

Interruptores-seccionadores.

Disyuntores.

Contactores.

Contactores-disyuntores.

Relés térmicos y otros.

Otros elementos de maniobra y protección.

Principales combinaciones de aparatos en el esquema de arranque directo de un motor.

Arranque por medio de un seccionador.

Arranque por interruptor-seccionador.

Arranque por medio de seccionador portafusibles e interruptor seccionador.

Arranque por contactor protegido por fusibles y relé térmico.

Arranque por medio de contactor protegido por seccionador portafusibles y relé térmico.

Arranque por medio de contactor, con interruptor seccionador con fusibles y relé térmico.

Arranque por medio de disyuntor.

Arranque por medio de contactor protegido por disyuntor magnetotérmico.

Arranque por contactor protegido con disyuntor magnético y relé térmico.

Arranque por medio de contactor disyuntor.

Arranque con inversión de giro por medio de contactores protegido por disyuntor magnetotérmico.

Arranque por medio de arrancador electrónico, con contactor y protección por disyuntor magnético.

Otros arranques

Protección de los circuitos de potencia.

Debe ser un criterio generalizado que los receptores eléctricos, en este caso motores, deben estar protegidos contra

todo riesgo de incidencias del tipo que sean. Es preferible que se repitan o interfieran algunas de las protecciones a que no se

cubra la totalidad de los riesgos. Siempre es más barato equipar el circuito con elementos de protección que el hecho de tener

que rebobinar un motor o hacer frente a una parada prolongada de la máquina o instalación.

114



TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE UN SECCIONADOR

ESQUEMA DE POTENCIA ELEMENTOS DEL CIRCUITO

F1: Fusibles. Portafusibles trifásico.

Q1: Seccionador trifásico.

M1: Motor trifásico con rotor en cortocircuito

(C/C).

FUNCIONAMIENTO

El accionamiento para el arranque y el paro del equipo es

enteramente manual, pudiendo ser el interruptor-seccionador

rotativo o de palanca.

115



TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE UN INTERRUPTOR-SECCIONADOR


Q1: Interruptor seccionador con fusibles incorporados.

M1: Motor trifásico con rotor en cortocircuito.

FUNCIONAMIENTO

Se trata de uno de los más sencillos esquemas de mando de un motor.

La puesta en marcha o el paro del motor se realiza por accionamiento

directo sobre el interruptor seccionador.

116



TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE SECCIONADOR PORTAFUSIBLES E INTERRUPTOR SECCIONADOR


Q1: Seccionador portafusibles trifásico.

Q2: Interruptor seccionador rotativo trifásico.


FUNCIONAMIENTO

Por medio de Q1 se pone el circuito bajo tensión.

La puesta en marcha o paro del motor se realiza accionando el

interruptor seccionador Q2. Ambos elementos son accionados manualmente.

117



TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE UN CONTACTOR PROTEGIDO POR FUSIBLES Y RELÉ TÉRMICO


F1: Fusibles.

KM1: Contactor tripolar.

F2: Relé térmico.


FUNCIONAMIENTO

El gobierno del motor queda supeditado al circuito de maniobra del

contactor KM1.

118



TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE CONTACTOR CON SECCIONADOR CON FUSIBLES Y RELÉ TÉRMICO


Q1: Seccionador portafusiles trifásico.


F2: Relé térmico.


FUNCIONAMIENTO

Al cerrar el seccionador portafusibles, el equipo queda dispuesto para que, a través del

contactor, pueda ordenarse la marcha o el paro del motor. En este caso, los fusibles o elemento

similar son los encargados de establecer el corte en la alimentación cuando se produce un

cortocircuito. Para evitar que el motor pueda seguir funcionando con la ausencia de alguna de

las fases, se acopla un dispositivo en el seccionador que detecta cuándo funde un fusible,

provocando el corte instantáneo, y omnipolar, del circuito.

El seccionador, además, es el encargado de establecer el corte total del circuito cuando

el valor de la intensidad se ve incrementado sin hacer actuar al relé térmico, garantizando así la

protección del motor.Si la instalación no está provista del dispositivo que detecte la falta de un

fusible, el relé debe ser del tipo de protección contra desequilibrio de fase; así la falta de una

conlleva, gracias al relé térmico, la parada del contactor. Para poder formar un equipo que

funcione así, la instalación debe someterse a un estudio minucioso, con el fin de elegir los

componentes que permitan obtener una protección eficaz, de tal manera que cualquier fallo no

pueda producir daños mayores.

119



TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE CONTACTOR CON INTERRUPTOR SECCIONADOR CON FUSIBLES Y RELÉ TÉRMICO


Q1: Interruptor seccionador con fusibles.


F2: Relé térmico.


FUNCIONAMIENTO

Cerrado el interruptor el equipo queda dispuesto para que sea la

maniobra del contactor la que determine el momento de marcha y paro del

motor.

120



TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE DISYUNTOR


QF: Disyuntor magnetotérmico.


FUNCIONAMIENTO

El mando y protección del motor se hace desde el disyuntor

magnetotérmico, único elemento de maniobra y accionamiento. Equipo

sencillo a utilizar en maniobras aisladas de motores y de pequeña potencia.

121



TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE CONTACTOR PROTEGIDO POR DISYUNTOR MAGNETOTÉRMICO





FUNCIONAMIENTO

Se conecta manualmente el disyuntor magnetotérmico, quedando la

instalación dispuesta para el tipo de maniobra elegido para el contactor KM1.

En este caso, el conjunto se monta con disparadores térmicos (aunque a estos

disyuntores les afectan las variaciones de temperatura ambiente) y magnéticos. El

disparador térmico del disyuntor garantiza la protección del motor contra las

sobrecargas. De la protección contra los cortocircuitos se encarga el disyuntor con un

alto poder de corte.

Este conjunto debe ser estudiado con sumo cuidado, con el fin de poder

obtener una protección eficaz, y asegurar la coordinación de las protecciones de los

aparatos entre sí. De igual manera, a veces necesitaremos reemplazar el contactor

después de un cortocircuito.

122



TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE CONTACTOR PROTEGIDO POR DISYUNTOR MAGNÉTICO Y RELÉ TÉRMICO




F2: Relé térmico.


FUNCIONAMIENTO

Se conecta manualmente el disyuntor magnetotérmico, quedando la

instalación dispuesta para el tipo de maniobra elegido para el contactor KM1.

Este conjunto, garantiza la protección contra los cortocircuitos (cortando

todos los polos), contra las sobrecargas y contra la marcha en dos fases, de lo que se

encarga un relé térmico.

Presenta el inconveniente de que el poder de corte del disyuntor es inferior al

de los fusibles, y por tanto, cuando se producen cortocircuitos, a veces hay que

cambiar el contactor, el relé térmico, o ambos, porque se han estropeado. Para

garantizar la total protección del motor, el relé térmico debe compensarse en función

de la temperatura y al mismo tiempo dotarlo de un dispositivo de protección contra

123



desequilibrio entre fases.

TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE CONTACTOR DISYUNTOR


QF: Contactor disyuntor.


FUNCIONAMIENTO

La marcha del motor se realiza por accionamiento directo sobre el contactor

disyuntor, tanto para la marcha como para el paro.

124



TIPO DE ARRANQUE:

ARRANQUE POR MEDIO DE ARRANCADOR ELECTRÓNICO CON CONTACTOR Y PROTECCIÓN POR DISYUNTOR MAGNÉTICO


QF: Disyuntor magnético.

KM1; Contactor tripolar.

Q2: Arrancador electrónico progresivo.


FUNCIONAMIENTO

Cerrado el disyuntor magnético el equipo queda dispuesto para que, a través

del circuito de maniobra, se seleccione primeramente el contactor y a continuación

el arrancador progresivo.

125



6.8. INCIDENTES EN LAS INSTALACIONES

Protección contra las sobrecargas

Los receptores eléctricos pueden ser el origen de un gran número de incidentes mecánicos o

eléctricos. Con el fin de evitar que dichos incidentes estropeen los receptores y el equipo que los manda, y

que hagan extensiva la incidencia a la red o línea de alimentación, es necesario protegerlos. Esa es la misión

de los reles de protección, de los seccionadores portafusibles y de los interruptores de seguridad. Los

incidentes más frecuentes que se pueden producir en un motor son de origen mecánico o de origen

eléctrico.

En cuanto a los de origen mecánico, el más comentes son el bloqueo prolongado que provoca el

aumento de la intensidad absorbida por el motor y, por tanto, un calentamiento peligroso de los devanados

que pueden llegar a quemarlo. Si la sobrecarga se prolonga, y además la sección de la línea es la calculada

para !a intensidad de servicio del motor, los hilos se calientan también, los aislantes se funden y existe

entonces un riesgo de incendio.

Los incidentes de origen eléctrico más corrientes suelen ser la sobretensión, la caída de tensión, el

desequilibrio de fase, la falta de fase (que provocan un aumento de la intensidad que atraviesa los

devanados y el circuito de alimentación), y los cortocircuitos cuya intensidad puede sobrepasar el poder de

corte del propio contactor. Un aparato de protección tiene como misión en esos momentos preservar la

línea y el órgano de mando (por ejemplo, el contactor) por encima de sus límites.

En el caso de los motores, debe permitirles el arranque, teniendo en cuenta que en esos momentos

el valor de la intensidad es muy superior a la normal de servicio. De igual manera, debe limitar el

funcionamiento de! motor cuando el valor de la intensidad por encima del nominal es prolongado en

tiempo.

Los fallos más habituales en las máquinas son las sobrecargas, que se manifiestan a través de un

aumento de la corriente absorbida por el motor y de ciertos efectos térmicos. El calentamiento normal de

un motor eléctrico con una temperatura ambiente de 40 °C depende del tipo de aislamiento que utilice.

Cada vez que se sobrepasa la temperatura límite de funcionamiento, los aislantes se desgastan

prematuramente, acortando su vida útil. Por ejemplo, cuando la temperatura de funcionamiento de un

motor en régimen permanente sobrepasa en 10 °C la temperatura definida por el tipo de aislamiento, la

vida útil del motor se reduce un 50%.

Conviene señalar, no obstante, que cuando se produce un calentamiento excesivo como

consecuencia de una sobrecarga, los efectos negativos no son inmediatos, siempre que ésta tenga una

duración limitada y no se repita muy a menudo. Por lo tanto, no conlleva necesariamente la parada del

motor, sin embargo, es importante recuperar rápidamente las condiciones de funcionamiento normales.

126



De todo lo expuesto se deduce que la correcta protección contra las sobrecargas resulta

imprescindible para:

Optimizar la durabilidad de los motores, impidiendo que funcionen en condiciones de

calentamiento anómalas,

Garantizar la continuidad de explotación de las máquinas o las instalaciones evitando paradas

imprevistas,

Volver a arrancar después de un disparo con la mayor rapidez y las mejores condiciones de

seguridad posibles para los equipos y las personas.

El sistema de protección contra las sobrecargas debe elegirse en función del nivel de protección

deseado:

relés térmicos de biláminas,

relés de sondas para termistancias PTC,

relés de máxima corriente,

relés electrónicos con sistemas de protección complementarios.

Esta protección también puede estar integrada en aparatos de funciones múltiples, como los

disyuntores motores o los contactores disyuntores.

127



6.9. DIFERENTES TIPOS DE PROTECCION DE RECEPTORES Y EQUIPOS.

NECESIDAD A PROTEGER TIPO DE PROTECCION A APLICAR

Protección contra pequeñas

sobrecargas pero prolongadas

- Relés térmicos

- Relés magnetotermicos

- Sondas termostáticas en los devanados del motor

Protección contra sobrecargas

importantes

- Relés magnetotermicos.

- Relés magnéticos.

Protección contra corrientes de

cortocircuito

- Fusibles.

- Guardamotores de alto poder de corte

- Seccionadores portafusibles.

- Interruptores de seguridad

Protección contra falta de una fase

- Relés térmicos diferenciales

- Relés de tensión.

- Seccionadores con dispositivo adecuado.

- Fusibles con percutor.

Protección contra máxima tensión.

Protección contra mínima tensión. - Relés de tensión.

Protección contra arranques

demasiado largos y frecuentes.

- Relés de temporización térmica.

Protección del personal contra

contactos accidentales.

- Seccionadores.

- Interruptores de seguridad.

- Utilización de bajas tensiones en los circuitos de

maniobra.

- Puestas a tierra

- Aislamiento especial.

128



6.10. APARATOS DE PROTECCION DE RECEPTORES Y EQUIPOS

A continuación se estudian los aparatos mas comúnmente en la industria equipando armarios

eléctricos para el mando de receptores eléctricos, principalmente, los motores:

TIPO DE PROTECCION NIVEL DE PROTECCION

Fusibles

(Cortacircuitos)

Protegen contra corrientes de cortocircuitos (Icc).

El valor de Icc depende del tipo de fusible elegido.

Reles térmicos Protege contra sobreintensidades aplicables a motores de c.a. y c.c.

Es el elemento de protección mas empleado después de los fusibles.

Reles magnetotermicos

Protege contra sobreintensidades

Protege contra pequeñas sobreintensidades que se mantienen en el

tiempo.

Protege de forma instantánea contra sobrecargas de cierta entidad.

Aplicable a motores de c.a. y c.c.

Reles eletromagneticos

de intensidad

Protege contra sobrecargas importantes, cuando se trata de motores

con arranques muy frecuentes en los que ls variaciones bruscas del para

de bloqueo no permite el empleo de reles térmicos clásicos.

Termistores

Protege los devanados del motor contra temperaturas elevadas.

Limita los arranques frecuentes.

Puede tirar una maniobra o impedir que esta comience, hasta que los

devanados del motor adquieran valores normales de temperatura.

Reles de máxima

intensidad

Corta la maniobra, cuando el consumo de intensidad en el circuito

receptor supera el valor de reglaje.

Aviso de consumo elevado.

Rele de minima

intensidad

Corta la maniobra, cuando el consumo de intensidad en el circuito

receptor es inferior al valor de reglaje.

Aviso de bajo consumo.

129



Rele de máxima tensión



Las tensiones elevadas modifican los valores nominales de los

receptores (intensidad, potencia, par)

Rele de minima tensión


suministro es inferior al valor de reglaje.

Las bajas tensiones también modifican los valores nominales de los

receptores (intensidad, potencia, par)

Rele térmico de tiempo

Corta o impide maniobras cuando se ha realizado un numero

determinado de arranques consecutivos y los elementos eléctricos han

alcanzado temperaturas elevadas y no han tenido tiempo de disiparlas.

No podrá reiniciarse la maniobra hasta que el rele térmico se haya

enfriado.

Seccionado-disyuntor

(Termico)

Protege el circuito contra corrientes de sobreintensidad.


Sustituye en el circuito al seccionador y rele térmico.

Disyuntor (Magnetico)

Protege el circuito contra corrientes de cortocircuito.


Sustituye en el circuito al seccionador fusible.

Disyuntor para motor

(Magnetotermico)

Aparato muy completo que reúne en uno los siguientes elementos:

Interruptor.

Rele térmico

Rele magnetico

El conjunto constituye un verdadero guardamotor en el caso de que

se aplique al arranque de motores

130



UNIDAD TRABAJO 8: LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS.

SISTEMAS DE ARRANQUE

El motor eléctrico es, sin duda, la máquina eléctrica más representativa por su enorme variedad de

formas y tamaños. Aunque en esta unidad vamos a tratarlos desde el punto de vista industrial, es obvio que

cada vez son más frecuentes en nuestras vidas, puesto que su utilización nos ha proporcionado cierto grado

de bienestar social. Los ejemplos que podríamos poner van desde el motor que utilizan los grandes,

electrodomésticos, como lavadoras, lavavajillas, frigoríficos, etc., hasta los de pequeños tamaño, como los

de vídeos, batidoras, molinillos, licuadoras, etc., que, sin embargo, tienen el mismo principio de

funcionamiento.

8.1. MÁQUINAS ELÉCTRICAS

En el año 1831, un físico inglés llamado Faraday descubrió que al hacer girar una bobina en el

interior de un campo magnético aparecía en sus bornes una tensión eléctrica o fuerza electromotriz (fem)

inducida, fenómeno que se denominaría más tarde inducción.

Las máquinas eléctricas son un conjunto de mecanismos que, basándose en las leyes de la

inducción, realizan transformaciones de tipo electromagnético. Se dividen en cuatro grandes grupos:

• Generadores. Transforman la energía mecánica que reciben por su eje en energía eléctrica

que suministran por sus bornes, generando así una tensión eléctrica. Los generadores

pertenecen al tipo de máquinas dinámicas, y más concretamente a las rotativas.

• Motores. Convierten la energía eléctrica que reciben por sus bornes en energía, mecánica

que transmiten por su eje. Realizan por tanto, la función inversa a la de los generadores.

• Onduladores y rectificadores. Los primeros convierten la corriente continua en alterna, y

los segundos, la corriente alterna en continua. Pertenecen, por lo general, al grupo de las

máquinas estáticas.

• Transformadores y convertidores. Pertenecen a un tipo diferente de máquinas, las

estáticas, es decir, carecen de elementos o partes en movimiento, por lo que mantienen la

forma de energía que se les suministra, aunque modifican las características de ésta.

131



A partir de ahora nos referiremos sólo a las rotativas, y más concretamente a los motores, que son

los únicos que tienen aplicación en nuestro módulo profesional.

8.2. CARACTERÍSTICAS DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS.

En toda máquina eléctrica hay que tener en cuenta las siguientes características:

• Tensión nominal: se denomina así a la tensión para la que ha sido construida la máquina.

• Tensión de servicio: en una línea, la tensión de servicio es la que puede existir, en

condiciones normales, en los bornes de los receptores eléctricos considerada en términos

medios, lo que significa que en un momento determinado esa tensión puede sufrir una pe-

queña alteración en cualquier sentido.

• Tensión normal de servicio: es la tensión normalizada establecida en el país de instalación.

En España se han regulado unas tensiones de servicio para máquinas eléctricas.

• Potencia nominal: recibe este nombre la potencia mecánica que puede suministrar un

motor por su eje, y generalmente es menor que la que el motor absorbe de la red.

• Velocidad nominal: es la velocidad para la cual está construida la máquina. Se mide en

revoluciones por minuto (rpm).

• Intensidad nominal: es la intensidad de corriente que absorbe la máquina cuando está

sometida a la tensión nominal y desarrolla su velocidad nominal.

• Potencia absorbida: como su propio nombre indica, es la potencia que el motor absorbe

de la red de alimentación.

• Potencia útil: es la potencia que el motor es capaz de suministrar por su eje. Teóricamente

debería coincidir con la nominal, pero en los motores ésta se ve disminuida.

132



• Potencia perdida: se la conoce por ese nombre pero, tal y como establece el principio de la

conservación de la energía, «la energía ni se crea ni se destruye, solamente se transforma»,

por tanto no es que se pierda, sino que se convierte en calor por rozamiento de rodamientos,

circuito magnético, etc.

• Par motor: podríamos definirlo como la fuerza con que el motor mueve la máquina a la que

va adosado, bien entendido que aquél proporciona un movimiento circular que dependerá del

diámetro del dispositivo acoplado a su eje.

8.3. MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO

Son los más utilizados en la industria por su sencillez, y fácil o casi nulo mantenimiento. El motor

asíncrono trifásico es una máquina eléctrica que funciona en cualquier posición, lo que le hace adaptable a

todo uso. El principio de funcionamiento se basa en los fenómenos de inducción electromagnética. Poseen

un buen par de arranque y consiguen mantener su velocidad bastante estable para diferentes regímenes de

carga. Su velocidad depende de la frecuencia que se le aplica y del número de polos que forma su

bobinado. Por lo tanto, la forma de regular la velocidad de giro consiste en alimentarlos a través de

variadores electrónicos de frecuencia o conmutadores de polos.

133



Dependiendo del tipo de rotor que utilicen, existen dos tipos fundamentales:

• Motores de rotor en cortocircuito o jaula de ardilla

• Motores de rotor bobinado.

MOTOR DE ROTOR EN CORTOCIRCUITO MOTOR DE ROTOR BOBINADO

Constitución de un motor asíncrono trifásico

de rotor en cortocircuito

134



8.3.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Todas las máquinas eléctricas están formadas por dos circuitos eléctricos y uno magnético. Uno de

estos circuitos se denomina de excitación, y cuando le atraviesa una corriente eléctrica (corriente de

excitación) genera un flujo que aplica al conjunto del circuito magnético de la máquina, formando dos polos

(N-S). Como consecuencia se crea otra corriente que se conoce como inducida. La zona destinada a la

producción del campo magnético se conoce como inductor, mientras que la destinada a generar la co-

mente inducida se denomina inducido. En algunos casos, el inductor es la parte fija o estática (estator) de la

máquina y el inducido es la móvil o rotativa (rotor), como ocurre en los generadores y motores de cc; en

otras ocasiones la parte fija es el rotor mientras la móvil es el estator, como sucede en el caso de los

generadores de ca.

Si se dispone de un imán en forma de U, de tal forma que pueda girar por su eje central mediante

una manivela. Muy próximo a los polos se sitúa un disco de material conductor (cobre o aluminio), de tal

forma que también pueda girar. Cuando sé hacer girar el imán permanente se puede observar que el disco

también gira, pero a un poco menos velocidad que el imán.

GIRO POR INDUCCIÓN

El imán, en su giro, hace que las líneas de campo magnético que atraviesan el disco sean variables,

por lo que según el principio de inducción electromagnética (ley de Faraday) en el disco se induce una

f.e.m. que, al estar en cortocircuito, hace que aparezcan unas corrientes eléctricas por el mismo. Al estar

estas corrientes eléctricas inmersas en el campo magnético del imán, se originan en el disco un par de

fuerzas que ponen el disco en movimiento, siguiendo al campo magnético.

El disco puede ser lo mismo de cobre como de alumino pero nunca puede alcanzar la misma

velocidad de giro que el imán, ya que si ocurriese esto, el movimiento relativo de ambos se anularía y el

campo magnético dejaría de ser variable, por lo que desaparecería la f.e.m. inducida y con ella el par de

fuerzas.

135



8.3.2. CAMPO GIRATORIO

Si se consigue crear un campo giratorio aprovechando las variaciones de corriente de un sistema de

corriente alterna trifásica, como el desarrollado por el imán de la experiencia anterior, se podrá hacer girar

el rotor de un motor asíncrono.

En el estator se alojan tres bobinas desfasadas entre sí 120º. Cada una de estas bobinas se conecta

a cada una de las fases de un sistema trifásico, por lo que por cada una de ellas circularán las corrientes

instantáneas i1 i2 e i3. Analizando los valores que alcanza el flujo magnético creado por cada una de estas

corrientes en cada instante del tiempo, se comprueba que se genera un campo magnético de carácter

giratorio.

ALOJAMIENTO DE BOBINAS EN EL MOTOR

Para el instante (0) la corriente de una fase es cero la segunda fase posee un valor positivo y la

tercera negativo, Io que provoca un campo magnético instantáneo del sentido marcado por la flecha de la figura (0). En el punto (1), la segunda fase es cero mientras que la fase una es positiva y creciendo de valor la tercera fase sigue siendo negativa pero decreciente en valor, en el punto 2 la tercera fase ha llegado a cero, mientras que la fase uno es positiva pero comienza a disminuir de valor la segunda fase ahora es negativas y aumentando de valor, el valor predominante de los polos ha hechos que el campo magnético haya pasado del punto (0) al (2) girando cada vez un sexto del total positiva, por lo que, tal como se puede observar, el campo magnético ha avanzado 1/6 de ciclo.

Si se sigue estudiando punto por punto, se llaga al punto (6) donde comienza de nuevo el ciclo del

campo giratorio, que en este caso avanza a la misma velocidad angular que el de la pulsación de la corriente. La velocidad del campo giratorio depende del número de polos que se consigan al realizar los devanados en el estator.

CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO

136



Si se dispone un bobinado con dos pares de polos se necesitarán dos ciclos completos para

conseguir una revolución completa del campo giratorio, por lo que la expresión general de la velocidad del

mismo podría quedar así:

n = nº de revoluciones por minuto (r.p.m.)

f = frecuencia de la red en Hz

p = nº de pares de polos

Así, por ejemplo, con un par de polos en una frecuencia de 50 Hz se consigue una velocidad del

campo giratorio de:

Para dos pares de polos se consigue la mitad de revoluciones, es decir 1500 r.p.m.

8.3.3. MOTOR ASÍNCRONO DE ROTOR EN CORTOCIRCUITO

En las ranuras dispuestas hacia el exterior del cilindro que forma el rotor, y paralelamente a su eje,

se colocan los conductores, consistentes en barras de cobre que se sueldan a dos anillos o coronas del

mismo material, creando un circuito totalmente cerrado. El conjunto así formado, tiene el aspecto de una

jaula de ardilla, de ahí el nombre de este tipo de rotor. Hoy, su forma constructiva ha cambiado y está

compuesto por un conjunto de chapas prensadas que se sitúan en un molde al que se inyecta aluminio

fundido que, al enfriar, constituye el conjunto del rotor.

Se considera el motor ideal para acuellas aplicaciones en las que la velocidad se mantiene

constante. Soporta puntas de corriente elevadas sin deteriorarse, tiene un aspecto robusto y es fácil de

reparar; en cambio, no se presta a la regulación de velocidad, si exceptuamos determinados tipos. Tiene un

par de arranque relativamente pequeño y la intensidad absorbida en la puesta en tensión es muy superior a

la intensidad nominal.

El motor asíncrono consta de dos partes:

• Estator. Es la parte fija o estática del motor. Está constituido por una carcasa en la que se fija una

corona con ranuras de chapas de acero. En el interior de las ranuras se acoplan los bobinados

formando el conjunto de devanados, que contienen tantos circuitos como fases de alimentación.

• Rotor. Es la parte móvil o giratoria del motor. Se sitúa en el interior del estator y está compuesto

por un grupo de chapas de acero apiladas formando un cilindro solidario con el eje del motor.

137



En el estator de estos motores se disponen las bobinas encargadas de producir el campo magnético

giratorio; estas se alojan en ranuras practicadas en un núcleo formado, por lo general, por paquetes de

chapa magnética. En la figura, puede verse un estator en su carcasa y fuera de la carcasa. Las seis puntas de

las bobinas se llevan a los bornes de conexión, para que puedan conectarse en estrella o en triángulo.

ESTATOR DE MOTOR ASÍNCRONO

El rotor está formado por conductores de aluminio alojados en las ranuras del núcleo y

cortocircuitados por sus extremos mediante unos anillos. A este rotor también se le da el nombre de jaula de ardilla por la semejanza a ese objeto. En motores de pequeña potencia, el rotor se construye fundiendo en un bloque integral unas varillas de aluminio junto con los anillos.

ROTOR DE JAULA CON UNA TAPA Y VENTILADOR

La velocidad del rotor nunca se puede alcanzar a la del campo giratorio, ya que de ser estas iguales

no se induciría tensión alguna en el rotor, por lo que el rotor siempre gira a una velocidad inferior a la de sincronismo (de ahí viene el nombre de asíncrono). De esta forma, se define el deslizamiento de un motor asíncrono, como la diferencia de estas velocidades expresada en tantos por ciento:

S = deslizamiento en % ns = velocidad teórica n = velocidad real Así, por ejemplo, el deslizamiento de un motor asíncrono que posea una velocidad de sincronismo

de 1500 r.p.m. y que gire a plena carga a una velocidad de 1470, tendrá un deslizamiento de:

Cuando el motor trabaja en vacío, el deslizamiento es mínimo (aproximadamente el 0,1 %). Al

arrastrar la carga nominal, el motor tiende a frenarse y el deslizamiento aumenta un poco (del orden del 4

%). Hay que pensar que el par de fuerzas que se desarroIIa en el rotor depende de la corriente que por éste

circule, y esta fuerza depende, a su vez, de la f.e.m. inducida en los conductores del mismo.

138



Por esto cuanto mayor sea el esfuerzo a realizar por el motor, el rotor tenderá a frenarse, para

conseguir una mayor f.e.m. inducida y, por tanto, una mayor corriente rotórica y, en definitiva, un mayor

par de fuerzas.

8.3.4. CONEXIÓN DE UN MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO

El devanado trifásico del estator de un motor asíncrono se puede conectar en estrella o en

triángulo, dependiendo de la tensión de la red y la que se indique en la placa de características del motor.

Todos los motores trifásicos pueden funcionar a dos tensiones diferentes. Así, por ejemplo, en un motor

que en su placa de características aparezcan las tensiones: 400/230 V, indica que se puede conectar en

estrella a la tensión mayor (400) o en triángulo la tensión menor (230).

El nuevo reglamento de baja tensión, ha subido estas tensiones a 400/230 V, así que en la

actualidad, todos los motores que ya estaban instalados lo hacen ahora a una tensión más elevada, y

seguirán así durante bastante tiempo, mientras que no se quemen seguirán trabajando. Cuando se

quemen, la solución no será rebobinarlos sino sustituirlos por motores a la nueva tensión nominal de

400/230 V.

BORNES DEL MOTOR CONEXIÓN EN TRIÁNGULO Y EN ESTRELLA

En la figura, se muestra la disposición en que se adopta para las puntas de bobinas en la caja de

bornes del motor. Cambiando las tres chapitas de puentes, el motor queda conectado en estrella (tensión

mayor), o en triángulo (tensión menor).

139



Para conseguir la conexión en estrella, se unen los finales X-Y-Z. La conexión en triángulo se realizar

con facilidad al unir los terminales (U-X), (V-Y), (W-Z). En la conexión estrella, si se prefiere conectar las tres

fases por debajo, bastará con colocar el puente en los tres bornes de arriba, ya que la nomenclatura U V W,

X Y Z, es relativa, dependiendo por donde entre la corriente. Por esta razón estas letras no parecen en el

bornero del motor.

8.3.5. FUNCIONAMIENTO EN SERVICIO DEL MOTOR DE ROTOR EN CORTOCIRCUITO

Arranque

Al conectar las bobinas del estator de un motor trifásico, permaneciendo el rotor sin movimiento,

en un principio, el campo giratorio corta los conductores del rotor induciendo en los mismos, como si fuese

un transformador, una f.e.m. elevada (de la misma frecuencia que la del estator), que a su vez, producirá

una fuerte corriente (puede llegar a ser de cientos de amperios). Estas corrientes, al interactuar con el

campo magnético, producen elevadas fuerzas mecánicas que, al actuar sobre el rotor, le proporcionan un

fuerte par de arranque.

Relación entre la intensidad de línea y el par de un motor asíncrono

Al igual que ocurre con los transformadores (el estator actúa como el primario y el rotor como el

secundario); la fuerte corriente del rotor genera, a su vez, un campo magnético que intenta modificar el

flujo común. Como éste sólo depende de la tensión aplicada al estator, aparece un incremento de corriente

en el mismo que intenta compensar la f.e.m. producida por el rotor. En el arranque se produce, por tanto,

una elevación de la corriente absorbida por el motor de la red, que, como se verá más adelante, a veces

conviene suavizar.

140



Aceleración y carga

Tan pronto empieza a circular corriente por el rotor parado, éste empieza a girar con un

movimiento acelerado y en el mismo sentido que el campo giratorio, por lo que el movimiento relativo

entre el campo y el rotor diminuye y con él, la f.e.m. Inducida y la corriente (según disminuye el

deslizamiento, la frecuencia del rotor f2 va también disminuyendo), si el motor está vacío, rápidamente se

alcanza una velocidad muy próxima a la de sincronismo. Si se aplica una carga mecánica resistente al eje

del motor, el rotor tenderá a perder velocidad hasta alcanzar un equilibrio entre el par motor creado por el

mismo y el par resistente ofrecido por la carga.

Si se aplica una carga mecánica resistente que sobrepase el par máximo que puede proporcionar el

motor, éste tiende a pararse. Esto siempre debe de evitarse, ya que al estar el rotor bloqueado, tanto las

corrientes rotóricas como las estatóricas se elevan muchísimo, pudiendo provocar la destrucción del motor

si no se le desconecta rápidamente. Se puede decir que el motor intenta desarrollar un par motriz

exactamente igual al par opuesto por el resisente de la carga.

Característica mecánica del motor asíncrono trifásico La característica del motor nos indica la relación entre el par del motor y su velocidad. El par que desarrolla un motor de inducción esta íntimamente relacionado con velocidad del rotor. Dado que su relación matemática resulta un poco complicada, por lo general, esta relación se expresa gráficamente mediante una curva característica par-velocidad. A modo de ejemplo, en la curva de la figura se ha representado la relación par (M)-velocidad (n) de un motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito. En el eje de abscisas se escriben los valores relativos del par referidos, al par nominal Mn y en el de ordenadas el de la velocidad relativa del rotor expresada en porcentaje (en realidad se expresa el deslizamiento). En esta representación gráfica se ha trazado la evolución del par motor, así como la evolución del par resistente al que se lo somete al motor. Este par resistente podría corresponder, por ejemplo al transmitido por un eje al que se le ha acoplado un montacargas.

Característica mecánica de un motor asíncrono trifásico

141



Características técnicas del motor asíncrono trifásico

Una buena parte de las características de los motores eléctricos se suele expresar en la propia placa

de características del motor, tal como tensiones, potencia, frecuencia, velocidad, nivel de protección, clase de aislamiento, factor de potencia, tipo de servicio, etc. Si querernos obtener otros datos. como el comportamiento en servicio a diferentes regímenes de carga, tendremos que recurrir a las características que se facilitan en las informaciones técnicas que proporcionan los propios fabricantes de los motores.

En la Tabla 20.1 se muestran, a modo de ejemplo, las características técnicas de una gama de

motores asíncronos trifásicos comerciales con rotor en cortocircuito de un par de polos y 50 Hz.

Características de una gama de motores asíncronos trifásicos comerciales.

La potencia que habitualmente se indica en las características técnicas es la útil, o mecánica, que el

motor puede transmitir por el eje. Para calcular la intensidad nominal habrá que tener en cuenta, entonces. el rendimiento del motor.

142



Conexión de los devanados del motor trifásico

El devanado trifásico del estator de un motor asíncrono se puede conectar en estrella o en triángulo, dependiendo la tensión de la red y la que se indique en la placa de carterísticas del motor. De esta forma tenemos que los motores trifásicos pueden funcionar a dos tensiones. Así, por ejemplo, un motor cuya placa de características registre las tensiones 400/230 V, nos indica que se puede conectar en estrella a la tensión mayor (400 V ya que en cada devanado del motor aparecerá Uf = 400/√3 = 230 V) y en triángulo a la menor (230 V). De forma que cada bobina siempre queda sometida a la tensión menor (Figura 20.19).

Conexiones de los devanados de un motor asíncrono trifásico.

En la caja de bornes de los motores aparecen los seis terminales correspondientes a los tres devanados del motor más el terminal de conexión a tierra. La disposición de los terminales siempre se hace de la misma forma, siguiendo Ias normas internacionales. Para conseguir la conexión en estrella, basta con unir con unos puentes los finales Z-X-Y. La conexión en triángulo se consigue realizar con facilidad al unir con unos puentes los terminales (U-Z), (V-X) (W-Y) (Figura 20.20).

143



8.4. MOTOR ASÍNCRONO DE ROTOR BOBINADO O DE ANILLOS ROZANTES

Este tipo de motor de inducción lleva en las ranuras del rotor unos devanados trifásicos realizados

en cobre o aluminio que se conectan en estrella por uno de sus lados. Los otros extremos que quedan

libres, uno de cada fase, están unidos a tres anillos de cobre aislados y solidarios con el rotor formando un

colector de anillos,

Figura 6.8. Motor de anillos rozantes o rotor bobinado.

Sobre los anillos van colocadas unas escobillas de grafito que van conectadas al exterior, formando

parte del dispositivo de arranque. En función del valor de las resistencias que se acoplen en el circuito

rotórico, el motor puede alcanzar un par de arranque que se eleve a 2,5 veces el par nominal, mientras que

la punta intensidad en el arranque es prácticamente igual a la de jaula de ardilla. Normalmente, el rotor, al

igual que el motor, es trifásico. El estator de estos motores es similar al de los de jaula de ardilla. El

inconveniente que presentan, si los comparamos con estos últimos, es su costo y el hecho de que necesitan

más tareas de mantenimiento, debido a que presentan mayores posibilidades de avería.

MOTOR ASÍNCRONO DE ROTOR BOBINADO

En la placa de características de estos motores aparecen tres nuevos terminales correspondientes

al bobinado del rotor, que para no confundirlos con los del estator se indican con las letras minúsculas u, v, w. El principio de funcionamiento es exactamente igual que el del rotor en cortocircuito, pero ahora es posible la regulación directa de la corriente rotórica y con ella, la propia corriente del estator.

144



Este sistema tiene la ventaja de que no es necesario disminuir la tensión en el estator para

disminuir el flujo y, con él, la corriente rotórica, que siempre trae consigo una reducción del par motor. El arranque se hace en sucesivos escalones, obteniendo un arranque con corriente suave en el estator con un buen valor de las resistencias rotóricas, con el par máximo.

El gran inconveniente que presentan estos motores frente a los de jaula de rotor en cortocircuito es

que resultan bastante más caros y necesitan de un mayor mantenimiento. En la actualidad el control

electrónico de los motores asíncronos de rotor en cortocircuito ha desplazado en casi todas las aplicaciones

al motor de rotor bobinado, quedando este último para casos especiales donde se requiera un par de

arranque muy elevado (grúas, instalaciones de media tensión, etc.).

Los motores de rotor bobinado llevan reóstato de arranque para poner todas las resistencias en

serie con el devanado del inducido. Conforme adquiere velocidad se quitan resistencias, hasta poner en

corto circuito las tres puntas de la estrella del rotor, en este momento se puede levantar las escobillas del

rotor, y evitar el desgaste por el roce, al manipular el volante que alzan las escobillas, al mismo tiempo

entran tres cuchillas que ponen en corto el bobinado en estrella del rotor.

Cuando se para el motor, se vuelven a bajar las escobillas y se coloca el reóstato de arranque en la

posición de inicio para la próxima arrancada. Si no se hace esta operación, cuando se ponga en marcha de

nuevo, el motor arranca normalmente, lo único que sucede es que consume igual que un motor de jaula de

ardilla durante el tiempo de arranque.

MOTOR ROTOR BOBINADO CON REÓSTATO ROTÓRICO

145



8.5. ARRANQUE DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS DE JAULA

Antes de elegir un motor, hay que tener en cuenta algunos datos que pueden ser muy importantes.

En primer tugar, debemos saber si el motor ha de arrancar en vacío, a media o a plena carga, además de

conocer el tiempo que dura el período de arranque.

En el proceso de puesta en marcha, el motor pasa por dos períodos bien diferenciados: el instante

en que se le hace llegar tensión a los bobinados, que podemos denominar propiamente de arranque, y el

período de aceleración, que va desde el arranque hasta que el motor alcanza la velocidad de régimen.

Cuando e! motor se conecta directamente a la red y empieza a recibir su tensión, absorbe una gran

intensidad que puede llegar a provocar una caída de tensión en la línea y con ello podrían verse afectados

el normal funcionamiento de los receptores, circunstancia que cuando se produce se aprecia en los

aparatos de alumbrado que están funcionando.

Para solucionar estos inconvenientes, los motores que sobrepasan una cierta potencia no pueden

arrancar de forma directa, sino que ha de recurrirse a sistemas en los que la relación entre la intensidad de

arranque y la intensidad nominal esté en función de dicha potencia. Como por construcción sólo los

extremos de los devanados del estator tienen conexión en la placa de bornes, la regulación de la intensidad

en el momento del arranque pasa, únicamente, por reducirla actuando sobre la tensión que llega a dicha

placa de bornes. Esta reducción de la intensidad lleva consigo una fuerte disminución del par motor.

7.6. DETERMINACIÓN DEL SISTEMA DE ARRANQUE

Cuando se conecta el motor directamente a la red, éste absorbe una intensidad muy fuerte de la

línea en el momento del arranque, lo que puede afectar no sólo a la duración de los aparatos de conexión,

sino a la línea que suministra energía eléctrica. Estas fuertes corriente sobrecargan las líneas de

distribución, por lo que pueden producir caídas de tensión y calentamiento en los conductores de tales

líneas.

Por esta razón el REBT establece normas para reducir dichas corrientes de arranque a valores que

sean aceptables. En la instrucción técnica ITC-BT-47 se establece la relación máxima entre la corriente de

arranque y la de plena carga para motores de C.A. (Tabla 20.2).

Relación máxima entre la corriente de arranque y la de plena carga en función

de la potencia nominal para motores de C.A.

146



Una forma de reducir la corriente de arranque es reducir la tensión aplicada al motor. Con ello

también se disminuye el par efectivo de arranque, ya que al disminuir la tensión, el flujo del estator

también disminuye y con él la f.e.m. inducida en el rotor y la intensidad rotórica. En conclusión, el par de

arranque disminuye con el cuadrado de la tensión.

En la Figura 20.21 se muestra el efecto que produce una reducción de la tensión aplicada al

devanado del estator en el par motor. Así, por ejemplo, cuando reducimos la tensión en un 50% (1/2), el

par se reducirá en (1/2)2 = 1/4. En el ejemplo de la Figura 20.21 cuando se reduce la ten-sión un 50% el par

de arranque pasa de ser del 200% del nominal a ser del 50%.

Relación entre el par del motor y la tensión aplicada.

Existen diferentes métodos para reducir la corriente de arranque disminuyendo la tensión:

arranque estrella-triángulo, arranque con resistencias estatóricas, arranque por autotransformador y

arrancadores estáticos.

Antes de decidir el sistema de arranque que se va a emplear en un motor, hay que tener en cuenta

una serie de consideraciones muy importantes que se exponen a continuación. Siempre que sea posible, es

preferible elegir el motor de rotor en cortocircuito en lugar del de rotor bobinado. Además, debe

seleccionarse, en primer lugar el arrancador más simple.

Debemos conocer si la instalación está preparada para soportar una punta de intensidad elevada

que permita poner en marcha un motor de rotor en cortocircuito de una manera directa; e igualmente, hay

que constatar que se pueden arrancar aquellas máquinas que deban hacerlo a plena carga. También es

imprescindible saber si la alimentación de los equipos se realiza mediante una red de baja tensión de la

Compañía de suministro, en cuyo caso habrá que atenerse a lo que establece el Reglamento Electrotécnico

de Baja Tensión sobre este particular, o si la instalación se alimenta de un centro de transformación

particular.

147



Cuando la línea es particular, también hay que tener en cuenta la punta que puede producirse en la

parte de Alta Tensión, pues podrían fundirse los fusibles que, normalmente, se suelen calibrar al doble de la

intensidad de! circuito. De igual manera, hay que saber si el arranque del motor puede producir una caída

de tensión en la línea que repercuta en otros aparatos. Naturalmente, debemos conocer si es la máquina la

que requiere un arranque más suave, en cuyo caso deberemos reducir la tensión y el par en el circuito del

estator.

Cuando la instalación no está preparada para soportar el valor de la punta de intensidad,

tendremos que decidimos por escoger un sistema de arranque capaz de reducir la tensión, la intensidad y,

consecuentemente el par motor.

La elección del motor pasa igualmente por el estudio de la máquina a la que va acoplado, para

poder determinar las condiciones que debe de cumplir durante el período de puesta en marcha.

Si una máquina arranca en vacío, necesita un par de arranque débil, aunque constante,

durante el tiempo que dura este período. A este grupo pertenecen las máquinas

herramientas tradicionales (el torno, la fresa, la limadora, etc.) de uso en talleres

mecánicos, las sierras y otras máquinas herramientas utilizadas para trabajar la madera, y

puede emplearse el sistema estrella-triangulo). Con este sistema, y sobre todo en

motores de gran potencia, hemos de procurar que el primer tiempo del arranque sea

capaz de llevar al motor hasta el 80% de su velocidad nominal, para poder efectuar el

cambio a la conexión triángulo con todo tipo de garantías, de forma que en esta conexión

pueda llegar a los valores nominales respectivos.

Cuando la máquina requiere un par de arranque mayor que el anterior, y que puede llegar

hasta el 50 por 100 del nominal, como ocurre en máquinas cuya transmisión se realiza por

medio de poleas, podemos optar por realizar el arranque mediante motor de Jaula, por

medio de resistencias estatóricas, y si la punta de corriente debe reducirse aún más,

conseguiremos e] arranque mediante transformador. Si ninguno de estos diera resultado,

recurriremos al motor de rotor bobinado, con resistencias rotóricas, que permite un

arranque más rápido y progresivo, con puntas de intensidad inferiores

Cuando las máquinas han de arrancar a plena carga, como es el caso típico de las

máquinas elevadoras, las grúas, los ascensores, los montacargas, etc., es conveniente

utilizar un motor de rotor bobinado, con resistencias rotóricas, eso si, condicionando el

número de puntos de resistencias a las características de la máquina. A la hora de elegir

una maniobra para una máquina, debemos tratar de conseguir un buen equilibrio entre el

valor del par resistente que presenta la máquina durante el período de arranque, el par

motor para vencer ese par resistente durante el mismo período y el tiempo que debe

durar este período.

148



Analizando todo esto, vemos que no se poseen informes de la mayoría de estos datos, y si existen

no podemos pretender que sean precisos, por lo que hay que concluir diciendo que no se pueden

establecer unas reglas absolutas que dictaminen que «tal máquina debe llevar tal motor y tal tipo de

arrancador». Cada caso hay que estudiarlo, y muchas veces son posibles distintas soluciones.

8.7. ARRANQUE DIRECTO

Como hemos indicado, el arranque directo es una forma de arranque en la que en un solo tiempo el

bobinado del estator recibe la tensión de la red de alimentación. El motor se pone en marcha con un fuerte

incremento de la intensidad, pero manteniendo todas sus características. Este sistema es el mejor para la

puesta en marcha de cualquier máquina de pequeña y mediana potencia, porque permite el arranque

incluso a plena carga, siempre que el valor de la intensidad esté dentro de unos límites tolerables.

El valor de la intensidad, en la puesta en marcha, es muy elevado, pues oscila entre 4 y 8 veces la

intensidad nominal. Durante el período de arranque, el par es también superior al par nominal. Cuando el

motor alcanza el 80 por 100 de su velocidad nominal, el valor de la intensidad está prácticamente

estabilizado

Si, por el contrario, fuese necesario reducir la punta de intensidad en la puesta en tensión, o el par

inicial de arranque, deberíamos recurrir a un dispositivo que permitiese alimentar a lo largo del primer

tiempo el estator del motor con tensión reducida.

8.8. ELEMENTOS DE UN ARRANCADOR DIRECTO

Según el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, todo arrancador directo debe contar, con un

equipo de fusibles de alto poder de ruptura, debidamente calibrados para la protección de la red de

alimentación; un contactor tripolar, con su correspondiente contacto de realimentación, que estará

preparado para la intensidad y el de trabajo a realizar, y un relé térmico de intensidad para garantizar la

protección contra las sobrecargas del motor por cualquier causa.

Esquema del circuito de potencia

149



8.9. EQUIPO PARA EL ARRANQUE DE UN MOTOR MONOFÁSICO

Los motores monofásicos, como ya se ha indicado, tienen su máxima aplicación en las instalaciones

de tipo doméstico, debido a los inconvenientes que presentan al ser motores de pequeña potencia.

Teniendo en cuenta los electrodomésticos de los que forma parte, no precisa de ningún equipo especial de

arranque, sino que se acopla a los dispositivos auxiliares que le hacen funcionar, y que pueden ser

termostatos, presostatos, programadores, etc. No obstante, cuando se utiliza en cualquier otro dispositivo

diferente, el motor monofásico, al ser de pequeña potencia, puede arrancarse de la misma forma que un

motor trifásico en arranque directo, es decir, puede ser controlado por un guardamotor.

Para emplear un guardamotor como elemento de mando y protección de un motor monofásico, al

estar éste alimentado a dos hilos, pero por una sola fase como conductor activo, y el neutro, hemos de

tener presente que el circuito de potencia ha de sufrir una pequeña transformación. Si queremos obtener

una protección térmica asegurada con el relé tripolar, y dado que el motor sólo se alimenta con dos hilos,

normalmente realizaremos la alimentación tal y como se representa en la figura.

Esquema de potencia para la protección de motor monofásico con relé de intensidad.

150



UNIDAD DIDACTICA 9: CONTROL DE LA INTENSIDAD

EN EL ARRANQUE DE MOTORES

Como hemos visto, el motor de inducción de jaula de ardilla tiene como gran y único inconveniente

el hecho de que absorbe una intensidad muy elevada en el momento del arranque. Existe una normativa

según la cual ese valor no puede pasar de unos límites establecidos, y para conseguir esto es necesaria una

instalación especial. En esta unidad vamos a conocer cuáles son esas instalaciones y cómo actúan para

lograr que la intensidad no sobrepase esos márgenes establecidos.

9.1. ARRANQUE EN CONEXIÓN ESTRELLA-TRIÁNGULO

Es uno de los métodos más empleado y mejor conocidos con el que se pueden arrancar motores

desde 2´2 Kw hasta 11 Kw de potencia. Este sistema pertenece a! grupo de aquéllos en los que se reduce la

tensión de alimentación al bobinado estatórico del motor, para disminuir también la intensidad en el mo-

mento del arranque. Es el procedimiento que más se utiliza en Europa.

El escalonamiento de la tensión se produce en dos tiempos y sólo puede aplicarse a motores cuya

tensión menor de funcionamiento coincida con la de la red de alimentación. Consiste en conectar el motor

primero en estrella para, una vez arrancado, conmutar a la conexión en triángulo. Para que esto se pueda

llevar a cabo, se debe utilizar un motor que esté preparado para funcionar a la tensión inferior conectado

en triángulo. Así, por ejemplo, un motor de 230/400 podrá ser arrancado en una red de 230 V.

Cuando un motor comienza a girar, lo hace arrastrando en su rotación todo el peso del hierro que

forma la parte móvil, venciendo la inercia de su peso. Cuanto mayor es el motor mayor inercia, y más largo

el tiempo necesario para que el motor alcance su velocidad de funcionamiento.

Durante el tiempo que dura esta resistencia al paso de reposo al de funcionamiento normal, el

motor consume tres veces más que en marcha normal. El objeto de los arrancadores es disminuir este

exceso de corriente Los arrancadores por sistema estrella triángulo consisten en hacer las conexiones del

motor en estrella y cuando transcurre el tiempo de arranque cambiar la conexión a triángulo. Para que esto

sea posible, se tiene que cumplir las siguientes condiciones:

Las conexiones en estrella y triángulo se realizan con tres contactores y un relé de tiempo.

Utilizando seis conductores desde el motor hasta el arrancador, los tres conductores de la parte superior

del motor se tiene que corresponder con los tres conductores de abajo, si se altera el orden el motor

quedaría en dos fases. Para motores pequeños (menos de 3 KW) el arranque se realiza directamente, la

utilización de los arrancadores sólo se aconseja a partir de los 4 CV.

151



Sólo es posible utilizar este modo de arranque en motores en los que las dos extremidades de cada

uno de los tres devanados estatóricos vuelvan a la placa de bornas. Por otra parte, el bobinado debe

realizarse de manera que el acoplamiento en triángulo corresponda con la tensión de la red: por ejemplo,

en el caso de una red trifásica de 380 V, es preciso utilizar un motor bobinado a 380 V en triángulo y 660 V

en estrella. El principio consiste en arrancar el motor acoplando los devanados en estrella a la tensión de la

red, lo que equivale a dividir la tensión nominal del motor en estrella por (en el ejemplo anterior, la

tensión de la red 380 V = 660 V / ). La punta de corriente durante el arranque se divide por 3:

Id = 1,5 a 2,6 In

Un motor de 380 V/660 V acoplado en estrella a su tensión nominal de 660 V absorbe una corriente

veces menor que si se acopla en triángulo a 380 V. Dado que el acoplamiento en estrella se realiza a 380

V, la corriente se divide nuevamente por . Por tanto, se divide por un total de 3. El par de arranque se

divide igualmente por 3, ya que es proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación:

Cd = 0,2 a 0,5 Cn

La velocidad del motor se estabiliza cuando se equilibran el par del motor y el par resistente,

normalmente entre el 75 y 85% de la velocidad nominal. En ese momento, los devanados se acoplan en

triángulo y el motor rinde según sus características naturales. Un temporizador se encarga de controlar la

transición del acoplamiento en estrella al acoplamiento en triángulo.

El cierre del contactor de triángulo se produce con un retardo de 30 a 50 milisegundos tras la

apertura del contactor de estrella, lo que evita un cortocircuito entre fases al no poder encontrarse ambos

cerrados al mismo tiempo. La corriente que recorre los devanados se interrumpe con la apertura del

contactor de estrella y se restablece con el cierre del contactor de triángulo. El paso al acoplamiento en

triángulo va acompañado de una punta de corriente transitoria, tan breve como importante, debida a la

fem del motor.

El arranque estrella-triángulo es apropiado para las máquinas cuyo par resistente es débil o que

arrancan en vacío. Dependiendo del régimen transitorio en el momento del acoplamiento en triángulo,

puede ser necesario utilizar una variante que limite los fenómenos transitorios cuando se supera cierta

potencia:

– temporización de 1 a 2 segundos al paso estrella-triángulo. Esta medida permite disminuir

la fem y, por tanto, la punta de corriente transitoria. Esta variante sólo puede utilizarse en

máquinas cuya inercia sea suficiente para evitar una deceleración excesiva durante la

temporización.

– arranque en 3 tiempos: estrella-triángulo +resistencia-triángulo. El corte se mantiene, pero

la resistencia se pone en serie aproximadamente durante tres segundos con los devanados

acoplados en triángulo. Esta medida reduce la punta de corriente transitoria.

– arranque en estrella-triángulo + resistencia-triángulo sin corte. La resistencia se pone en

serie con los devanados inmediatamente antes de la apertura del contactor de estrella.

Esta medida evita cualquier corte de corriente y, por tanto, la aparición de fenómenos

transitorios.

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El uso de estas variantes conlleva la instalación de componentes adicionales y el consiguiente

aumento del coste total. En muchos casos, el uso de un arrancador estático es una solución preferible.

153



En la figura, la bobina el contactor principal es K1, y sobre este contactor está colocado el relé de

tiempo. La bobina del arranque en estrella es K2, que es la que entra primero, pasado el tiempo (ajustable)

se desconecta el contactor K2 y de inmediato entra el contactor de marcha en triángulo con bobina K3

ESQUEMA DE MANIOBRA DEL ARRANCADOR ESTRELLA TRIÁNGULO

Cuando entra el contactor K2 se ponen en cortacircuito los bornes XYZ, luego entra el contactor K1

y el motor arranca, la tensión de la red es veces menor de la que le corresponde, luego el consumo

también es menor en la misma proporción, el motor arranca y va adquiriendo velocidad. Cuando el motor

adquiere toda su velocidad el consumo baja en ese momento es cuando se abren los puentes de la estrella

y entra en funcionamiento el contactor K3 que puentea U con X, V con Y, y W con Z. Es decir, los ha

conectado en triángulo, la conexión que corresponde a la red (la más baja del motor).

Por F2 (el térmico) no pasa toda la corriente que consume el motor solamente veces la

intensidad nominal, por lo que este térmico se tendrá que ajustar a ese consumo. El sistema de estrella

triángulo es el más popular y más empleado, el inconveniente está en la tensión del motor que no todos los

motores coinciden la tensión menor de funcionamiento con la de la red, y si no es así no se puede montar

este sistema habría que ir a un sistema más costoso y voluminoso que emplearía autotransformadores,

para hacer la misma función de comenzar con una tensión baja y escalonadamente irla subiendo hasta

llegar a la tensión de red y entonces desconectarlo.

Al elegir un relé de intensidad para la protección en un arranque en conexión estrella-triángulo, la

intensidad que debe admitir aquél se calculará tomando la que consume el motor en triángulo y se divide

por o se multiplica por 0,58. Con el resultado que obtenemos, buscaremos un relé normalizado que

dentro de su gama contenga la cantidad obtenida. La conexión estrella-triángulo es la indicada para

aquellas máquinas que puedan arrancar en vacío o tengan un par resistente pequeño.

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Un equipo de arranque en conexión estrella-triángulo está constituido por los siguientes aparatos:

• Un dispositivo de protección de la red de alimentación contra cortocircuitos, que puede

consistir en un conjunto de tres fusibles calibrados.

• Un contactor trifásico denominado de línea, que recibirá la alimentación de la red a través de

los fusibles de protección. A su salida debe acoplarse el relé de intensidad térmico, aunque las

casas comerciales suelen hacerlo también en el De triángulo. El motor se alimenta en sus

bornes marcados con U, V y W, por conductores que proceden de la salida del relé de

intensidad.

• Un contactor que se utiliza para realizar la conexión del motor en estrella. El cierre en estrella

se efectúa en sus bornes de entrada, y de sus salidas alimenta al motor en los bornes.

• Un contactor de triángulo que ha de recibir la red de alimentación en sus bornes de entrada.

• Un relé temporizado a la conexión o al trabajo, que deberá tener, al menos, un contacto

conmutable (compuesto por un contacto NA y otro NC), o bien dos contactos independientes

de las mismas características. Una vez que recibe tensión, transcurrido el tiempo de regulación

establecido en el cambio de posición de sus contactos, deberá abrir NC antes de que se cierre

NA, con un intervalo de parada entre ambos que permita la desconexión total del contactor de

estrella antes de producirse la conexión del triángulo.

Además de lo descrito en el relé, entre los contactores de estrella y triángulo debe establecerse un

enclavamiento, tanto mecánico como eléctrico, que haga imposible que pueda conectar un contactor

(triángulo) si antes no se ha desconectado el otro (estrella).

• Un relé de intensidad térmico, que deberá contar, entre su rango de graduación, con la

intensidad calculada por el procedimiento descrito anteriormente.

• El dispositivo de puesta en marcha, que normalmente suele ser una caja de pulsadores M-P.

Todos estos elementos irán provistos de los contactos auxiliares necesarios que, colocados en el

circuito de mando, permitan el funcionamiento establecido.

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9.2. ARRANQUE POR ELIMINACIÓN DE RESISTENCIAS ESTATÓRICAS

En este tipo de instalación, la alimentación a tensión reducida del motor se realiza en uno o varios

tiempos y se obtiene poniendo en serie con cada fase del estator una o más resistencias que se van

cortocircuitando según los tiempos establecidos. El valor de la intensidad que recorre la línea de

alimentación durante el período de arranque se reduce proporcionalmente a la tensión que recibe el

motor, mientras que el par se reduce en proporción al cuadrado de la tensión. El par de arranque inicial

suele ser alrededor del 75 por 100 del nominal.

La tensión que se va aplicando a los bornes del motor va incrementándose a medida que se

eliminan grupos de resistencias, con lo que la velocidad va aumentando progresivamente y sin cambios

bruscos.

A diferencia del estrella-triángulo, en el que la velocidad alcanzada al finalizar, el primer tiempo es

aproximadamente el 80 por 100 de la nominal, con un arranque mediante resistencias estatóricas el paso a

plena tensión se realiza más rápidamente, con puntas de intensidad mucho más pequeñas que en aquél.

Otra ventaja que plantea este sistema es que en ningún momento se hace necesario desconectar el motor

de la red, ya que el incremento de tensión se realiza sin interrupción, sin espacios muertos entre los

distintos tiempos, llegando (cuando se eliminan las resistencias) a conectar el motor a la tensión de la red,

desarrollando sus características nominales, sin incremento brusco de la intensidad.

El arranque por resistencia estatóricas está indicado para realizar la puesta en marcha de máquinas

cuya intensidad hay que regular durante el período de arranque, y que requieran un par resistente

creciente.

El equipo para el arranque por resistencias estatóricas está compuesto por los siguientes

elementos:

• Un contactor general, con su correspondiente relé de intensidad regulado a la nominal del

motor con arreglo a su placa de características y a la tensión de la red. Este contactor es el

encargado de conectar el circuito a la red de alimentación, y deberá contar además con la

correspondiente protección contra los cortocircuitos.

• Un número de contadores igual al de bloques de tres resistencias que se intercalen en el

circuito de alimentación al motor. La misión de estos contactores es la de ir cortocircuitando

de una forma escalonada los distintos grupos de resistencias, con lo que se produce su

desconexión y el incremento de la tensión de alimentación al motor.

• Tantos relés temporizados al trabajo como contactores utilizados para la eliminación de las

resistencias del circuito. Estos relés empezarán a trabajar junto con el contactor que antecede

al que deben conectar.

• Un elemento accionador o de puesta en servicio que puede ser una caja de pulsadores.

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Esquema de potencia de un arranque por eliminación de resistencias.

Una norma a tener en cuenta en la instalación de relés es que estarán en tensión solamente el

tiempo necesario, y una vez cumplida su misión hay que dejarlos fuera de servicio. Con esto se consigue su mayor duración.

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9.3. ARRANQUE POR AUTOTRANSPORMADOR

En este caso, la tensión reducida que alimenta el motor se consigue mediante un

autotransformador que se conecta al circuito del motor durante el periodo de arranque, y queda fuera de

servicio cuando dicho arranque termina. Este procedimiento puede considerarse como el mejor para poner

en marcha los motores de jaula de ardilla, ya que con él se favorecen las condiciones de arranque. Tiene la

particularidad de poder modificar el par de arranque inicial variando la toma del autotransformador, lo que

no puede hacerse en el arranque en estrella-triángulo, cuyo par motor es fijo.

Con respecto al arranque por eliminación de resistencias estatóricas, el autotransformador

consigue unas puntas de intensidad menores y al mismo tiempo obtiene un par mayor, además de poseer

varias tomas de tensión para poder ajustar en todo momento el valor de ésta en el momento del arranque,

en función de las necesidades de la máquina.

El arranque puede efectuarse en dos o más tiempos. En el primer tiempo un contactor cierra en

estrella el final del autotransformador; acto seguido, conecta un segundo contactor que aplica tensión a los

principios del autotransformador, arrancando el motor, como consecuencia de ambos, a tensión reducida

que recibe de los puntos medios del autotransformador.

Cuando transcurre un segundo tiempo, se desconecta el primer contactor, quedando conectada

parte del autotransformador en serie con el estator. Al conectarse e! tercer contactor, el motor está

sometido a la tensión de la red, lo que provoca la parada del segundo contactor; de ese modo nunca queda

separado de la red de alimentación. A lo largo del primer tiempo, el par se reduce proporcionalmente a!

cuadrado de la tensión, y la corriente de línea en una relación muy parecida. Esta forma de arranque se

utiliza, sobre todo, en motores de jaula de ardilla de gran potencia.

Un equipo para arranque por autotransformador consta, como mínimo, de los siguientes aparatos:

• Un autotransformador adecuado para el arranque del motor.

• Un dispositivo de protección contra cortocircuitos, que estará formado, como mínimo, por

unos fusibles calibrados en función de la intensidad del motor a plena carga.

• Tres contadores de la misma intensidad que la del motor o una inmediatamente superior.

Uno de ellos, KM 1, es el encargado de realizar el cierre en estrella en el punto final del

autotransformador. Los dos restantes se conectarán escalonadamente, sí bien el que conecta

en tercer lugar, KM3, debe llevar enclava-miento con el contactor de cierre en estrella, KM1,

de tal manera que deberá pararse el contactor KM1 antes de conectar el KM3.

• Un relé de intensidad para la protección contra las sobrecargas del motor, y en cuyo rango

debe encontrarse la intensidad de aquél.

• Un relé temporizado a la conexión, encargado de efectuar la parada del contactor KM1 y de

conectar el KM3.

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• El dispositivo de mando con arreglo a las necesidades de la instalación, y que bien puede ser

una caja de pulsadores M-P (marcha-paro).

• Puede añadirse también un relé térmico para la protección del autotransformador contra

calentamientos excesivos.

Esquema de potencia de arranque por autotransformador.

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9.4. ARRANQUE DE LOS MOTORES DE ANILLOS

El arranque de un motor de rotor bobinado se realiza acoplándole unas resistencias al bobinado

rotórico para la puesta en marcha, que se van eliminando de una manera progresiva. Si el motor de anillos

arrancara directamente, provocaría puntas de intensidad y de par que no son admisibles, por lo que es

necesario que al mismo tiempo que se alimenta el estator, se le acoplen resistencias al rotor. El valor de la

resistencia conectada en cada fase determina la relación entre el par y la velocidad obtenida.

Para un valor de par determinado, la velocidad es más baja cuanto mayor sea el valor de la

resistencia. Ésta debe estar conectada en el momento del arranque y el motor alcanzará la velocidad

nominal cuando esté eliminada. La corriente absorbida por un motor de rotor bobinado es proporcional al

par que suministra en ese instante. Por ejemplo, para un par inicial de arranque igual a 2 Cn, la punta de

comente será aproximadamente 2 In, mientras que en el caso del motor de jaula, los valores normales son

del orden de 6 In para 1,5 Cn.

En la figura, podemos observar las curvas características de los valores del par de arranque e

intensidad durante los períodos de puesta en marcha por este sistema. Este tipo de arranque permite

ajustar sus distintos parámetros mecánicos o eléctricos: par resistente, valor de la aceleración, punta

máxima de corriente, etc. Se utiliza este motor en todos los casos en que las puntas de corriente deban

reducirse y en todas las máquinas que arranquen a plena carga.

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El equipo para el arranque de un motor de rotor bobinado constará, además de las resistencias

apropiadas al motor y características de arranque deseadas, de los siguientes elementos:

• Un dispositivo de protección contra cortocircuitos, que estará compuesto, como mínimo, por

unos fusibles calibrados en función de la intensidad del motor a plena carga.

• Un contactor que denominaremos general y que es el encargado de suministrar tensión al

bobinado estatórico cuando se acciona el dispositivo que pone en marcha al circuito.

• Un número de contactores igual al número de bloques de resistencias que hay que intercalar

en el circuito del rotor. Éstos, que podemos denominar auxiliares, son los encargados de ir

eliminando de forma secuencial los distintos grupos de resistencias conectadas en el bobinado

del rotor, hasta su total desconexión, además de desconectar al que le precede en funciona-

miento.

• Un numero de relés temporizados a la conexión o trabajo igual al número de contactores

auxiliares, que serán los encargados de ir conectando, uno a uno los contactores auxiliares a

partir de la entrada en funcionamiento del contactor general.

• Un relé de intensidad térmico, que protegerá el motor contra las sobrecargas prolongadas.

• Un dispositivo de puesta en marcha, que puede encomendarse a una caja de pulsadores de

M-P.

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9.5. ARRANCADORES PROGRESIVOS

Los arrancadores progresivos son dispositivos electrónicos utilizados para el arranque de motores

eléctricos de una manera suave y continuada, sin saltos de tensión ni cambios bruscos de velocidad,

evitando que el valor de la intensidad adquiera puntas elevadas.

El equipo suministra una tensión progresiva, durante el período de arranque. Cuando se alcanza la

tensión nominal, un dispositivo conecta el motor a la línea, adquiriendo entonces sus características

nominales.

Los arrancadores progresivos son en realidad convertidores electrónicos, construidos con dos

tiristores conectados en antiparalelo (en paralelo, pero oponiéndose uno al otro) en cada una de las fases.

Los valores de las magnitudes eléctricas (tensión, intensidad), así como las mecánicas (velocidad y par), son

procesados en todo momento por un circuito encargado de controlarlos, aplicando en cada caso el valor de

la tensión necesaria para mantener el resto de magnitudes dentro de los límites adecuados.

Imagen de arrancadores progresivos

Las principales ventajas de este sistema radican en que es una instalación muy sencilla, que no

dispone de elementos en movimiento, lo que favorece la mayor duración del equipo; además, el valor de la

intensidad de comente, durante el período de arranque, no presenta puntas elevadas, permite poder

regular el tiempo de duración del período de arranque y el par de arranque puede ser modificado. Este

sistema está indicado sobre todo para motores de pequeña y mediana potencia, siendo aconsejable su

utilización en aquéllos cuya potencia es inferior a 50 CV; no obstante, hay equipos de variadores para otros

motores mayores.

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Estos arrancadores consiguen limitar la intensidad de corriente y hacer que el motor desarrolle el par motor adecuado a la carga mecánica a cualquier velocidad gracias a un convertidor de frecuencia que aplica al motor una tensión y frecuencia variables. De tal forma que, si lo que se desea es mantener el par constante, se le aplica al motor una relación constante de tensión/frecuencia. El arranque se realiza aplicando una tensión y frecuencia que aumenta progresivamente desde cero hasta sus valores nominales.

A este tipo de dispositivos se lo conoce por el nombre de arrancadores suaves. Con ellos es posible programar diferentes curvas de arranque y así poder atender a cargas de tipo variable. Además se añade la posibilidad de frenar el motor de forma programada y una suave desacelaración.

Para conseguirlo, el variador de frecuencia reduce progresivamente la frecuencia aplicada al motor, de tal forma que ésta se encuentre siempre por debajo de la que le corresponde al giro del motor. Al girar el rotor por encima de la velocidad de sincronismo aplicada al estator, el motor se convierte en generador asíncrono, genera un par resistente que devuelve la energía hacia la red que hace que el motor se frene.

Arrancador estático. a) Arrancador b) Esquema de fuerza.

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Comparativa de las curvas de corriente para diferentes sistemas de arranque.

Por último, hay que indicar que los arrancadores suaves incorporan múltiples protecciones en el mismo equipo, como, por ejemplo, protección contra sobrecargas de corrientes, sobretensiones y bajas tensiones, detección de pérdida de fase y detección de fuga de corriente a tierra.

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Apuntes electricidad