T.P Elementos de Maniobra y Protección

Grafique un despiece y el circuito eléctrico. Explique el principio de funcionamiento de cada uno de los siguientes elementos.

1- Interruptor automático con apertura por sobre carga y corto circuito. (termomagnético)2- Interruptor por apertura de corriente diferencial de fuga (diferencial o disyuntor)3- Contactor4- Guardamotor

Interruptor termomagnético:

Principio de Funcionamiento

El funcionamiento de un interruptor termomagnético se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente hacia la carga.

Magnético

Al circular la corriente el electroimán crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico adecuado, tiende a abrir un contacto, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado. Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor termomagnético) y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción. Esta es la parte destinada a la protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente.

Térmico

La otra parte está constituida por una lámina bimetálica que, al calentarse por encima de un determinado límite por efecto de la corriente que circula por ella, sufre una deformación y pasa a una posición que activa el correspondiente dispositivo mecánico, provoca la apertura del contacto. Esta parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son superiores a las permitidas por la instalación, no llegan al nivel de intervención del dispositivo magnético. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se eleva la corriente por conexión de aparatos o mal funcionamiento de los mismos.

Ambos dispositivos se complementan en su acción de protección, el magnético para los cortocircuitos y el térmico para las sobrecargas.

Además de esta desconexión automática, el aparato está provisto de una palanca que permite la desconexión manual de la corriente y el rearme del dispositivo automático cuando se ha producido una desconexión. No obstante, este rearme no es posible si persisten las condiciones de sobrecarga o cortocircuito. Incluso volvería a saltar, aunque la palanca estuviese sujeta con el dedo, ya que utiliza un mecanismo independiente para desconectar la corriente y bajar la palanca

Los contactos disponen de una cámara apaga-chispas, que extingue arcos eléctricos durante el momento de apertura de estos por lo que reducen su deterioro.

Como resultado del desmantelamiento total del interruptor, obtuvimos las siguientes piezas:

-Lámina bimetálica

-Contacto móvil

-Contacto fijo

-Bobina del solenoide

-Embolo del solenoide

-Remaches

-Tapas

-Resortes

-Pernos

-Bornes

-Dispositivo de corte

-Palanca

-Cámara apaga chispas

-Traba para riel DIN

Interruptor Diferencial o Disyuntor

Un interruptor diferencial, también llamado disyuntor por corriente diferencial o residual, es un dispositivo electromecánico que tiene la función de proteger a las personas de las derivaciones causadas por fallas de aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los artefactos e instalaciones eléctricas. Básicamente se trata de un dispositivo amperométrico de protección que se desconecta cuando el sistema filtra una corriente significativa a la tierra.

Principio de funcionamiento

Su funcionamiento se basa en calcular continuamente la suma de vectores de las líneas de corriente monofásicas o trifásicas y, mientras la suma sea igual a cero, permiten que se suministre electricidad; pero el suministro se interrumpe rápidamente cuando la suma excede un valor predeterminado según la sensibilidad del dispositivo.

El disyuntor bipolar incorpora en su interior un transformador toroidal, en él se conectan arrollamientos o bobinas de fase y neutro y un hilo de mando que incorpora en sus extremos un solenoide. Cuando la intensidad de entrada y la de salida (o de fase y neutro) no son iguales, los flujos de corriente que se forman en el toroide también dejan de serlo y se crea por tanto una diferencia de flujos que induce a su vez una intensidad que circula por el hilo de mando y estimula el solenoide. Esto provoca el desplazamiento de los contactos del interruptor diferencial y la apertura del circuito.

Despiece:

 

Una vez extraída la tapa observamos los siguientes elementos que analizaremos en detalle: solenoide de disparo,

borneras de conexión, palanca de accionamiento manual y mecanismo de disparo. 

El solenoide es el encargado de accionar el gatillo del mecanismo de disparo que produce la desconexión del circuito

cuando el disyuntor detecta diferencias entre las corrientes de fase y neutro. Está ubicado a la izquierda de la

palanca de accionamiento manual y alojado en un compartimiento metálico que le proporciona sustento mecánico y

blindaje electromagnético. 

 

Una vez retirada la tapa metálica de este compartimiento, se observan las dos conexiones de la bobina del

solenoide y su sistema de sujeción compuesto por un tornillo y un resorte. 

 

Retirando este tornillo se desmonta el solenoide y se verifica que sus cables se encuentran conectados al

transformador toroidal. 

 

En la cara inferior del solenoide observamos su parte móvil. Se trata de un pequeño buje plástico que se desplaza y

acciona el mecanismo de disparo del disyuntor al recibir su bobina energía eléctrica del transformador toroidal. 

 

La palanca de accionamiento manual cierra los contactos del equipo a la vez que comprime un resorte que queda

bloqueado para que su energía sea utilizada por el sistema de disparo en la desconexión automática. La

desconexión o apertura de los contactos se produce cuando el gatillo actúa sobre el dispositivo y este libera al

mecanismo de la palanca. 

 

El siguiente paso es la remoción de las borneras de entrada y los contactos principales del disyuntor. Estos se

encuentran encastrados a presión en la base de la carcasa del equipo. 

 

Aquí observamos un detalle del conjunto bornera – contacto: 

 

Para la extracción del mecanismo de disparo se debe retirar el tornillo ubicado en la parte posterior de la carcasa y

oculto tras un tapón plástico blanco. 

 

Al retirar el mecanismo de disparo quedan expuestos la cámara apagachispas, el transformador toroidal y los

contactos móviles con el resorte que los acciona: 

 

La cámara apagachispas cumple la función de extinción del arco eléctrico que se produce en los contactos durante

la apertura del circuito. 

 

Aquí se observa el detalle de uno de los módulos apagachispas una vez retirado del interruptor: 

 

Lo último que se extrae del aparato es el conjunto “electromagnético” que esta compuesto por el transformador

toroidal y el circuito de prueba. 

 

El transformador toroidal es el corazón del interruptor diferencial ya que su misión es detectar la diferencia entre la

corriente de entrada y salida en el circuito. Sobre el toroide hay arrolladas dos bobinas, colocadas en serie con los

conductores de alimentación, que producirán campos magnéticos opuestos e iguales mientras las corrientes de de

ambos conductores sean de la misma magnitud. Al producirse una fuga o contacto accidental a tierra se producirá

un desequilibrio entre las corrientes de fase y neutro y este generará un campo magnético diferencial que inducirá

una corriente en la bobina de corriente residual y esta activará el mecanismo de disparo mediante el solenoide. 

 

En la siguiente imagen se observa un detalle del núcleo toroidal con las bobinas de corriente de fase y neutro

(amarillo y celeste) y la de corriente diferencial o residual (alambre de cobre esmaltado). 

 

El circuito de prueba o test produce la simulación de falla mediante la derivación de una corriente de fuga entre

entrada y salida del dispositivo sin ser censada por el toroide. Esta conexión se realiza cuando al pulsar el botón

identificado con la letra “T” del frente del disyuntor este cierra un contacto que conecta una resistencia entre la fase

de entrada y el neutro de salida. 

 

En este caso encontramos una resistencia de 3200 Ohm (naranja, rojo, rojo) por la que circulará una corriente de 68

mA (0,068 A) al ser conectada a una tensión de 220V. 

 

En la imagen siguiente observamos todas las piezas que componen el interruptor diferencial estudiado. 

 

Contactor:

El contactor conecta y desconecta la carga a la que se conecta y lo hace de forma electromagnética. Se conforma por unos contactos principales (1-2, 3-4 y 5-6) abiertos todos ellos cuando está en reposo y unos contactos auxiliares, que pueden ser normalmente abiertos 13-14 o normalmente cerrados 11-12. Para su accionamiento necesitamos aplicar tensión sobre una de las bornas de la bobina del mismo, habitualmente A1, de esta forma excitaremos la bobina provocando la atracción de la armadura móvil, llamada martillo, hacia la armadura fija llamada culata. En dicho movimiento el martillo arrastra también los contactos principales y los contactos auxiliares que tenga.

Principalmente consta de 10 bornas de conexión (esto variará según modelo y marca):

- 2 para la alimentación de la bobina.

- 2 para un contacto abierto o cerrado usado en el circuito de control (contacto auxiliar). Este contacto se puede suplementar

con bloques específicos de contactos que se asocian físicamente al contactor; pueden ser NC-NC; NC-NO-NO-NC; NO-NO,

etc.

- 6 para la conmutación de las líneas de potencia (Contactos principales).

Funcionamiento:

Caso 1. Bobina del contactor sin excitar. Al no existir corriente, no hay campo magnético capaz de desplazar el martillo hacia la culata. El martillo está unido físicamente al grupo de contactos del contactor.

Caso 2. Bobina del contactor excitada. El campo magnético creado por la bobina del contactor al ser alimentado con corriente eléctrica, conseguirá desplazar el conjunto formado por el martillo y el conjunto de contactos eléctricos asociados, realizado la conexión ( o desconexión) de los mismos.

Cuando la bobina del contactor es excitada, y el martillo (armadura móvil), se desplaza a causa del campo magnético hacia abajo, además de conmutar los contactos propios del contactor, desplaza también la parte superior del contactor -normalmente de material plástico- en la cual van adosados los bloques de contactos auxiliares, haciendo que éstos, o bien conmuten sus contactos, o exciten un mecanismo para la conexión-desconexión retardada como es el caso de los bloques temporizadores neumáticos.

Guardamotor

stos equipos utilizan el mismo principio que los interruptores termomagnéticos, y están diseñados para ejercer hasta cuatro funciones: protección de sobrecargas, protección cortocircuitos, maniobras de cierre y apertura, y señalización. Además, en combinación con un contactor, constituye una excelente solución para maniobra de motores sin necesidad de fusibles.

Los guardamotores poseen protección térmica consistente en un disparador térmico bimetálico de sobrecarga por fase, por el cual circula la corriente del motor,

produciéndose el disparo en un tiempo definido por la curva característica. Normalmente, la intensidad de disparo térmico es regulable dentro de ciertos límites.

El caso de la protección magnética de cortocircuito consiste en un electroimán por cuyo enrollado circula la corriente del motor, haciendo que para un valor predeterminado se accione un percutor que dispara el equipo (normalmente en tiempos inferiores a 1 ms). Normalmente se diseñan con poderes de corte que pueden llegar a 100 kA.

Además, existen ciertas variaciones de estos equipos con curva de disparo sólo magnética, para protección contra cortocircuitos. Así, este tipo de guardamotor reemplaza los fusibles o interruptores sólo magnéticos, que normalmente se ocupan con este fin.