TECNOLOGÍA ELÉCTRICA TEMA 2 APARAMENTA ELÉCTRICA DE BAJA TENSIÓN

TECNOLOGÍA ELÉCTRICA TEMA 2 APARAMENTA ELÉCTRICA DE BAJA TENSIÓN APARAMENTA ELÉCTRICA DE BAJA TENSIÓN CONCEPTOS GENERALES. - Condiciones de funcionamiento de los circuitos eléctricos Línea L VACIO I = 0 FUNCIONAMIENTO NORMAL I? I n FUNCIONAMIENTO ANORMAL I > I n SOBRECARGAS CORTOCIRCUITOS I? 2-3 I n I >> I n L I 1

INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA APARAMENTA - CONCEPTO DE APARAMENTA Dispositivos que permiten la conexión y desconexión de partes de una instalación - APERTURA DE UN CIRCUITO INDUCTIVO Al ionizarse el medio -Aparece el arco - Sube la Tª El dispositivo de corte Debe producir la rápida extinción APERTURA DE UN CIRCUITO INDUCTIVO - Acumulación de cargas en los contactos. - Aparición de un campo eléctrico intenso entre los contactos ( E??? Ua?? ). - Aparición de iones en el medio que separa los contactos (Ruptura dieléctrica). - Colisión de iones? con contacto negativo (cátodo)? Tcátodo?? (? 80000C). - Emisión termoiónica masiva; emisión de vapores metálicos; ionización total del medio.? MEDIO TOTALMENTE CONDUCTOR? ARCO ELÉCTRICO. El dispositivo de corte debe limitar la duración del arco (ms). - Extinguiéndolo (c.c.) - Evitando el reencido (c.a.) CONSECUENCIAS DE LA APERTURA - Calentamiento de los contactos. - Ionización del medio. - Erosión de los contactos. 2

MAGNITUDES DE DEFINICIÓN DE LA APARAMENTA Valor nominal Valor de una magnitud que aplicada permanentemente al aparato no provoca problemas de funcionamiento ni averías en el aparato. Valor asignado Valor de una magnitud fijado para un funcionamiento especificado del aparato. Intensidad prevista Es el valor de la corriente que circularía en el circuito si cada polo del aparato fuera sustituido por un conductor de impedancia despreciable. MAGNITUDES DE DEFINICIÓN DE LA APARAMENTA Poder de corte Máximo valor de la corriente que un dispositivo es capaz de interrumpir en unas condiciones determinadas. Condiciones - Tensión Ue ( Ue?, Ic? ) -? = L/R, cos? (cos??, Ic? )??, Ic? - Estado del dispositivo tras el corte - En servicio ( vida??, Ic?? ) - Servicio limitado - Fuera de servicio ( Ic?? ) - Ciclo de maniobras (Nº consecutivo aperturas?, Ic? ) - Corte en c.c.? Apagar el arco - Corte en c.a.? Evitar reencendidos Poder de cierre Igual al poder de corte, pero referida a la I a establecer. 3

CARACTERÍSTICAS DE APARAMENTA ELÉCTRICA NORMA UNE EN 60947 INTERRUPTOR AUTOMÁTICO INTRODUCCIÓN Normativa: UNE EN 60947-2 Concepto Aparato mecánico de conexión. Capaz de corriente en Funciones MANDO: Conectar y desconectar partes de la instalación. PROTECCIÓN: Desconectar automáticamente en caso de sobrecorriente (SOBRECARGA O CORTOCIRCUITO) antes de que la instalación sufra daños. Características Elevado poder de corte ( 3 ~ 100 KA). Apertura automática, sin aporte externo de energía. Nº de maniobras, Frecuencia de maniobras, bajos. CONSTITUCIÓN DEL I.A. CONTACTOS: CÁMARA DE EXTINCIÓN MECANISMO (Principales y de arco) (fijos -móviles) DISPARADORES MEDIO DE CORTE: SF6, VACIO 4

INTERRUPTOR AUTOMÁTICO INTERRUPTOR AUTOMÁTICO 5

INTERRUPTOR AUTOMÁTICO INTERRUPTOR AUTOMÁTICO CONTACTOS PRINCIPALES Y CONTACTOS DE ARCO FUNCIONES DEL MECANISMO Efectuar el cierre independiente. Acumulación de energía (para apertura automática). Mantener contactos a presión adecuada. Realizar el movimiento de apertura (cont. de arco y cont. principales. DISPARADORES DIRECTOS (PRIMARIOS): Recorridos por la I del circuito principal. Forman parte del interruptor. INDIRECTOS (SECUNDARIOS): Accionados por una señal eléctrica independiente del circuito principal. Pueden añadirse al I.A. 6

DISPARADORES DIRECTOS O PRIMARIOS Recorridos por la I del circuito principal Forman parte del interruptor DE SOBREINTENSIDAD Y TIEMPO INVERSO DISPARADOR TÉRMICO PARA SOBRECARGAS DE SOBREINTENSIDAD CON RETARDO INDEPENDIENTE DISPARADOR ELECTROMAGNÉTICO PARA CORTOCIRCUITOS DISPARADORES INDIRECTOS O SECUNDARIOS DE EMISIÓN DE CORRIENTE DE MÍNIMA TENSIÓN bobina del disparador bobina del disparador b 0 : contacto abierto de un relé b 0 : contacto cerrado de un relé Accionados por una señal eléctrica independiente del circuito principal Pueden añadirse al I.A. 7

INTERRUPTOR AUTOMÁTICO CON DISPARADORES 1º Y 2º CARACTERÍSTICAS DE LOS I.A. Nº de polos: unipolar, bipolar, tripolar, tetrapolar. Tipo de corriente: continua o alterna? f Tensión asignada Un.-Tensión de empleo asignada, es a la que se refieren los poderes de corte y de cierre, y las categorías de comportamiento en cortocircuito..- Tensión de aislamiento asignada, es el valor que lo define y al que se refieren los ensayos dieléctricos, las distancias de aislamiento y las líneas de fugas. Corriente asignada, In (16-4000 A). Corriente térmica asignada, es la que puede soportar el interruptor en servicio indefinido. Poder de corte asignado en cortocircuito (1.5-100 KA) 8

Categorías de comportamiento en cortocircuito Categoría de comportamiento en cortocircuito Secuencia asignada de maniobras para los ensayos del poder de cierre y de corte en cortocircuito P-1 O t - CO P-2 O t CO t - CO Estado después de los ensayos en cortocircuito Debe ser capaz de asegurar un servicio reducido Debe ser capaz de asegurar un servicio normal Nº de disparadores y tipo: Disparador primario de tiempo inverso (térmico) (intensidad de disparo ajustable, retardo ajustable). Disparador primario de retardo independiente (magnético), (int. disp. ajustable, retardo ajustable). Disparadores secundarios (disp. remoto, por relés) EVOLUCIÓN DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO C.C. TRIPOLARES ALIMENTADOS DESDE LA RED Ik: CORRIENTE PERMANENTEDE CORTOCIRCUITO Valor eficaz de la componente alterna de la corriente de c.c. prevista. i cc Característica de I 2 t i cc Comp. unidir. 2 I k t 2? i dt? 0 f ( I k ) I 2 t? Energía que deja pasar el I.A. durante un c.c., que se disipa en el elemento protegido. t t 2 2 2 Wdisipada cable? Rc i dt? Rc i dt Rc I 0 0???? t? 9

Curvas características It Curva I 2 t Curvas características de limitación de corriente 10

EJ: I.A. con 3 disparadores primarios Sobreintensidad: - tiempo inverso ajustable (a) Sobreintensidad: -Retardo independiente ajustable (zt) -Intensidad de reacción ajustable (zi) Sobreintensidad: - Retardo independiente no ajustable - Intensidad de reacción ajustable (n) Ejemplos de curvas de disparo 11

Ejemplo de curva real de disparo de un catálogo Ejemplo de curva real de disparo de un catálogo 12

Ejemplo de curva real de disparo de un catálogo INTERRUPTOR MAGNETOTÉRMICO Normativa: UNE EN 60898 Concepto Pequeño Interruptor Automático (P.I.A.) para usos domésticos y análogos (sector terciario). Características 1 Disparador térmico + 1 Disparador Electromagnético directo o primario, ambos sin posibilidad de regulación. No admiten disparadores secundarios. Características de disparo I/t normalizadas. Nº de polos: unipolares, bipolares, tripolares, tetrapolares. Un [230-400 V] In[6-125 A] Icn[1,5-25 KA] Frecuencia asignada [50-60 Hz] Curvas características de disparo I/t. Disparador térmico a) Intensidad convencional de no disparo Int = 1,13 In : Máxima corriente que NO provoca el disparo antes de un tc. b) Intensidad convencional de disparo: It = 1,45 In: Mínima corriente que provoca el disparo antes de un tc. I < Int? No dispara I > It? Sí dispara T c = 1 h (I N? 63 A) Tc = 1 h (I N? 63 A) 13

Disparador electromagnético Márgenes de disparo instantáneo Tipo Margen inferior Margen superior B 3 In 5 In C 5 In 10 In D 10 In 20 In Tiempo límite t? 0,1 s t? 0,1 s Curva B: protección de líneas de gran longitud Curva C: protección de líneas con consumos de iluminación. Curva D: protección de equipos con intensidades de arranque altas Características de conexión UNE EN 60898 (1) Valor constante de la corriente de no desconexión Int = 1,13 In : t > 1 h (2) Valor constante de la corriente de desconexión It = 1,45 In? t < 1h (3) 2,55 In:t < 1 m (In? 32 A) t < 2 m (In > 32 A) (4) 2,55 In t > 1 s (5) Tipo B: 3 In : t? 0,1 s (6) 5 In : t < 0,1 s 7. Tipo C: 5 In : t? 0,1 s 8. 10 In : t < 0,1 s 9. Tipo D: 10 In : t? 0,1 s 10. 20 In : t < 0,1 s Curva I/t del ICP Curva I/t de Guardamotores Características de conexión UNE 20.317.88 del ICP 1. Valor constante de la I de no desconexión Int = 1,1 In : t > 1 h 2. Valor constante de la I de desconexión It = 1,55 In : t < 15 m (In 1,5A + 10A) 1,5 In : t < 15 m (In 15A + 45A) (3) 2,25 Int = 2,48 In: t < 1 m (In 1,5A + 30A) t < 2 m (In 35A + 45A) (4) 2,25 Int = 2,48 In: t > 1 s (5) 5 In : t > 0,1 s (6). 8 In : t < 0,1 s 14

Curvas de disparo de catálogo de Interruptores Magnetotérmicos Curvas de disparo de catálogo de Interruptores Magnetotérmicos 15

FUSIBLES Normativa: UNE EN 269-1 Concepto: Dispositivo que abre el circuito en el que está instalado, cuando la corriente que circula por él provoca, por calentamiento, la fusión de uno o varios de sus elementos previstos para este fin. Constitución Conjunto portador Base Portafusible Contactos Cartucho fusible Contactos Envolvente aislante Elemento fusible Material extintor Percutor Indicador de fusión Elementos de un fusible Fusible cilíndrico 16

Fusible tipo petaca Fusible cilíndrico de alto poder de ruptura PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Q generado = R f I 2 Q evacuado = K ( T fus T amb. ) EQUILIBRIO? Q generado = Q evacuado? T fus = T eq Si I?? Q gen.?? T equ.? Si I < In? T equ. < T fusión? NO FUNDE Si I > In? T equ. > T fusión? FUNDE para I dada (I > In): - t F : tiempo de FUNCIONAMIENTO t F = t f + t a - t f : tiempo de PREARCO - t a : tiempo de ARCO Para t > 0,1 s? t F? t f 17

Características Utilización de fusibles en combinación Base y conjunto portador Un [ 120-690 V ca ] [ 110-750 V cc ] Corriente asignada In Clase de corriente [ cc; ca, f ] Nº de fases Desconectadores fusibles Interruptores fusibles Seccionadores fusibles Cartucho fusible Tensión asignada Un Intensidad asignada In [ 2-1250 A ] Clase de corriente [ cc; ca, f ] Potencia asignada disipada Poder de corte > 100 KA Tensión de restablecimiento Características I/t ( de funcionamiento, de arco) 18

Características I/t Condiciones: T amb. = T fus inicial = 20 º Tolerancias: Para t dado error de I <± 10 % Parámetros curvas I/t Selectividad entre fusibles I nf : Intensidad convencional de no fusión. I f : Intensidad convencional de fusión. tc: tiempo convencional Corriente asignada In para gg Tiempo Corriente convencional Intensidad característica I ch convencional para gm (A) (h) I nf I f I n < 16 1 16? I n? 63 1 63 < I n? 160 2 1,25 I n 1,6 I n 160 < I n? 400 3 400 < I n? 4 La selectividad para tiempos inferiores a 0.1 segundos depende de las curvas I 2 t 19

Hoja de catálogo de curvas de fusibles DENOMINACIÓN DE LOS FUSIBLES: 2 LETRAS Denominaciones usuales: gg? cables gm, am? motores gb? minería gr, ar semiconductores 1ª Letra: Zona de corte; Rango de I en el que fusible corta y proporciona protección adecuada. 2ª Letra: Categoría de empleo Tipo de elemento a proteger: - cable (G), motor (M) - semiconductor (R) - minería (B) Protección efectiva:? característica I/t fusible por debajo de característica I adm /t del elemento 20

FUSIBLES LIMITADORES APLICACIONES DE LOS FUSIBLES Protección contra cortocircuitos VENTAJAS DE LOS FUSIBLES economía del aparato en relación con el servicio que presta, reducido volumen INCONVENIENTES DE LOS FUSIBLES Dificultad de protección contra sobrecargas En labores de mantenimiento se puede reemplazar un fusible por otro de calibre superior obteniéndose una falsa protección. En sistema trifásico, si se funde una sola fase pueden seguir funcionando las máquinas sobrecargando las otras dos fases. CONTACTOR Normativa: UNE 20-109; EN 60947-2 Concepto Aparato mecánico de conexión con una sola posición de reposo. Accionado de cualquier forma menos MANUAL.? ESTABLECER? Capaz de? SOPORTAR?? INTERRUMPI R? Funciones? la corriente en el circuito donde está instalado en condiciones normales de utilización, incluso con sobrecargas, NO EN C.C. MANDO: Conectar y desconectar partes de la instalación. Características Elevada frecuencia de maniobra [ 10? 103 M/h ].Vida [ 105? 107 Man] Mando eléctrico a distancia. Fácil integración en sistemas de automatización, puede se mandado por otros dispositivos, puede accionar otros dispositivos. CONSTITUCIÓN DEL CONTACTOR SISTEMA DE ACCIONAMIENTO CONTACTOS PRINCIPALES CONTACTOS AUXILIARES 21

CONSTITUCIÓN DEL CONTACTOR Sistema de accionamiento? Electroimán Contactos principales Contactos auxiliares ( ctos auxiliares, de maniobra o señalización). Electroimán alimentado con c.c. SISTEMA DE ACCIONAMIENTO Electroimán alimentado con c.a. 22

CONTACTOS PRINCIPALES Propiedades? conductividad eléctrica y térmica.? resistencia de contacto.? tendencia a pegar o soldar.? resistencia a la corrosión producida por el arco.? resistencia mecánica. Formas de los contactos Materiales Plata-Cadmio. Plata-Paladio. Plata-Níquel. CONTACTORES CARACTERÍSTICAS GENERALES Nº de polos de los contactos principales [bi, tri tetrapolar] Tipo de corriente del cto principal [cc; ca, f] Medio de corte [aire, vacío y SF6] Circuito de mando Tipo de corriente, frec. Tensión de mando Circuitos auxiliares Nº de contactos [ 2 NA + 1 NC] Tipo de tensión, frecuencia Tensión CLASIFICACIÓN DE LOS CONTACTORES SEGÚN: - Tipo de corriente (cto principal) - Medio de corte - Tensión del circuito principal - Tensión de mando - Capacidad de ruptura de corriente 23

VALORES ASIGNADOS Tensión asignada: - de aislamiento - de empleo Intensidad térmica asignada (serv. 8 h) Intensidad de empleo (relativa a una clase de servicio) Servicios asignados: - servicio de 8 h - servicio temporal - servicio intermitente - Clase, NºMan/h, Factor de Marcha - servicio ininterrumpido Poder de corte asignado: Valor de la intensidad, que puede cortar, sin desgaste apreciable en las condiciones de corte especificadas en una CATEGORÍA DE EMPLEO. CATEGORÍA DE EMPLEO: Conjunto de condiciones de utilización normalizadas, que corresponden a una aplicación real, que determinan las condiciones en las que se efectúa el corte y que sirven para facilitar al usuario la selección de los contactores. SERVICIO INTERMITENTE Clase Nº de maniobras por hora 1? 1 3? 3 12? 12 30? 30 120? 120 300? 300 1.200? 1.200 24

CATEGORÍA DE EMPLEO Algunas categorías de empleo. Categorías de empleo AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 Aplicaciones Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia. Motores de anillos rozantes: Arranque y desconexión. Motores de jaula de ardilla: Arranque, desconexión a motor lanzado. Motores de jaula de ardilla: Arranque, inversión de marcha, marcha a impulsos. AC-5a AC-5b AC-6a AC-6b DC-1 DC-3 DC-5 DC-6 Mando de lámparas de descarga. Mando de lámparas de incandescencia. Mando de transformadores. Mando de baterías de condensadores. Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia. Motores derivación. Motores serie. Mando de lámparas de incandescencia. APLICACIÓN DEL CONTACTOR Ejemplo: Arrancador estrella- triángulo Circuito de potencia Esquema unifilar 25

APLICACIÓN DEL CONTACTOR Ejemplo: Arrancador estrella- triángulo Circuito de maniobra INTERRUPTORES Y RELÉS DIFERENCIALES INTRODUCCIÓN: Son dispositivos que detectan las corrientes de fugas, o corriente diferencial, desde conductores activos de la instalación (fases y neutro). FUNDAMENTOS DE LA PROTECCIÓN DIFERENCIAL SISTEMA DE DETECCIÓN Instalación sana I 1 + I 2 + I 3 + I N = 0? t (U = 0) Instalación con defecto I 1 + I 2 + I 3 + I N = 0? t (U? 0)? I i = 0?? R = 0? I i? 0?? R? 0? e R =0? H? dl?? I?? B? S?? H S 26

INTERRUPTORES DIFERENCIALES (1) Transformador de intensidad diferencial (2) Disparador (3) Mecanismo de retención de contactos móviles (4) Juego de contactos móviles (5) Circuito de prueba RELÉS DIFERENCIALES 27

INTERRUPTOR DIFERENCIAL Normativa: UNE 20-383-75 Poder de corte? 1.5-5 KA? Características I? n: Corriente diferencial nominal (sensibilidad).- Alta sensibilidad? 10, 30 ma?.- Baja sensibilidad? 300, 500 ma? I? n,nf: Corriente de no funcionamiento In: Intensidad nominal? 16-250 A? Un: Tensión nominal Nº de polos? bipolares, tripolares, tetrapolares? Característica I/t? I??n, nf 1? I?n 2?? PROTECCIÓN CON INTERRUPTORES DIFERENCIALES PROTECCIÓN SELECTIVA TRANSFORMADOR Y RELÉ DIFERENCIAL (1) Transformador diferencial. (2) Relé diferencial. (3) Disparador indirecto del interruptor automático, de emisión de corriente o de mínima tensión. (4) Interruptor automático magnetotérmico. 28