TECNOLOGÍA ELÉCTRICA TEMA 2 APARAMENTA ELÉCTRICA

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 ? In
L
I
• FUNCIONAMIENTO ANORMAL
I > In
• SOBRECARGAS
• CORTOCIRCUITOS
I ? 2-3 In
I >> In
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.
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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 ? )
- Estado del dispositivo tras el corte
- ? = L/R, cos? (cos? ? , Ic ? ) ? ? , Ic ?
- En servicio ( vida ? ? , Ic ? ? )
- Fuera de servicio ( Ic ? ? )
- Servicio limitado
- 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.
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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
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INTERRUPTOR AUTOMÁTICO
INTERRUPTOR AUTOMÁTICO
5
INTERRUPTOR AUTOMÁTICO
INTERRUPTOR AUTOMÁTICO
CONTACTOS PRINCIPALES Y CONTACTOS DE ARCO
DISPARADORES
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.
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.
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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
bobina del
disparador
b0 : contacto abierto de
un relé
DE MÍNIMA TENSIÓN
bobina del
disparador
b0 : contacto cerrado de
un relé
Accionados por una señal eléctrica independiente del circuito
principal
Pueden añadirse al I.A.
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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)
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Categoría de comportamiento en cortocircuito
Categorías de
Secuencia asignada de
Estado después de los
comportamiento maniobras para los ensayos del ensayos en cortocircuito
en cortocircuito poder de cierre y de corte en
cortocircuito
Debe ser capaz de
P-1
O – t - CO
asegurar un servicio
reducido
Debe ser capaz de
P-2
O – t – CO – t - CO
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.
icc
Característica de I2 t
Comp. unidir.
? i dt ?
t
2 Ik
2
0
icc
I2 t ? Energía que deja pasar el I.A. durante un c.c., que se disipa en el
elemento protegido.
t
t
Wdisipada cable ?
f (Ik )
? R i dt ? R ? i dt ? R ?I t ?
2
0
c
2
c
0
2
c
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• 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
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Ejemplo de curva real de disparo de un catálogo
Ejemplo de curva real de disparo de un catálogo
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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.
• Curvas características de disparo I/t.
Disparador térmico
• No admiten disparadores
secundarios.
• Características de disparo I/t
normalizadas.
•Nº de polos: unipolares, bipolares,
tripolares , tetrapolares .
• Un [230 - 400 V]
Icn[1,5 - 25 KA]
In[6 - 125 A]
• Frecuencia asignada [50 - 60 Hz]
Tc = 1 h (IN ? 63 A)
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
dispara
I > It ?
Sí
Tc = 1 h (IN ? 63 A)
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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
Características de conexión UNE EN 60898
Curva C: protección de líneas con • (1) Valor constante de la corriente de no
desconexión Int = 1,13 In : t > 1 h
consumos de iluminación.
• (2) Valor constante de la corriente de
Curva D: protección de equipos
desconexión It = 1,45 In ?
t < 1h
con intensidades de arranque
• (3) 2,55 In:t < 1 m (In ? 32 A) t < 2 m (In > 32 A)
• (4) 2,55 In t > 1 s
altas
(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
Curva I/t del ICP
9. Tipo D: 10 In : t ? 0,1 s
10.
20 In : t < 0,1 s
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
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Curvas de disparo de catálogo de Interruptores Magnetotérmicos
Curvas de disparo de catálogo de Interruptores Magnetotérmicos
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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
Cartucho fusible
• Base
• Contactos
• Portafusible
• Envolvente aislante
• Contactos
• Elemento fusible
• Material extintor
• Percutor Indicador de fusión
Elementos de un fusible
Fusible cilíndrico
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Fusible cilíndrico de alto
poder de ruptura
Fusible tipo petaca
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Qgenerado = Rf I2
EQUILIBRIO ?
Si I ?
Qgenerado = Qevacuado
Qgen. ?
?
Qevacuado = K ( Tfus – Tamb. )
?
?
Tfus = Teq
Tequ.?
Si I < In
?
Tequ. < Tfusión ?
NO FUNDE
Si I > In
?
Tequ.> Tfusión ?
FUNDE
para I dada (I > In):
- tF : tiempo de FUNCIONAMIENTO
- tf : tiempo de PREARCO
tF = tf + ta
Para t > 0,1 s
? tF ? tf
- ta : tiempo de ARCO
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Características
Utilización de fusibles en combinación
Base y conjunto portador
•Desconectadores fusibles
• Un [ 120 - 690 V ca ] [ 110-750 V cc ]
• Corriente asignada In
• Interruptores fusibles
• Clase de corriente [ cc; ca, f ]
• Nº de fases
•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)
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Características I/t
Condiciones:
Tamb. = Tfus inicial = 20 º
Tolerancias: Para t dado error de I <± 10 %
Parámetros curvas I/t
Selectividad entre fusibles
Inf: Intensidad convencional
de no fusión.
If: Intensidad convencional
de fusión.
tc: tiempo convencional
Corriente asignada In para gG
Tiempo
Intensidad característica Ich
convencional
para gM (A)
(h)
In < 16
1
1
16 ? In ? 63
2
63 < In ? 160
3
160 < In ? 400
400 < In ?
4
Corriente convencional
Inf
1,25 In
If
1,6 In
La selectividad para
tiempos inferiores a 0.1
segundos depende de
las curvas I2 t
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Hoja de catálogo de curvas de fusibles
DENOMINACIÓN DE LOS FUSIBLES: 2 LETRAS
Denominaciones usuales:
? cables
• gM, aM ? motores
• gB
? minería
• gG
• 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)
Protección efectiva:? característica I/t
fusible por debajo de característica
Iadm/t del elemento
- minería (B)
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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?
?
?
la corriente en el circuito donde está
instalado en condiciones normales de
utilización, incluso con sobrecargas,
NO EN C.C.
Funciones ? MANDO: Conectar y desconectar partes de la instalación.
Características
•Elevada frecuencia de maniobra
CONSTITUCIÓN DEL CONTACTOR
• SISTEMA DE ACCIONAMIENTO
[ 10 ? 103 M/h ].Vida [ 105 ? 107 Man]
• CONTACTOS PRINCIPALES
• Mando eléctrico a distancia.
• CONTACTOS AUXILIARES
• Fácil integración en sistemas de
automatización, puede se mandado por
otros dispositivos, puede accionar otros
dispositivos.
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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.
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CONTACTOS PRINCIPALES
Propiedades
• ? conductividad eléctrica y térmica.
• ? resistencia de contacto.
• ? tendencia a pegar o soldar.
• ? resistencia a la corrosión
Formas de los contactos
producida por el arco.
• ? resistencia mecánica.
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
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VALORES ASIGNADOS
• Tensión asignada:
• Intensidad térmica asignada (serv. 8 h)
- de aislamiento
• Intensidad de empleo
- de empleo
(relativa a una clase de servicio)
• Servicios asignados: - servicio de 8 h
- servicio temporal
- servicio ininterrumpido
- servicio intermitente
- Clase, NºMan/h, Factor de Marcha
•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
1
3
12
30
120
300
1.200
Nº de maniobras por hora
?1
?3
? 12
? 30
? 120
? 300
? 1.200
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CATEGORÍA DE EMPLEO
Algunas categorías de empleo.
Categorías de Aplicaciones
empleo
AC-1
Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia.
AC-2
Motores de anillos rozantes: Arranque y desconexión.
AC-3
Motores de jaula de ardilla: Arranque, desconexión a motor lanzado.
AC-4
Motores de jaula de ardilla: Arranque, inversión de marcha, marcha a
impulsos.
AC-5a
Mando de lámparas de descarga.
AC-5b
Mando de lámparas de incandescencia.
AC-6a
Mando de transformadores.
AC-6b
Mando de baterías de condensadores.
DC-1
Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia.
DC-3
Motores derivación.
DC-5
Motores serie.
DC-6
Mando de lámparas de incandescencia.
APLICACIÓN DEL CONTACTOR
Ejemplo: Arrancador estrella- triángulo
Esquema unifilar
Circuito de potencia
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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
? Ii = 0 ?
?R = 0
? Ii ? 0 ?
?R
Instalación sana
I1 + I2 + I3 + IN = 0
? t
(U = 0)
? t
(U ? 0)
Instalación con defecto
I1 + I2 + I3 + IN = 0
?H ?dl ? ?
?0 ?
eR =0
I
? ? B ?S ? ? H S
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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
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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
1 ?
?
I
?
I? n
?
n
,
nf
?
2 ??
?
• Nº de polos ? bipolares, tripolares,
tetrapolares ?
• Característica I/t
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.
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