Aparamenta de Baja Tensión: El Contactor (Parte 3ª)

3.- Elección

3.1.- Factores que influyen en la elección de un contactor

En la elección de un modelo de contactor pueden influir numerosos factores, como por ejemplo:

·      Condiciones ambientales que aconsejen por ejemplo contactos sumergidos en aceite, envolvente Ex, etc.

·         Condiciones de servicio como:

o   Posición de trabajo de inclinación variable (barcos).

o   Golpes o vibraciones que pueden provocar funcionamientos intempestivos.

·         Temperatura ambiente.

o   Si es excesivamente alta puede provocar el quemado de la bobina, deformación de los materiales plásticos, rozamientos, atascos, etc.

o  Si es demasiado fría puede provocar rigidez excesiva y rotura de materiales plásticos, aumento de viscosidad de aceites y lubricantes, formación de hielo, etc.

·         Racionalización de stocks y recambios.

·         Condiciones particulares de la carga o del servicio.

·         Importancia de un parón.

·         Facilidades de mantenimiento; recambios.

·      Condiciones fuera de las normalizadas que requieren acuerdo expreso entre fabricante y usuario.

Estos u otros factores pueden influir decisivamente para decantarse por un modelo o para eliminar otros. En general, los fabricantes, en sus catálogos suelen dar información que facilita la elección del aparato adecuado para cada aplicación. Según normas, todo fabricante debe estar en disposición de informar sobre los límites y posibilidades de su producto; ello significa que debe conocerlos y debe comunicarlos responsablemente.

Aquí se consideran diferentes facetas del control de motores asíncronos de jaula, que constituyen la gran mayoría de las aplicaciones del contactor, y se da un ejemplo de las posibilidades de un aparato concreto.

La elección pasa por tener bien definidas las características de la carga y a partir de aquí encontrar el aparato que las cubre

3.2.- Características de la carga

Se supone que el usuario las tiene perfectamente definidas.

Las principales son:

·         Tensión de la red.

·         Potencia del motor.

·         Categoría de empleo.

·         Proporción entre categorías de empleo (p.e. 60% AC3, 40% AC4).

·         Número de maniobras por unidad de tiempo.

·         Duración deseada.

·         Clase de servicio (8h, intermitente, etc).

3.3.- Posibilidades de un Contactor

3.3.1.- Poder de maniobra, valor nominal

La función genuina de un contactor es la maniobra de motores, y la gran mayoría de estos son motores de corriente alterna a 400V en categoría de empleo AC3, es decir, motores de jaula que arrancan, trabajan a régimen, y se desconectan. Usualmente, el valor nominal o asignado (expresado en intensidad o en potencia) que caracteriza el motor de más potencia que, con la durabilidad prevista, es capaz de maniobra el contador, es el que, como valor nominal o asignado, caracteriza también al contactor. Así hablamos por ejemplo de:

·         Contactor de 55 kW, cuando es capaz de maniobra un motor de 55 kW.

·         Contactor de 100 A, para el mismo contactor (consumo del motor de 55 kW a 400 V, 99A).

El fabricante, en su catálogo, suele indicar para cada contactor las características principales para distintas condiciones de aplicación. Así, para un mismo contactor, su fabricante, en catálogo, da las siguientes potencias:

Tabla de potencias. Ejemplo:

3.3.2.- Durabilidad

Cada maniobra del contactor representa un pequeño recorte de la vida mecánica.

Cada desconexión bajo carga comporta una pequeña pérdida de material de contacto y por lo tanto, un recorte de la vida eléctrica. Este recorte es tanto más pronunciado cuanto mayor es la potencia cortada. Por ello, a igualdad de otros parámetros, si queremos obtener más vida eléctrica del contactor, hemos de reducir su carga, o ir a un contactor más potente, lo que proporcionalmente es lo mismo.

El fabricante suele indicar la vida que se obtiene maniobrando el aparato a la potencia límite de sus posibilidades. Este valor suele darlo en forma de gráfico similar al de la figura 18:

Figura 18

En esta característica tenemos:

·         Parte horizontal de la característica: Vida mecánica esperada.

·       Parte vertical de la característica: Potencia máxima; puede coincidir con la potencia nominal o ser superior.

·     Parte inclinada de la característica: Dependencia entre esperanza de vida eléctrica y potencia maniobrada. Ejemplo: Un contactor que a la potencia máxima tiene una esperanza de vida de 1 millón de maniobras, alcanzan los 5 millones si se reduce su carga al 37,5 % del valor máximo.

·         Característica superior: Curva correspondiente a un contactor que a la potencia máxima alcanza una esperanza de vida eléctrica de 1 millón de maniobras y que su vida mecánica se sitúa en los 10 millones.

·         Característica inferior: Curva correspondiente a otro contactor cuyos valores respectivos son 0,5 y 3 millones de maniobras.

Estos tipos de características suelen variar de un aparato a otro. Las representadas en el gráfico, son promedio de diversos contactores y fabricantes, por lo que a falta de valores más precisos pueden tomarse como orientativas.

Son válidas tanto para categoría de empleo AC3 como para AC4, en el bien entendido que la potencia máxima es la correspondiente a la categoría de empleo considerada.

Es de advertir, que una esperanza de vida comprendida entre 0,1 y 1 millón de maniobras es una buena cifra para un buen número de aplicaciones prácticas. Lo ideal sería que el contactor durase lo mismo que la propia máquina accionada. En ocasiones puede pues ser conveniente consultar con el fabricante sobre las posibilidades de prolongar hacia abajo la característica que aquí hemos contemplado.

3.3.3.- Categoría de empleo

El pasar p.e. de categoría AC3 a AC4 supone pasar de un corte a potencia nominal, a un corte a potencia de un nivel 6 veces superior. Naturalmente ello supone un mucho mayor desgaste de contactos, y por tanto una elevada reducción de vida, o bien supone una importante reducción de la potencia maniobrable si es que deseamos conservar la vida inicial.

El salto de categoría de empleo 100% AC3 a 100% AC4 es un salto radical de limitadas aplicaciones prácticas. En la mayoría de los casos prácticos el trabajo se reparte, parte en categoría de empleo AC3 y parte en AC4. Por ello los fabricantes suelen dar datos para trabajo mixto. A falta de estos datos pueden servir de orientación los siguientes valores, tomados de diversos fabricantes:

Potencia o consumo de motor para una misma esperanza de vida

  

3.3.4.- Cadencia de maniobra

El calentamiento de un contactor es función de las pérdidas que se producen en su interior o sea básicamente del consumo del electroimán y de la resistencia de sus contactos por el cuadrado de la corriente que los atraviesa.

En el momento de la conexión la bobina puede consumir una corriente de hasta 10 y 20 veces la de régimen, lo que representa unas pérdidas en el cobre de 100 y hasta 400 veces las de régimen, pero ello ocurre en un tiempo muy breve; 10 a 20 ms.

En categoría de empleo AC3, durante el periodo de arranque del motor, el consumo del mismo se considera normalmente 6 veces el de régimen. Ello significa que las pérdidas en los contactos principales son unas 36 veces superiores a las de régimen, y esto durante casi todo el período de arranque, que puede durar hasta más de 10 segundos.

En la desconexión, en el arco, o sea junto a las cabezas de contacto, se concentra la mayor parte de la potencia cortada, que puede ser miles de veces la potencia de régimen. También aquí esto dura unos 10 ms como máximo.

En general, estas sobrecargas momentáneas, de pérdidas usualmente muy cortas en proporción al funcionamiento de régimen, son absorbidas por la inercia térmica del contactor, y se diluyen en el tiempo sin consecuencias mayores. No obstante, a medida que aumenta la cadencia de maniobras de un contactor, cada vez son proporcionalmente menores sus posibilidades de absorción térmica y llega un punto a partir del cual estas pérdidas deben considerarse. Este punto está desde unas 2 maniobras/minuto para los contactores de más potencia en AC4, hasta las 12 maniobras/minuto para los contactores medianos y pequeños en AC3. Si se sobrepasan estos límites se reduce la carga que el contactor es capaz de maniobrar.

Los fabricantes suelen dar información al respecto.

En la figura 19 se reproducen las curvas que un fabricante da para sus contactores de 10 a 60 kW . Estas curvas dan la potencia máxima permitida en función de la cadencia expresada en maniobras/hora.

Figura 19

3.4.- Intensidad térmica Ith

La tarea básica de un contactor es la maniobra de motores, y en función de este cometido se fijan coordinadamente la intensidad nominal los poderes de conexión y de corte, la esperanza de vida, etc. Lo ideal sería que estas características estuvieran equilibradas, es decir que ninguna de ellas estuviera por encima de lo necesario.

Dadas las diferentes condiciones de utilización (Tensiones, categorías de empleo, durabilidad, cadencia, etc.), y las necesidades de racionalizar la fabricación y la oferta, esta situación ideal no es posible.

Es frecuente que un contactor trabajando en condiciones suaves, p.e. AC1, permita ser cargado con una corriente superior a la nominal sin que se rebasen los calentamientos permisibles. Esta corriente se denomina intensidad térmica y su valor suele darlo el fabricante del contactor. En general el fabricante suele dar dos valores:

·         Ith = Intensidad térmica al aire libre.

·         Ithe = Intensidad térmica bajo una envolvente determinada. Ithe    Ith

3.5.- Tipo de servicio

·         Servicio de 8 horas. Es el que se toma como referencia cuando se establecen las características del aparato, p.e. la intensidad térmica Ith.

·         Servicio permanente (continuado, ininterrumpido). Este servicio permite o facilita

o   La acumulación de polvo sobre el aparato.

o   La formación de capas más gruesas de óxido en las cabezas de contacto.

o   La nidificación de insectos que buscan el calor.

o   etc...

·      Todo ello se traduce en un incremento de temperatura que obliga a reducir la potencia de empleo. Reducciones del orden del 10 al 20%, según caso, son aconsejables.

·         Servicio intermitente

A efectos térmicos, a igualdad de potencia, este servicio conduce a una estabilización de la temperatura a un nivel más bajo que en servicio de 8 h. En este sentido permite pues incrementar la carga. El índice de incremento permisible depende de los tiempos de marcha y de reposo.

·         Servicio temporal

También permite incrementar la carga. El índice de incremento permisible depende del tiempo de marcha y de las características térmicas del contactor y de la carga.

3.6.- Tensión de aislamiento

El fabricante suele indicar unos valores de empleo a distintas tensiones. Puede que el usuario desee utilizar el contactor a una tensión superior.

La máxima tensión a que, con garantía, se puede utilizar un contactor es la indicada como tensión de aislamiento Ui. Este valor suele indicarlo el fabricante en sus catálogos y sobre el propio contactor.

La tensión de empleo debe ser: Ue    o igual a Ui.

Nunca Ue debe ser superior a Ui.

4.- Instalación

4.1.- Condiciones de emplazamiento

                                       

Según la publicación IEC 60947 - 1 se consideran condiciones normales, las siguientes:

·         Altitud:   2.000 m.

o   Para altitudes superiores debe tenerse en cuenta la disminución de la rigidez dieléctrica y del poder refrigerante del aire.

·         Temperatura del aire ambiente, en trabajo normal.

o   Valor máximo en 24 horas:             ≤ 40º C.

o   Valor medio en 24 horas:                ≤ 35º C.

o   Valor mínimo:                                  ≥ - 5º C.

·         Temperatura del aire ambiente, en el transporte o el almacenado.

o   De -25º C a  +55º C.

o   Hasta +70º C para cortos períodos que no excedan las 24 horas.

·         Humedad relativa del aire, a + 40º C:     ≤ 50%.

o   Pueden admitirse grados superiores de HR a temperaturas unas bajas, por ejemplo, 90% HR a 20ºC.

o   Ante posible condensación ocasional por variación de temperatura pueden ser necesarias precauciones especiales.

·         Humedad relativa del aire, a + 20º C:   ≤ 90%.

·         Grado de polución ambiental:

o   Para ambientes industriales:                                3.

o   Para ambientes domésticos o similares:              2.

Cualquier desviación respecto estos límites, requiere el acuerdo del fabricante o la compensación correspondiente, como por ejemplo: mayor ventilación, mejorar la envolvente, etc.

4.2.- Posición de montaje

El contactor se montará en la posición indicada por el fabricante cuidando respetar los límites de inclinación permisibles, si es que se indican. Se usarán los medios de fijación indicados, también, por el fabricante.

En cuanto a la orientación de la superfície de montaje se tendrán en cuenta las posibilidades de vibraciones, sacudidas y golpes externos que puedan originar un funcionamiento (cierre o apertura) erróneo.

Una constitución según (figura 20 a), es sensible a los golpes perpendiculares a la superfície de montaje.

Figura 20

La constitución según (figura 20 b) es menos sensible, puesto que los contactos se mueven en un sentido y el electroimán en otro sentido perpendicular al primero. Hay ejecuciones en que los contactos se mueven en un sentido, y el electroimán en sentido contrario; son aún menos sensibles.

Cabe también considerar el uso de soportes flexibles, antivibrantes, o amortiguadores.

4.3.- Separaciones y reserva de espacio

Un contactor, al desconectar, puede proyectar gases calientes o ionizados hacia el exterior que exijan respetar separaciones adicionales, más allá de los límites estrictos del propio aparato. El fabricante suele dar indicaciones en estos casos.

Debe respetarse también suficiente espacio para:

·         Ventilación suficiente.

·         Fácil y cómodo embornado.

·         Fácil y cómodos desmontajes parciales para inspección interior.

·         Desmontaje de ejes, por ejemplo: de extracción lateral.

·         etc...

También debe proporcionarse un fácil acceso:

·         Tamaño de las tapas o puertas de las envolventes.

·         Altura de montaje entre 0,4 y 2m por encima de la superficie de trabajo.

Continúa en: “Aparamenta de Baja Tensión: El Contactor” (y Parte 4ª)    
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