Descripción
Se
entiende por contactor, un aparato mecánico de conexión que tiene una sola
posición de reposo (posición estable); generalmente la de contactos abiertos; y
que no puede ser maniobrado mecánicamente a mano, si no que la fuerza para el
cierre o la apertura de sus contactos procede de una fuente diferente del brazo
del operador.
En la
gran mayoría de los contactores, esta fuerza es aportada por un electroimán que
forma parte constituyente del aparato. Estos tipos se denominan contactores
electromagnéticos. Mucho menos frecuentes son los contactores neumáticos o
electroneumáticos, en los cuales, la fuerza para la maniobra es aportada por
una fuente de aire comprimido, bien directamente (contactor neumático) o bien
mediante electroválvulas en el propio contactor (contactor electroneumático).
Los
contactores de MT en sí, son aparatos para instalación interior.
Nota
Dado
que, con mucho, son la gran mayoría, este post se refiere exclusivamente a los
contactores de tipo electromagnético.
Así
mismo, en la gran mayoría de contactores, su posición estable o de reposo es la
de contactos abiertos, y a éstos se referirá básicamente este post.
No
obstante existen contactores en los que la posición estable o de reposo es la
de contactos cerrados. Estos contactores se denominan "ruptores", en
francés "rupteurs". En inglés no existe término para denominarlos.
Funciones
Los
contactores son unos aparatos concebidos para realizar un gran número de
maniobras de cierre y apertura, muchas más que un interruptor-seccionador o un
interruptor automático.
En
este sentido, su endurancia mecánica (número de maniobras mecánicas) y
eléctrica (número de conexiones y desconexiones de corriente) son elevadas, del
orden de 104 a 106 ciclos de cierre y apertura.
El
contactor es un aparato capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes
en condiciones normales del circuito, incluido condiciones especificadas de
sobreintensidades de servicio (entre otras, las corrientes de arranque de
motores, la de rotor bloqueado y las de conexión de transformadores).
Normativa
Norma
IEC 62271-106 "Aparamenta de alta tensión. Parte 106: Contactores,
controladores y arrancadores de motor con contactores, de corriente alterna”.
Tipos
Descripción y tipos constructivos actuales
Los
contactores electromagnéticos cuya posición estable o de reposo es la de
contactos abiertos, en su gran mayoría son tripolares para circuitos trifásicos
de MT sin neutro. Sus principales aplicaciones son las de mando (maniobra) y
protección de:
Motores de MT
Transformadores de potencia
Baterías de condensadores
La
protección contra sobrecargas la realizan mediante relés indirectos alimentados
por transformadores de corriente. La protección contra cortocircuitos por medio
de fusibles de alto poder de corte asociados al contactor formando un aparato
combinado de maniobra y protección contra sobrecargas y contra cortocircuitos.
Constitución de los contactores
electromagnéticos
Los
contactores electromagnéticos están constituidos básicamente por:
· Los tres
"polos" formados cada uno por los contactos fijo y móvil, dentro de
una cámara, y los bornes de conexión (entrada y salida) al circuito.
· El electroimán (uno
o más de uno) que al ser energizado efectúa el cierre del contactor actuando
sobre las "bielas" o "levas" que transmiten el movimiento a
los polos.
· Los muelles de apertura. El electroimán, al
cerrar el contactor, acumula en estos muelles la energía mecánica para la
apertura rápida del contactor.
· El circuito auxiliar
de mando y control constituido por los contactos auxiliares, los contactos fin
de carrera y/o de retención con su conexionado, etc.
Modalidades constructivas para la retención
del contactor en posición cerrado
Para
la retención del contactor en posición cerrado, existen dos modalidades
constructivas:
Retención
eléctrica.
El
electroimán de cierre está dimensionado para servicio continuo y se le mantiene
energizado durante todo el tiempo en que el contactor debe permanecer cerrado.
Para
abrir el contactor, basta cortar la alimentación del electroimán y los muelles
de apertura actúan abriendo el contactor.
Retención
mecánica.
El
contactor se cierra al energizar el electroimán de cierre. Al final de la
maniobra de cierre, un contacto final de carrera corta la corriente al
electroimán, pero el contactor se mantiene cerrado por medio de un dispositivo
mecánico de retención.
La
apertura del contactor se realiza mediante un relé de apertura
("disparador") que desengancha la retención mecánica.
Clasificación de los contactores MT según
su sistema de corte
Según
su sistema de corte, los contactores de MT se clasifican:
·
Corte al aire (polos
abiertos)
·
Corte en aceite
(contactos dentro de aceite)
·
Cámaras de alto
vacío
·
Corte en SF6
(cámaras con SF6)
Los
contactores actuales son en su mayoría del tipo de cámaras de vacío (corte en
el vacío), o bien del tipo de cámaras con SF6 (corte dentro de gas hexafluoruro
de azufre).
En
ambos tipos, se trata de cámaras cerradas, totalmente estancas
("selladas"). En ambos casos, la vida de las cámaras de construcción
actual, es de 20 años o más. Se entiende por "vida" el mantenimiento
del grado de vacío en las cámaras de alto vacío, respectivamente el
mantenimiento de la presión en las de SF6.
Características funcionales
Regímenes
de funcionamiento
La
norma IEC define cuatro tipos de servicio para los contactores de MT.
Servicio
de 8 horas.
El
contactor permanece cerrado y con el paso de su "corriente térmica
asignada" el tiempo suficiente para alcanzar su temperatura de estabilización,
pero sin sobrepasar el tiempo de 8 horas sin interrupción.
Es el
tipo básico de servicio, con el que se determina el valor de la "corriente
térmica asignada" del contactor.
Servicio
ininterrumpido.
El
contactor permanece en posición cerrado y con el paso de corriente, sin
interrupción durante tiempos superiores a las 8 horas (semanas meses incluso
años).
Servicio
intermitente periódico, o servicio intermitente
Se
alternan períodos de contactor cerrado y con paso de corriente, con períodos
sin corriente (contactor abierto) manteniendo las duraciones de ambos una
relación definida. El conjunto de los dos períodos constituye un
"ciclo" de servicio.
La
duración del período de paso de corriente, no es suficiente para que el
contactor alcance su temperatura de estabilización. Así mismo, el período sin
corriente (contactor abierto) no tiene tampoco la duración suficiente para que
el contactor se enfríe hasta llegar a la temperatura ambiente.
El
servicio intermitente está caracterizado por el valor de la corriente de paso y
su duración, y el tiempo sin corriente (contactor abierto).
Se
denomina "factor de funcionamiento" o "factor de conexión",
a la relación porcentual entre la duración del paso de corriente (contactor
cerrado) y la duración total del ciclo (período de paso de corriente más
período sin corriente). Los valores normalizados son: 15%, 25%, 40%, y 60%.
Según
sea el número de ciclos de maniobra completos (cierre y apertura) que son
capaces de realizar, los contactores se dividen en las siguientes clases:
Clase 0,01 hasta 1 ciclo por hora
Clase 0,03 hasta 3 ciclo por hora
Clase 0,1 hasta 12 ciclo
por hora
Clase 0,3 hasta 30 ciclo
por hora
Clase 1 hasta 120 ciclo
por hora
Clase 3 hasta 300 ciclo por hora
Servicio
temporal.
El
contactor está cerrado y con paso de corriente por períodos de duración
insuficiente para alcanzar su temperatura de estabilización, separados por
períodos sin paso de corriente (contactor abierto) de duración suficiente para
que el contactor se enfríe hasta llegar a la temperatura ambiente.
Los
valores normalizados de servicio temporal son: 10 min, 30 min, 60 min y 90 min.
Categorías de empleo
Con
esta denominación se expresan las posibilidades de utilización de los
contactores para unas aplicaciones características, según un escalonado de
dificultad creciente.
Categorías -
Aplicaciones características
o AC-1: Cargas no
inductivas o débilmente inductivas. Hornos de resistencias
o AC-2: Motores de
anillos rozantes: Arranque, inversión de marcha
o Inversión de marcha: Por inversión de marcha se entiende
la permutación de las conexiones de alimentación mientras el motor aún está girando.
o AC-3: Motores de
rotor en cortocircuito (rotor de jaula): Arranque, desconexión a motor lanzado
o AC-4: Motores de
rotor en cortocircuito: Arranque, marcha a impulsos, inversión de marcha
o Marcha por impulsos: Por marcha a impulsos se entiende un
tipo de maniobra caracterizado por uno o varios cierres breves y frecuentes del circuito de un motor
con objeto de conseguir pequeños desplazamientos
del mecanismo de accionamiento.
Características nominales y placa de
características
Características nominales
·
Número de polos
(generalmente tres).
·
Número de fases y
frecuencia nominal (por ejemplo: trifásico, 50 Hz)
· Tensión asignada de servicio
(Ve) Es la tensión que conjuntamente con la corriente asignada de servicio,
determina la aplicación del contactor para un determinado régimen de
funcionamiento y/o para una determinada categoría de empleo.
Para los circuitos trifásicos, esta tensión Ve está
expresada como tensión entre fases. Las tensiones de servicio asignadas para
los contactores MT, no exceden de los 12 kV.
· Nivel de aislamiento
asignado. Queda definido por el valor de las tensiones de ensayo a frecuencia
industrial (50 Hz) y a impulsos tipo rayo onda 1,2/50 s, que puede soportar el
contactor.
· Corriente térmica
asignada Ith. Es la máxima corriente que el contactor puede soportar en régimen
de servicio de 8 h sin exceder los límites de temperatura admisibles para sus
diferentes partes o elementos.
Nota:
Para un mismo contactor la corriente térmica asignada Ith puede ser diferente
según sea su forma de instalación y por tanto sus condiciones de ventilación
(por ejemplo al aire, o dentro de cabina metálica, etc.).
· Corriente de servicio
asignada Ie. Es la corriente indicada por el fabricante para unos determinados:
o
Régimen de
funcionamiento (de 8 horas, intermitente, temporal, etc.).
o
Categoría de empleo.
o
Tensión de servicio
Ve.
o
Frecuencia nominal.
o
Tipo de instalación
(al aire, dentro de cabina, etc.).
Poder de cierre asignado
Expresado
en valor eficaz de la componente de corriente alterna (AC) de la corriente de
conexión. No obstante, en algunos catálogos está expresado en valor cresta de
la corriente inicial de conexión.
El
poder de cierre asignado está referido a la tensión de servicio asignada, es
decir, para un mismo aparato puede variar según sea la tensión de servicio que
se le haya asignado.
Poder de corte asignado
Expresado
en valor eficaz de la componente de corriente alterna (AC) de la corriente de
desconexión, y referido a la tensión de servicio asignada, o sea, que para un
mismo contactor puede variar según el valor de la tensión de servicio que se le
haya asignado.
Corriente térmica de corta duración
asignada. Expresada en valor eficaz.
Duración admisible de la corriente de corta duración asignada. Expresada en
segundos (por ejemplo 1 seg o 3 seg etc.).
Endurancia mecánica. Expresada en número de ciclos de maniobra sin
corriente.
Endurancia eléctrica. Expresada en número de ciclos de maniobra con
corriente.
Nota:
En la norma IEC 62271-106, se especifican las condiciones que caracterizan
estas endurancias mecánica y eléctrica.
Placa de características
Debe
contener como mínimo los siguientes datos:
o Nombre o marca del fabricante.
o Designación de tipo y/o número de serie.
o Frecuencia nominal.
o Nivel de aislamiento (tensiones de prueba).
o Corriente térmica asignada Ith.
o Tensión de alimentación del electroimán de cierre.
En la
tabla siguiente se especifican las condiciones normales de conexión y
desconexión, correspondientes a cada una de las 4 categorías de empleo, en
forma de relaciones de corrientes y relaciones de tensiones.
Siendo:
Ie: Corriente de
servicio asignada
I: Corriente de
conexión asignada (corriente que se establece al cerrar el contactor)
Ic: Corriente de
desconexión
Ve: Tensión de servicio
asignada
V: Tensión antes del
cierre
Vr: Tensión de
restablecimiento (que aparece después de la desconexión)
cos ϕ : factor de potencia del circuito
Asociación contactor con fusibles
En muchos casos los
poderes de cierre (conexión) y/o de apertura (desconexión) de los contactores,
son insuficientes para conectar o desconectar la corriente de cortocircuito que
puede producirse en el circuito donde están instalados. Una solución adecuada
para estos casos, es la asociación del contactor con fusibles MT de alto poder
de ruptura, conectados en serie con el contactor.
Al fundirse un fusible,
su percutor actúa sobre un contacto eléctrico del circuito de mando del
contactor, provocando su apertura.
Ventajas de la asociación fusible-contactor frente a la
instalación de un interruptor automático
La asociación
fusible-contactor presenta las siguientes ventajas frente a la instalación de
un interruptor automático con el poder de corte necesario para aquel circuito:
o Económica: El coste de un combinado contactor-fusibles es
muy inferior al de un interruptor automático.
o Maniobra: El contactor es un aparato que puede realizar
un número de maniobras mucho mayor que un interruptor automático. Por tanto, en
aquellos tipos de servicio que precisan un elevado número de maniobras, el
contactor es más adecuado que el interruptor automático.
Limitación de la corriente de cortocircuito
Los fusibles MT, además
de interrumpir la corriente de cortocircuito, limitan el valor de la misma, o
sea, que ésta no llega a alcanzar el valor que tendría si no hubieran los
fusibles. Este importante efecto limitador, no lo tienen los interruptores
automáticos de MT (sí lo tienen los de BT).
Con esta limitación se reducen notablemente los
efectos térmicos y mecánicos del cortocircuito, sobre los elementos y aparatos
afectados por el mismo.
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