jueves, 31 de agosto de 2017

Aparamenta de Baja Tensión: El Contactor (Parte 1ª)






1.- Descripción

1.1.- Definición y constitución

Aparato mecánico de conexión que tiene una sola posición de reposo, accionado de cualquier forma menos manualmente, capaz de establecer, soportar y cortar corrientes de circuitos en condiciones normales, incluidas las condiciones de sobrecarga de servicio normal.

1.1.1.- Tipos constructivos

Según el tipo de corriente prevista para el circuito principal tenemos:
·        Contactor para corriente continua.
·        Contactor para corriente alterna.

Según el modo de accionamiento tenemos:
·     Contactor electromagnético, cuando es accionado mediante un electroimán, que a su vez también puede ser de corriente continua o de corriente alterna.
·   Contactor neumático, cuando es accionado por aire a presión, sin intervención de medios eléctricos.
·  Contactor electromagnético, cuando es accionado por aire a presión gobernado por electroválvulas.

A efectos de simplicidad, en esta exposición consideramos solo los contactores electromagnéticos, pero en el bien entendido que las observaciones que se hacen acerca de la tensión del circuito de mando (electroimán), son aplicables a la presión cuando se trata de accionamiento neumático.

1.1.2.- Esquema: Contactor. Sección

La disposición esquemática que se muestra en la figura 1, de las partes constituyentes de un contactor se ha elegido en función de enumeración y simplicidad. Esta constitución es válida para todo contactor, no obstante la disposición de las distintas partes y la forma de estructura del aparato es variable según fabricante y según tipo y diseño.







Figura 1: Esquema en sección de un Contactor y componentes

1.1.3.- Esquema: Contactor. Perspectiva

En este aparato los contactos principales están en el fondo del zócalo, a medio camino se han dispuesto los contactos auxiliares, y el electroimán está alojado en la tapa. Además el movimiento del electroimán no coincide con el de los contactos, ambos son perpendiculares entre sí; un balancín se encarga de coordinarlos.

Determinadas ejecuciones pueden incorporar componentes especiales que no se han considerado aquí por entender que no modifican substancialmente los conceptos expuestos.




Leyenda:
                1.- Balancín o palanca acodada.
                2.- Tapa. (Abajo, posición normal) (Arriba, posición invertida para mostrar su interior).
                3.- Indicador del estado del contactor (reposo, trabajo).
                4.- Martillo. Parte fija del núcleo del electroimán.
                5.- Gomas soporte del yugo magnético.
                6.- Bobina.
                7.- Tornillo de fijación de la tapa al cuerpo.
                8.- Borne de contacto principal.
                9.- Contacto principal fijo.
                10.- Borne de contacto principal.
                11.- Cámara de contacto auxiliares.
                12.- Cuerpo o zócalo
                13.- Cámara de contactos auxiliares.
                14.- Puente móvil.
                15.- Contacto principal móvil.
                16.- Muelle de presión de contacto principal.
                17.- Tapa. (Abajo, posición normal) (Arriba, posición invertida para mostrar su interior).
                18.- Tornillo de fijación de la tapa al cuerpo.

Figura 2.- Esquema en perspectiva del Contactor con sus componentes

1.2.- Conceptos:

1.2.1.- Particularidades características

La aplicación genuina de un contactor es el arranque y maniobra de un motor, ya sea como aparato sólo (arranque directo) ya sea junto con otros contactores u otros elementos tales como relés de sobreintensidad, resistencias, etc. formando arrancadores y protectores de motor.

En este post se considera el contactor como aparato independiente. Los arrancadores se contemplan en el post:  “Arranque de motores por combinación de contactores”, en el link:

La función de mando de motores implica para el contactor ciertos rasgos que lo caracterizan:

1.2.1.1.- Poder de cierre:

El motor presenta una punta de arranque de varios múltiplos la intensidad de empleo. Así p.e. en el caso de motores asíncronos de jaula (Categorías de empleo AC3 y AC4) esta proporción se considera convencionalmente de 6, si bien en la práctica pueden encontrarse motores con una proporción mayor.

Para garantizar el correcto funcionamiento del contactor, la publicación IEC 60947-4-1 prescribe para las categoría de empleo AC3 y AC4, ensayar el poder de cierre respectivamente con una intensidad Ic igual a 8 y 10 veces la intensidad de empleo Ie.

1.2.1.2.- Poder de corte:

Si bien el trabajo más normal de un motor es el correspondiente a la categoría de empleo AC3 (arranque, aceleración, trabajo a motor lanzado, y desconexión) son frecuentes las maniobras según categoría de empleo AC4 (marcha a impulsos, frenado contracorriente, inversión brusca del sentido de giro) en las que la desconexión tiene lugar cuando la intensidad es la correspondiente al periodo de arranque.

Incluso en la mayoría de motores de categoría de empleo 100% AC3 no es posible descartar la posibilidad de una desconexión durante el arranque, p.e. ante la eventualidad de necesitar un paro rápido para evitar un accidente. Por ello la IEC 60947-4-1 prescribe ensayar el poder de corte con los mismos valores que el de cierre.

1.2.1.3.- Frecuencia de maniobras:

Son muchos los casos en que el motor debe arrancar y parar frecuentemente (p.e. ascensores en edificios de oficinas, grúas, máquinas herramienta, etc.) e incluso muy frecuentemente, como p.e. en tareas de posicionado y ajuste, donde se trabaja con trenes de impulsos de marcha a cadencias del orden de 1 impulso/segundo.

1.2.1.4.- Endurancia (duración, durabilidad, vida):

Consecuencia de la frecuencia de maniobras es la exigencia o necesidad de una elevada vida mecánica y eléctrica del contactor. Así en el mercado, para corriente alterna, se ofrecen contactores, con vida mecánica asignada de:

hasta 30 x 106 maniobras, para contactores auxiliares
hasta 30 x 106 maniobras, para maniobra de motores hasta 5 kW
hasta 20 x 106 maniobras, para maniobra de motores hasta 15 kW
hasta 10 x 106 maniobras, para maniobra de motores hasta 50 kW
hasta 3 x 106 maniobras, para maniobra de motores de más de 50 kW

La vida mecánica del contactor es un valor estadístico satisfecho por el 90% de la población ensayada. La vida eléctrica a la intensidad nominal suele ser notablemente más baja; del orden del 20% de la vida mecánica. Puede aumentarse la vida eléctrica a base de reducir la carga maniobrada.

1.2.1.5.- Tiempo de arranque:

El arranque de un motor suele durar varios segundos. Hay arranques pesados que pueden durar más de 20 segundos. El contactor y las protecciones a él asociadas deben permitir el arranque y tolerar la sobrecarga que supone.

1.2.2.- Características definitorias:

Un contactor queda definido por:
·         Nombre o marca del fabricante
·         Tipo o referencia
·         Norma con la que el fabricante declara la correspondencia
·         Datos del circuito principal:
o   Clase de corriente: continua, alterna, frecuencia.
o   Tensión de aislamiento Ui.
o   Intensidades térmicas Ith.
o   Tensión e intensidad de empleo asignadas o potencia asignada de motor maniobrable.
o   Categoría de empleo.

Otras características esenciales, como los poderes de cierre y de corte se deducen de la Categoría de empleo.
·         Datos del circuito de mando:
o   Tensión y frecuencia de alimentación.
·         Datos de los circuitos auxiliares:
o   Tensión e intensidad de empleo asignadas.
o   Categoría de empleo. En su defecto se entiende:
Tensión de empleo asignada:                   250 V  50 Hz
Intensidad de empleo asignada:               6A
Categoría de empleo:                               AC11

1.2.3.- Categorías de empleo:



1.2.3.1.- Ejemplos de categorías de empleos según IEC 60947-4-1

A cada categoría de empleo corresponden unas magnitudes convencionales que definen el comportamiento de la carga en la conexión y en la desconexión. Estas magnitudes pueden verse en la siguiente tabla:



1.2.3.2.- Tabla sobre condiciones de cierre y corte en servicio



1.2.4.- Otras definiciones

1.2.4.1.- Discontactor

Normalmente un contactor tiene sus contactos principales abiertos en estado de reposo y cerrados cuando está en situación de activado o de trabajo. No obstante nada impide concebir un contactor que funcione al revés, es decir, que en situación de reposo, sus contactos principales estén cerrados y que abran cuando se activa el aparato.

Este aparato no tiene nombre propio en inglés ni en alemán. En el área francesa se denomina RUPTEUR o también DISCONTACTEUR. Por esto aquí lo citamos con el nombre comercial de discontactor.

1.2.4.2.- Contactor biestable (Contactor enclavado, Contactor autoenclavado, Contactor de bloqueo)

Aparato de conexión en el que un dispositivo (mecánico, magnético, u otro) impide que sus elementos móviles retornen a la posición de reposo cuando cesa la acción de activación y requiere una segunda orden de mando (igual o distinta) para recuperar la posición primera.

Así, este aparato tiene dos posiciones de reposo y por ello no encaja con la definición de la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional), reproducida en la descripción del contactor en este post. No obstante, como en sus demás aspectos, tanto de diseño como de utilización, este aparato es similar a un contactor, se le considera como a tal.



Continua en;  Aparamenta de Baja Tensión: El Contactor (Parte 2ª)
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2017/09/aparamenta-de-baja-tension-el-contactor.html

martes, 29 de agosto de 2017

Protección de Imagen Térmica (ANSI 49) (y Parte 2ª)

















Sobrecarga de una máquina a partir de un estado caliente

Se supone que la máquina protegida funciona a su corriente nomina In después de un tiempo suficientemente largo para que la temperatura sea estable.

Por definición, en el estado inicial de calentamiento E = 100 %

La máquina sufre una sobrecarga de corriente Is constante, determinaremos su calentamiento en función del tiempo.

La ecuación diferencial (2) se convierte en:


Resolviendo esta ecuación con E = 1 como condición inicial, se tiene:


Haciendo:  
Se tiene:

τ : representa la constante de tiempo térmica de la máquina

El calentamiento E evoluciona siguiendo la curva de la figura 3.

                               Ef: Calentamiento final
                               Ef – 1 : sobrecarga

Figura 3: Evolución del calentamiento E después de una sobrecarga de la máquina

Después de un tiempo τ correspondiente a la constante de tiempo, la máquina a alcanzado el 63 % de la sobrecarga final, es decir el calentamiento de la máquina si esta sufriera esta sobrecarga durante un tiempo infinito (suficientemente largo para que su temperatura se estabilice).

La constante de tiempo térmica de la máquina viene dada por el fabricante o, estimada o medida por el usuario.

La protección de imagen térmica determina la evolución del calentamiento a partir del conocimiento de la constante de tiempo τ y de la corriente de sobrecarga Is.

Si se fija un nivel de regulación Es, se puede calcular el tiempo de actuación ta de la protección:


                                                Ln : logaritmo neperiano

Ejemplo 1:

Sea un transformador con una constante de tiempo térmica τ = 45 min.

A partir de un estado caliente inicial E = 100 %, experimenta una sobrecarga de corriente constante Is, del 30 % superior a su corriente nominal,

Se autoriza un calentamiento del transformador Es = 115 %

El tiempo de actuación de la protección será:


Ejemplo 2:

Sea un transformador con una constante térmica τ = 35 min.

Se autoriza un calentamiento del transformador Es = 120 %

¿Qué sobrecarga puede admitir durante 15 minutos sin que la protección actúe?

Para ta = 15 min. se tiene:



El transformador podrá admitir una sobrecarga máxima del 25 % durante 15 minutos, sin que la protección actúe.


FUENTE:

Schneider Electric: Guide des protections des réseaux industriels (Christophe Prévé)



POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:



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