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jueves, 1 de febrero de 2018

Aparamenta de Media Tensión: El contactor



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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