5.- Casos
particulares
Consideramos aquí casos
o dificultades que pueden darse en el circuito de mando (electroimán).
En cuanto a la
seguridad de funcionamiento son preferibles a las tensiones altas (220 V, 380
V). Cara a la seguridad de las personas, son preferibles las bajas tensiones de
seguridad (24 V, 50 V). Es frecuente adoptar una tensión intermedia (110 V, 220
V).
5.1.- Baja tensión de seguridad
El margen de tensión
exigible para el mando de un contactor, según IEC 60947 - 1 - 4, va del 85% al
110% de la tensión asignada, o sea, el margen para la caída de tensión es del
15%.
La IEC recomienda
también que la tensión de la red de alimentación, se mantenga dentro de 5% del valor nominal.
El Reglamento
Electrotécnico para Baja Tensión permite las siguientes oscilaciones o caídas
de tensión:
● Desde la acometida
hasta el equipo general de protección de entrada (línea repartidora y
derivación individual) de 1% a 2%.
●
En la instalación
interior: 5%.
La experiencia diaria
muestra lo raro que es el cumplimiento de estos límites; no obstante, siendo
optimistas, el margen real disponible es:
15% - (2% + 5%) = 8%
consumible en lo que es
el circuito de mando.
Suponiendo un
electroimán que a la atracción consuma 400 VA (ver la sección Consumo del
electroimán) y que el circuito de mando, con una longitud l = 25 m, responda al
esquema de la figura 21:
Figura 21
En la figura 21, aproximadamente
tendremos:
Los bornes de las
bobinas y de los contactos auxiliares y demás elementos de mando suelen
permitir la conexión de conductores de hasta 2,5 mm2, máximo, 4 mm2. Luego a 24
V, tendremos dificultades prácticas de embornado, mientras que a 230 V tenemos
amplio margen.
5.2.- Alimentación a través de transformador
La publicación IEC 60204
recomienda el uso de transformador para alimentar los circuitos de mando, y lo
exige cuando los contactores conectados en este circuito, son 5 o más.
Una característica
típica de la tensión - intensidad secundarias de un transformador de potencia
como los empleados para los usuales circuitos de mando es:
Figura 22
Es evidente que la In
del transformador no puede coincidir con la intensidad de retención del mando
del contactor pues, de serlo, en el momento de la atracción, la caída de
tensión sería tal que el electroimán no podría llegar a completar el cierre
(ver el apartado 2.3: Consumo del electroimán).
La solución está en
sobredimensionar generosamente el transformador, de manera que en las peores
condiciones de arranque (mayor potencia, más contactores simultáneos), la caída
de tensión no sobrepase el límite permitido (- 15%), y que con la carga más
pequeña la tensión no rebase el valor 1,10 Un (límite térmico de la bobina).
5.3.- Cargas alejadas de la red
Este caso suele darse
cuando el motor gobernado está alejado de la red y por razones de regulación o
de automatismo, u otras, es conveniente que el contactor sea instalado en las
cercanías del motor.
Supongamos, por
ejemplo, el caso de una motobomba en un pozo de extracción de agua, con los datos
de la figura 23:
Figura 23
Térmicamente, para 41A
sería suficiente una línea de 10 mm2, pero para no rebasar el límite
reglamentario del 5% de c.d.t. en el punto P, hemos de ir a una línea de 16 mm2
que da una c.d.t. del 4% en régimen normal.
En el momento del
arranque, la c.d.t. en el punto P será de:
4
x 6 = 24%
lo que podría ser
admisible para el motor pero que resulta inadmisible para el contactor C.
Con una línea de 25 mm2,
la c.d.t. durante el arranque aún sería excesiva, pues se va al 16% cuando el
límite según norma está en el 15%.
Podría ser que el
contactor superara este 16%, pero para disponer de un cierto margen de
seguridad deberíamos ir a una línea de 35 mm2.
Pasar de 10 mm2
a 35 mm2, parece un poco fuerte.
Otra solución más
económica podría ser, según la figura 24, mantener la línea principal de 16 mm2,
(Suponiendo que el arranque del motor lo admita), y tirar otra línea auxiliar,
de por ejemplo, 1,5 mm2 para el mando.
Esta línea de mando (2
hilos), tendría una resistencia de 4,8 W.
El electroimán de un
contactor para 22 kW, puede consumir a la atracción unos 200 VA, lo que a 400
V, supone 0,5 A y por tanto una c.d.t. de 2,4 V, lo que supone sólo un
insignificante 0,6%.
Figura 24
5.4.- Circuito de mando de gran longitud
En la sección Límites
normalizados de la tensión de mando, se ha citado la posible retención del
contactor por el efecto capacitivo que se presenta entre conductores que corren
paralelos. Este riesgo es mayor con contactores pequeños, y a medida que crece la
tensión del circuito de mando.
Figura 25
Posibles soluciones:
●
Aumentar la
separación entre conductores
●
Empleo de un
contactor de mayor tamaño (mayor potencia antagonista).
●
Elección de una
menor tensión de mando (mayor intensidad de mando).
● Aumentar el consumo
del circuito de mando, por ejemplo, conectando resistencias en paralelo con la
bobina del contactor.
●
Adopción de mando
por corriente continua
5.5.- Zumbido del electroimán
En corriente alterna se
presenta un zumbido, inherente a la frecuencia de la misma corriente; zumbido
de baja intensidad que generalmente pasa desapercibido, pero que en algunos
casos concretos es molesto.
Si no puede aislarse
acústicamente, una solución es ir al empleo de la corriente contínua para el
circuito de mando.
6.- Protección
Un contactor, aparte de
las funciones de maniobra (arranque y paro), asociado con otros elementos,
puede ejercer también funciones de protección.
No obstante el objeto
de este post, es la protección del propio contactor.
6.1.- Influencias ambientales
Se han de considerar
factores como: contaminantes químicamente agresivos, ambiente salino, formación
de bacterias, mohos u hongos, entrada de pequeños insectos, etc.
Contra estas
influencias, o si hay riesgo de sobrepasar los límites indicados, debe crearse
un microambiente favorable, mediante, por ejemplo: una envolvente adecuada,
ventilación adicional, aire tratado (secado, filtrado, limpiado,...), toma de
aire exterior limpio, calefacción local, sobrepresión en el interior de la
envolvente, insecticidas, etc.
6.2.- Golpes o males tratos
A parte de lo indicado
en 'Posición de montaje' en cuanto a posibles vibraciones y sacudidas
procedentes del trabajo habitual, si es probable la posibilidad de golpes o
malos tratos, deberá usarse la envolvente o las protecciones adecuadas al caso.
6.3.- Variaciones de la tensión de mando
Si la tensión de mando
sobrepasa el límite superior (+ 10%, según norma), aumenta el consumo de la
bobina y ésta puede quemarse.
Si la tensión de mando
no llega al límite inferior (- 15%, según norma), el contactor puede no iniciar
o no llegar a completar el cierre y:
●
La bobina se quema
por quedar en fase de atracción.
●
Los contactos se
destruyen por no cerrar con seguridad.
Cuando las variaciones
de la tensión son siempre en un mismo sentido, puede ser posible compensarlas
eligiendo una bobina para una tensión nominal desplazada de modo que se ajuste
a las condiciones reales.
Si con ello las
variaciones de tensión, siguen rebasando los límites permisibles, pero sólo de
forma esporádica u ocasional, es posible que sea suficiente la protección
mediante un relé de tensión máxima o de tensión mínima, (que puede ser
temporizado o no). También es posible situar un sensor térmico en la bobina o
en sus inmediaciones.
Si las variaciones de
tensión hasta más allá de los límites son frecuentes, los paros originados por
las protecciones, pueden causar tales inconvenientes, que el remedio sea peor
que la enfermedad. Entonces, no quedará más remedio que estabilizar la tensión
de mando, ya sea mediante un estabilizador, o mediante corriente contínua
proporcionada por una batería de acumuladores.
6.4.- Sobrecargas
Las sobrecargas que
pueden presentarse en servicio normal, son las que origina el motor accionado.
Cada motor debe disponer de su protección individual; no es correcto con un
sólo relé de sobrecarga, proteger simultáneamente más de un motor.
Las sobrecargas que en
servicio normal puede originar un motor, van desde un + 10% que aún debe
tolerar el motor, hasta 6 u 8 veces el valor nominal, que corresponden al
momento de arranque o a la situación de motor calado.
Estas sobrecargas son
tolerables durante un cierto tiempo, dependiente de la inversa del cuadrado de
la intensidad. La tolerancia térmica del contactor suele ser superior a la del
motor.
Como la protección
térmica del motor actúa sobre el mando del contactor, al mismo tiempo que
protege al motor, protege también al contactor.
6.5.- Cortocircuito
Una sobreintensidad superior
a la corriente de motor calado sólo puede provenir de una situación de defecto,
como por ejemplo: un cortocircuito en el propio motor, o en la línea que une
contactor y motor.
En el caso de líneas de
poca potencia, con contactores ampliamente sobrados en relación al motor o
carga accionados, es probable que el poder de corte del contactor, sea
suficiente para despejar el cortocircuito previsto.
En los demás casos, y
en general, hemos de considerar al contactor como no apto para operar en
condiciones de cortocircuito. Luego es necesario disponer de algún elemento de
protección ante tal eventualidad.
El elemento de
protección más empleado es el fusible. La protección es correcta cuando el
índice de energía que el fusible deja pasar desde el inicio del cortocircuito
hasta su total extinción (valor I2
t del fusible) es inferior al índice de energía que puede soportar el
contactor (valor I2 t del
contactor).
Estos valores I2 t, los dan los respectivos
fabricantes. A menudo el fabricante del contactor no da el valor I2 t si no que indica ya
directamente cuál es el fusible máximo adecuado.
Cuando el contactor va
asociado a un relé térmico de sobreintensidad; el fusible ha de ser el adecuado
para el relé. Como los relés térmicos tienen un índice I2t inferior al de los contactores de igual calibre,
resulta que al proteger al relé, también se protege al contactor.
7.- Mantenimiento
El contactor es un
aparato que requiere poco mantenimiento, no obstante presenta algunos puntos o
aspectos a los que hay que prestar atención.
Por ello son de
apreciar las ejecuciones que facilitan la inspección interior y el recambio de
componentes. Cuando se trata de cambiar o sustituir un componente siempre es
preferible el uso de recambios originales del fabricante. En la mayoría de los
casos se tratará de materiales especiales difíciles de encontrar en el mercado
(p.e. las cabezas de contacto), o de materiales más corrientes pero de
características y tolerancias estrictas y desconocidas por el usuario (p.e. los
muelles), o de piezas moldeadas que solo el fabricante puede suministrar.
Mantenimiento de los
diferentes componentes del contactor:
7.1.- Electroimán
La avería más frecuente
es el fallo de la bobina; espiras cruzadas, hilo cortado.
En el circuito
magnético los puntos más débiles suelen ser: el entrehierro δ y la
espira de sombra S.
Figura 26
El entrehierro δ a
electroimán cerrado, de origen suele ser del orden de 0,2 mm. A medida que
trabaja el electroimán se desgasta y este entrehierro se reduce pudiendo a la
carga, llegar a desaparecer. Ello se traduce en una reducción progresiva de la
tensión necesaria para la retención del electroimán al producirse la apertura.
Puede llegar al extremo de no abrir el electroimán a tensión nula, retenido por
el magnetismo remanente.
La espira de sombra S,
normalmente de cobre, no siempre queda bien ligada con el resto del núcleo y, a
causa del martilleo del cierre del núcleo se ve sometida a una microvibración
que, a la larga, produce un agrietado y finalmente la rotura. Esto se
manifiesta por un aumento escandaloso y casi repentino del zumbido del
electroimán.
Otra causa de aumento
del zumbido puede ser la interposición de cuerpos extraños entre las
superficies de atracción del electroimán, que impiden que estas asienten
correctamente. Entre estos cuerpos extraños cabe citar:
Partículas desprendidas
del propio contactor: fragmentos de virutas, rebabas, granos de metal fundido.
●
Restos del embalaje.
●
Partículas
procedentes del embornado.
●
Partículas
procedentes del exterior: polvo, motas, semillas, suciedad arrastrada por el
aire.
●
Restos de insectos o
pequeños animales atrapado por el electroimán en cierres anteriores.
7.2.- Contactos
Las cabezas de contacto
suelen ser aleaciones o mezclas con elevado predominio de plata (Ag). Una
característica importante de la plata es que su óxido es conductor
(contrariamente a lo que ocurre con otros metales, como p.e. con el Cu) y
además se descompone a temperatura relativamente baja, con lo que el valor del
arco regenera el metal a su estado inicial.
Por tanto, la práctica
de lijar o limar los contactos para limpiarlos, es perjudicial cuando estos son
de plata, pues solo contribuye a reducir su duración.
Figura 27
Los contactos suelen
componerse de una parte soporte de cobre (latón cuando son de poca intensidad)
y de una placa o pastilla, mayormente de plata, que constituye propiamente la
cabeza de contacto.
En el trabajo normal,
la parte que más se desgasta y erosiona es principalmente la pastilla de
contacto, de manera que se considera agotado el contacto cuando la pérdida de
pastilla deja al descubierto el metal-soporte que hay debajo.
Figura 28
Otro aspecto importante
es la presión de contacto. De esta presión depende la resistencia de contacto y
calentamiento a contactor cerrado. Si esta presión desaparece el contacto puede
destruirse en pocos segundos.
Para garantizar la
presión de contacto, el recorrido RP del puente móvil 4 debe ser superior al
recorrido RC del contacto móvil de manera que siempre disponga de un margen de
recorrido MR.
Para garantizar la
presión de contacto durante la vida de los contactos, el margen de recorrido MR
debe ser superior a la suma del grueso de pastilla del contacto fijo y del
contacto móvil.
Por tanto, la
existencia de un margen de recorrido entre contacto móvil y puente móvil es uno
de los puntos a verificar.
7.3.- Bornes
También aquí es
importante la presión de contacto. Una falta de presión conduce a un
sobrecalentamiento que puede conducir al tostado de las partes aislantes
vecinas, su rotura, su carbonización, y llegar a la inflamación y al
cortocircuito. Será necesario pues verificar periódicamente el calentamiento de
los bornes y de su correcto apretado.
Si al manipular sobre
los bornes ha habido necesidad de apartar alguna protección o cubierta, no se
olvide su restitución al finalizar la intervención.
7.4.- Tolerancias, desgaste
Las actuales
durabilidades de varios millones de maniobras constituyen, desde un punto de
vista mecánico, un número muy elevado de movimientos bruscos de vaivén con su
correspondiente desgaste y riesgo de sobrepasar las convenientes tolerancias
dimensionales.
Algunos tipos de
contactores, en especial de potencias elevadas, presentan dispositivos para
compensar estos desgastes. El fabricante da instrucciones para su uso. También
es posible que el fabricante dé instrucciones de mantenimiento, como p.e.
lubricar periódicamente determinados puntos del contactor. Estas instrucciones
deberán seguirse.
Otras veces, el
desgaste permite desviaciones de las partes móviles que pueden traducirse en
pérdida de simultaneidad o en solapes no deseados entre contactos,
principalmente entre contactos auxiliares. Ello puede provocar funcionamientos
erróneos o peligrosos. Cuando exista este riesgo, vigilar los límites del
desgaste será objeto del mantenimiento.
7.5.- Deformaciones, rozamientos, atascos
Gran parte del
contactor está constituida por piezas de resina sintética (termoplásticos y
termoestables). Es típico de estos materiales experimentar contracciones y
deformaciones con el tiempo. Esta tendencia se acentúa con la temperatura y
bajo esfuerzos mecánicos. Ambos factores están presentes en el contactor.
Las tolerancias
dimensionales de fabricación, entre otros fines, intentan también absorber las
posibles deformaciones que se presentan con el tiempo pero, por causas que
pueden ser complejas, no siempre lo consiguen.
A medida que un
contactor envejece habrá pues que verificar el juego en el movimiento de las
partes móviles, a fin de evitar posibles rozamientos y atascos.
Si hay necesidad de
echar mano de la lima habrá que vigilar no comprometer las distancias de
aislamiento, y más en especial cuando interviene la presencia del arco.
También es de advertir
que los rozamientos y atascos no siempre son consecuencia de deformaciones.
Pueden ser debidos a la presencia de suciedad, cuerpos extraños, piezas
desplazadas, etc.
7.6.- Suciedad, polución ambiental
Si bien una ligera capa
de polvo seco y no conductor puede ser despreciable, en general habrá que
proceder a limpiezas periódicas para evitar acumulaciones fuertes que, cuando
menos podrían reducir la refrigeración y afectar al funcionamiento.
Más graves son las
acumulaciones de:
●
Humedad
●
Agua
●
fluidos agresivos
●
polvo conductor:
metálico, carbón
●
polvo abrasivo:
tierras, cemento, canteras
●
productos
inflamables: harinas, borras
●
otros tipos de
suciedad: aceites, grasas, mohos
●
serrín
●
etc...
Son de mencionar
también aquí las poluciones estacionales que, en general durante pocos días
pero de forma intensa suelen presentarse en determinadas épocas del año. Por
ejemplo:
●
En otoño, las hojas
desprendidas de los árboles.
● En primavera-verano,
semillas y borras vegetales que el aire arrastra o lleva en suspensión en gran
cantidad.
Estos productos se
meten por los rincones, obturan las bocas y conductos de ventilación y, en la
época alta pueden requerir atención constante.
