Universidad Privada del ValleFacultad de INFORMATICA Y ELECTRONICAingenieria ELECTRONICAEvaluacin

Campus MIRAFLORES

EQUIPOS DE PROTECCIONEstudiantes:Victor Mamani ZarateFreddy Tern SevillaJhon Valdivia RomeroDocente:Ing. Jaime PeaMateria:Control y Automatizacin de Maquinas ElctricasLa Paz 21 Agosto del 2015Gestin II 2015

EQUIPOS DE PROTECCION

Introduccin. En toda instalacin elctrica o sistema, ya sea domstica o industrial es necesario tener consideraciones de proteccin al sistema mismo, y ms importante an de los usuarios o personas que pudieran tener contacto con la instalacin o sistema, estas protecciones se utilizan a fin de evitar daar los sistemas en caso de cortos circuitos, sobre cargas etc. A si como de los efectos secundarios de estos problemas sobre la instalacin, como por ejemplo incendios, o descargas elctricas sobre los usuarios o terceros. Existen diferentes tipos de proteccin y de dispositivos diseados a este fin, algunos de las ms importante y ms comunes son los fusibles en los sistemas electrnicos, y los interruptores termomagnticos en las instalaciones elctricas, en este caso se estudiara este ltimo, veremos su funcionamiento, partes, como se opera y donde debe usarse.Interruptor termomagntico. Los interruptores termomagnticos se utilizan, para proteger contra sobrecargas y cortocircuitos a los cables y conductores elctricos. De esa manera asumen la proteccin de medios elctricos contra calentamientos excesivos segn la norma DIN VDE0100 parte 430. Bajo determinadas condiciones los interruptores termomagnticos tambin garantizan la proteccin contra descargas peligrosas por tensiones excesivas de contacto originadas por defectos de aislamiento segn la norma DIN VDE 0100 parte 410. Este dispositivo desplazo al fusible en las instalaciones elctricas ya que presenta una gran ventaja ante este, ya que el fusible al presentarse una falla se abre pero solo acta una sola vez, y el interruptor termomagntico se puede volver a restablecer un nmero indeterminado de veces. Para que pueda accionarse depende de dos tipos de elementos que le dan su nombre:

Trmico: Este elemento consta de dos laminillas con la propiedad de deformarse con el calor provocado por el exceso de corriente, estas se deforman y abren el contacto del circuito.

Magntico: Este elemento consta de dos bobinas, colocadas en serie con los conductores de alimentacin de corriente y producen campos magnticos opuestos y un ncleo o armadura que mediante un dispositivo mecnico adecuado puede accionar unos contactos.

En cambio un fusible requiere el gasto de compra de un cartucho nuevo, su colocacin en la base sometida a tensin y una persona lo bastante capacita da para efectuar las operaciones necesarias. Estas molestias ocasionadas por la fusin de un fusible llevan en muchas ocasiones a colocar cartuchos inadecuados por personas inexpertas, ignorando el peligro que esto puede ocasionar a las personas y aparatos que con l van asociados.

Fig.1 Tipos de interruptores electro-magnticoFuncionamiento.Los interruptores magneto trmicos al igual que los fusibles, se utilizan para la proteccin de los circuitos elctricos contra cortocircuitos y sobrecargas. Comparando los fusibles con los magneto trmicos se podr observar cmo estos ltimos presentan una mayor seguridad y prestaciones ya que interrumpen circuitos con ms rapidez y capacidad de ruptura que los fusibles normales. Su funcionamiento se basa en un elemento trmico formado por una lmina bimetlica que se curva por el calentamiento provocado por el paso de la corriente, cuanto mayor sea sta mayor ser la deformacin. Cuando el bimetal se curva acta sobre el contacto mvil provocando el disparo por efecto trmico (sobrecarga), y un elemento magntico, formado por una bobina cuyo ncleo atrae un elemento que abre el circuito instantneamente al pasar por dicha bobina una corriente de valor definido. Es lo que se denomina efecto magntico (cortocircuito). Mecnicamente, puede decirse que estos interruptores disponen de desconexin libre, es decir, que cuando se produce una desconexin, ya sea por sobrecarga o cortocircuito, el aparato desconecta aunque se sujete la manecilla de conexin. Adems, cuando una fase se ve afectada en la desconexin por magneto trmica bipolar o tripolares, sta se efecta simultneamente en todos los polos mediante transmisin interna, independiente de la pieza de unin entre manecillas.

Fig.2 parte interna del interruptor magneto-trmico

Tipos de interruptores magneto-trmicoEl interruptor est marcado con la corriente nominal en amperios, pero sin el smbolo de la unidad "A": En cambio, la cifra amperio es precedido por una letra "B", "C" o "D" que indica la intensidad de disparo instantneo, que es el valor mnimo de corriente que hace que el interruptor acte sin retardo intencional (es decir, en menos de 100 ms), expresada en trminos de In. As como se clasifico el tipo de fusible tambin podemos hacerlo en los interruptores, por lo tanto tendremos dos grandes tipos de interruptores: Por su uso y nivel de voltaje y por la forma de su curva.

Por uso y nivel de voltaje

Debido a que existen interruptores para todo nivel de voltaje se clasificaran en: Alto, Mediano y Bajo voltaje.

a) Interruptores de alto voltaje: Su accionamiento es dado por un solenoide con proteccin de rels con corriente censada por transformadores de corriente. Son de gran tamao y protege a equipos y barras contra distintas fallas de sobrecarga y tierra. Utilizan medios distintos para evitar el arco elctrico producido por su apertura tales como aceite, vaco o hexafluoruro deazufre.

b) Interruptores de mediano voltaje:Tambin su operacin est dada por rels de proteccin. Generalmente no utilizan sensores de sobrecarga trmica o magntica. Su operacin mecnica puede hacerse mediante un motor o una manivela de mano. Utilizan el vaco como medio para extinguir el arco elctrico.

c) Interruptores de bajo voltaje:Son pequeos y estn hechos de tal forma que puedan ser desmontados sin necesidad de sacar todo el tablero se utilizan en industrias comerciales y viviendas. Su operacin puede ser ajustable en algunos de ellos. En pocos casos su operacin mecnica se realiza por medio de un motor el cual puede ser comandado remotamente. Por la forma de su curvaEn el grfico de la Figura 3 puede verse la curva de desconexin de un interruptor, en la que se aprecia una zona A, claramente trmica, una zona B que corresponde a la reaccin magntica, y la zona de solape C, en donde el disparo puede ser provocado por el elemento magntico o trmico indistintamente.

Fig.3 Curva de desconexin

As, por ejemplo, un punto 3 In corresponder a 30A, si el aparato es de 10A, bien a 75A, si el aparato es de 25A, etc.

Como en casos anteriores, la zona de tolerancia delimita las dos zonas caractersticas de "no desconexin" y de "segura desconexin". As, para una intensidad 2,5 In podra suceder la desconexin entre los 15 y los 60 segundos, siendo correcto cualquier tiempo intermedio de disparo. Los interruptores disponen de desconexin libre, es decir, que cuando se produce una desconexin, ya sea por sobre carga o cortocircuito, el aparato desconecta aunque se sujete la manecilla de conexin. Segn sean los lmites que posea la curva caracterstica de un interruptor, as ser su comportamiento, debiendo adaptar en cada caso el aparato correspondiente a las peculiaridades del circuito que se pretenda proteger. Por estas razones podemos clasificar a los interruptores por la forma de su curva de la siguiente forma: Curva B, Curva C, Curva D, Curva Z y Curva MA. A continuacin se exponen cada una de las curvas por separado, estudiando para cada una de ellas la forma que presentan y las aplicaciones en las que se utilizan.

a) Curva B Estos interruptores actan entre 1,1 y 1,4 veces la intensidad nominal In en la zona trmica y en su zona magntica entre un 3 In y 5 In, o 3,2 In y 4,8 In, segn el tipo de aparato, de acuerdo con las normas EN 60.898 y EN 60947.2, respectivamente. Permiten realizar la proteccin de las personas para longitudes mayores que con la curva C, Se usa en:

Proteccin de conductores. Principalmente en instalaciones de edificios de viviendas con limitaciones.

Fig.4 Curva caracterstica de los interruptores tipo B

b) Curva cEstos interruptores actan entre 1,13 y 1,45 veces la intensidad e corriente nominal en su zona trmica y en su zona magntica entre 5 In y 10 In, o 7 In y 10 In, segn el tipo de aparato, de acuerdo con las normas EN 60.898 y EN 60947.2, respectivamente. Se aplican para evitar los disparos intempestivos, en el caso de la proteccin de receptores, que presentan, una vez en servicio, picos de corriente de cierta consideracin. Se utilizan en las instalaciones de lneas-receptores. Se usa en

Proteccin de conductores. Uso domiciliario sin limitaciones. Aplicacin en instalaciones con elevadas intensidades de conexin o arranque (Motores).

Fig.5 Curva caracterstica de los interruptores tipo Cc) Curva D. Estos interruptores actan entre en la zona trmica con sobrecargas comprendidas entre 1,1 y 1,4 In y en su zona magntica actan entre 10 In y 14 In, de acuerdo con las normas EN 60.898 y EN 60947.2.

Usado en: Proteccin de conductores. 21 Uso industrial con picos de corriente de insercin y arranque elevados (transformadores, capacitores, etc.).

Fig. 6 Curva caracterstica de los interruptores tipo D

d) Curva MA. Curva de disparo magntico exclusivamente, con un valor de 12 In, de acuerdo con la norma EN 60947.2. Se utilizan para la proteccin de motores. Los interruptores automticos equipados con esta curva no son interruptores magneto-trmicos, ya que carecen de proteccin trmica.

Fig.7 Curva caracterstica de los interruptores tipo MA

e) Curva Z. Estos interruptores actan entre 2,4 In e 3,6 In, de acuerdo con las normas EN 60.898 y EN 60947.2. Se utilizan para proteger instalaciones con receptores electrnicos.

Fig.8 Curva caracterstica de los interruptores tipo Z

FUSIBLE:

El fusible, utilizado como elemento componente de una salida a motor, solo debe actuar frente a cortocircuitos. Es decir, las sobrecargas no deben producir la operacin del fusible, por lo cual debe emplearse el fusible de respaldo, llamado para baja tensin tipoaM.La curva caracterstica del fusible aM lo hace insensible a las sobrecargas, siendo diseado el elemento fusible de este tipo de fusibles ms resistente a la fatiga mecnica debida a los esfuerzos de contraccin y dilatacin trmica causadas por las sobrecorrientes de los sucesivos arranques.Se muestra a continuacin una figura donde se comparan las curvas de los fusibles tipoaM y gL (uso general).

La ventaja de los fusibles frente a los magneto trmicos, es que valen poco y poseen elevado poder de corte. Los magneto trmicos tienen la posibilidad de mayor maniobrabilidad (no funden, y cuando actan se pueden poner en servicio de nuevo de forma manual subiendo la palanca). Hay modelos ms sofisticados que mediante un rel adicional permiten incluso el reenganche a distancia (interruptores con fusibles combinados). Los principales inconvenientes de los fusibles son: Al no tener una intensidad mxima para sobrecargas (al estilo de la IMAG = Im2 de los magneto trmicos), se hace delicada la proteccin frente a sobrecargas si no se eligen correctamente los fusibles en funcin de la lnea y receptor a proteger. Errores al sustituir fusibles averiados, como en su momento comentamos. Cuando funden desconectan una fase, y ello es problemtico en receptores trifsicos tales como los motores, donde se sobrecargan los bobinados de las fases que siguen funcionando. No admiten automatizacin. Se tarda ms tiempo en activar la fase del fusible fundido, pues en los trmicos basta con subir la palanca. Constitucin del fusible:

Los fusibles estn constituidos por un cartucho de porcelana de forma variable cuyas tapas son dos cazoletas metlicas que sostienen entre ellas a la lmina fusible. Dicha lmina queda en el interior del cartucho, que va relleno de polvo de slice, que ayuda al enfriado del arco. El arco se produce cuando se funde el fusible (su lmina interna). Adems de ayudar al enfriado, el polvo evita que se pueda regenerar, ya que donde hay polvo de slice, no hay oxgeno del aire.

El fusible de la figura, aparece parcialmente lleno de polvo de slice, para apreciar su lmina interior. La lmina fusible, funde por sobrecarga o cortocircuito. Los arcos de fusin se producen en los estrechamientos que lleva dicha lmina, por ser donde ms resistencia encuentra la corriente a su paso por dicha lmina. En rgimen normal dicha lmina deja pasar con facilidad la corriente, ayudando el polvo de slice a mantener el equilibrio trmico entre el calor generado por la corriente a su paso por la lmina, y el evacuado hacia el exterior a travs de dicho polvo.

Curva de respuesta.

Al igual que vimos con los interruptores magnetotrmicos, los fusibles tienen tambin curva de respuesta, que representan la caracterstica del fusible en un diagrama cartesiano en el que representamos en el eje x la intensidad en A, mientras que en el eje y estara el tiempo en segundos. Hay que tener cuidado con el valor de la intensidad, pues nos encontramos en el eje "x" divisiones principales con potencias de 10, y entre ellas 10 divisiones en escala logartmica, numeradas de dos en dos. Si nos situamos en la tercera divisin, comprendida entre 102 y 103, el valor sera de 300 A. En realidad la curva de respuesta la forman dos curvas, (de tiempos mnimos de respuesta (curva punteada o de prearco) y de tiempos mximos (curva derecha o de arco). La que nos interesa es la de la derecha, por los mismos motivos explicados en los magnetotrmicos. Vamos a analizar la curva de respuesta de un fusible gL gG tpica. Representaremos en el eje x la intensidad que pasa por el fusible en Amperios, y en el eje y, el tiempo en segundos: Como podemos apreciar la curva de fusin del fusible en el eje y+, corta en el infinito a la intensidad nominal, que hace de asntota vertical de dicha curva. De la curva del fusible hay que conocer las siguientes intensidades: Intensidad nominal "IN (A)": Intensidad mxima que puede pasar por el fusible en rgimen permanente. Intensidad de no fusin en tiempo convencional "Inf (A)": Intensidad de sobrecarga, ligeramente superior a la intensidad nominal, que puede pasar por el fusible sin problemas durante el tiempo convencional (dicho tiempo depende de la IN del fusible). Intensidad de fusin en tiempo convencional "If (A)": Intensidad de sobrecarga importante, a la que funde el fusible en el tiempo convencional. Intensidad de fusin en 5 segundos IF5 (A): Es el valor mximo de intensidad que provoca la fusin del fusible en 5 s. Hace el papel de la IMAG de los magnetotrmicos. Intensidad de ruptura-poder de corte del fusible "IPR (A)": Intensidad que define el poder de corte o ruptura del fusible.

Curvas gG de fusibles NH de Crady

La norma UNE 21.103, fija el valor del tiempo convencional "tc", para sobrecargas en funcin de la intensidad nominal IN de los fusibles.

As mismo nos indica la forma de obtencin de las intensidades de no fusin "Inf" y fusin "If" en funcin de la intensidad nominal, para las sobrecargas en dicho tiempo, que reflejamos en la siguiente tabla:

Sobrecargas de tiempo convencional en fusibles (UNE-21.103)

Intensidad nominaldel fusible "IN (A)"Tiempo convencionaltc (h)Intensidad de no fusin InfIntensidad de fusinIf

IN