Conceptos Esenciales de Protección y Maniobra en Instalaciones Eléctricas

Anomalías en Circuitos Eléctricos

Sobreintensidades

Sobrecarga

Se produce cuando el consumo de corriente es superior a la intensidad nominal (I_normal) durante un cierto tiempo. Esto puede llevar a un calentamiento excesivo de los conductores.

Cortocircuito

Es una conexión de muy baja impedancia entre dos puntos de un circuito que normalmente tienen una diferencia de potencial. Implica un aumento brusco y elevado de la corriente (ej. I > 3·I_normal), lo que puede causar daños severos.

Contactos Eléctricos

Pueden ser de dos tipos:

• Directos: Contacto de personas con partes activas de la instalación.
• Indirectos: Contacto de personas con masas puestas accidentalmente bajo tensión.

Sobretensiones

Son aumentos de tensión por encima de los valores nominales.

Permanentes

Originadas por descompensaciones en el punto neutro de la red, a menudo por su rotura o fallo. Provocan esfuerzos dieléctricos y una reducción de la vida útil de los equipos.

Transitorias

Son picos de tensión de muy corta duración y gran magnitud. Pueden ser de origen interno (maniobras en la instalación) o externo (descargas atmosféricas, rayos).

Dispositivos de Protección

Fusible

Es un dispositivo que interrumpe el circuito cuando la corriente que circula es superior a la intensidad nominal (I_n) durante un tiempo determinado. Protege eficazmente contra sobrecargas y cortocircuitos.

Relé Térmico

Protege principalmente contra sobrecargas. Su funcionamiento se basa en un dispositivo térmico (bimetal) que, al calentarse por el paso de una sobrecorriente, se deforma debido a la diferencia de dilatación de sus dos metales. Esta deformación acciona un mecanismo que abre el circuito de control, provocando la desconexión del circuito principal.

Interruptores Automáticos o Disyuntores

Detectan y eliminan tanto sobrecargas como cortocircuitos. El control de sobrecargas se realiza mediante un relé térmico (o bimetal), mientras que la protección contra cortocircuitos se efectúa con un dispositivo electromagnético (una bobina que, al detectar una corriente elevada, atrae una armadura de hierro y abre el circuito).

Interruptor Diferencial

Detecta y elimina cualquier anomalía por fuga de corriente en las instalaciones, protegiendo a las personas contra contactos indirectos. Está formado por un interruptor, un disparador y un núcleo toroidal. Su principio de funcionamiento se basa en la Ley de Kirchhoff: en un circuito normal, la corriente de entrada y la de salida (en sentido contrario) se anulan en el núcleo. Sin embargo, si hay una fuga a tierra (es decir, entra más corriente de la que sale), se produce una variación de flujo magnético en el núcleo toroidal. Esta variación induce una corriente en una bobina secundaria que acciona el disparador, abriendo el circuito y desconectando la instalación.

Dispositivos de Mando y Maniobra

Interruptor

Es un dispositivo de accionamiento manual que permite abrir y cerrar un circuito en carga.

Seccionador

Es un dispositivo diseñado para abrir y cerrar un circuito en vacío (sin corriente). Su función principal es aislar una parte de la instalación para realizar trabajos de mantenimiento de forma segura.

Dispositivos de Maniobra y Control de Máquinas

Estos dispositivos gobiernan los elementos que suministran energía a las máquinas. Se distinguen dos tipos de circuitos:

• Circuito de Potencia: Encargado de conectar/desconectar los receptores (ej. Contactor).
• Circuito de Control: Gobierna el circuito de potencia (ej. relés, temporizadores, pulsadores).

Contactor

Es un dispositivo que permite accionar a distancia la conexión/desconexión del circuito de potencia de un receptor. Posee una posición de reposo (estable) y una de trabajo.

Partes de un Contactor Electromagnético:

• Electroimán: Formado por una bobina y un núcleo magnético. Al energizarse la bobina, crea un campo magnético que atrae una armadura móvil, cerrando o abriendo los contactos.
• Contactos Principales (o de Potencia): Conectan/desconectan la corriente del circuito de potencia.
• Contactos Auxiliares: Realizan secuencias de control y señalización en el circuito de mando.

Relés de Control (o de Mando)

Reciben información en forma de señales eléctricas de los elementos auxiliares (pulsadores, sensores, etc.) y elaboran una acción de control.

Tipos de Relés:

• Relés Electromagnéticos: Funcionan de manera similar a un contactor, con una bobina y una armadura que accionan los contactos.
• Relés de Estado Sólido: No poseen partes móviles ni contactos físicos. Su funcionamiento se basa en componentes electrónicos que conmutan el circuito de control o de potencia.

Temporizadores

Son dispositivos que retardan y/o mantienen abierto o cerrado un contacto durante un tiempo preestablecido. Se utilizan para controlar secuencias en la conexión y desconexión de circuitos.

Dispositivos Auxiliares de Control

Encargados de asegurar la interacción hombre-máquina y la detección de estados.

• Pulsador: Dispositivo de accionamiento momentáneo que cierra o abre un contacto mientras se mantiene pulsado.
• Selector: Dispositivo de accionamiento rotativo manual que permite desviar la corriente a diferentes circuitos o seleccionar modos de operación.
• Detectores Mecánicos (Finales de Carrera): Controlan el desplazamiento de partes móviles de una máquina. Las señales obtenidas se utilizan para detener o iniciar una secuencia de operación.
• Dispositivos de Señalización: Informan del estado de una máquina o de un circuito. Pueden ser ópticos (luces indicadoras) o acústicos (bocinas, zumbadores) para alertar sobre fenómenos normales o anormales.

Circuitos Específicos

Arrancador Estrella-Triángulo

Es un método de arranque de motores asíncronos trifásicos que limita la corriente de arranque que consume el motor al conectarse a la red. Durante el arranque, el motor se conecta en configuración estrella (Y), lo que reduce la corriente a aproximadamente un tercio de la que tendría en un arranque directo en triángulo. Una vez que el motor alcanza una velocidad cercana a la nominal, se conmuta a la configuración triángulo (Δ) para su funcionamiento normal. Es importante destacar que, si bien reduce la corriente de arranque, la fuerza (par) de arranque también se reduce.