Fundamentos de la Protección y Maniobra en Sistemas Eléctricos Industriales

Componentes Fundamentales de las Instalaciones Eléctricas

Los sistemas eléctricos se componen de diversos aparatos clasificados según su función principal:

• Aparato de Maniobra: Permiten vincular eléctricamente la red con la carga y conducen la corriente para su funcionamiento. Incluyen contactores, arrancadores, variadores de velocidad e interruptores.
• Aparato de Protección: Protegen a las cargas contra sobrecargas, a los aparatos de maniobra contra los efectos de corrientes de cortocircuito, o a las líneas de interconexión contra sobrecargas y cortocircuitos.
• Aparatos de Mando: Vinculan la instalación y a los operadores con los aparatos de maniobra y protección.

Motores Asincrónicos Trifásicos

Estos motores constan de un rotor (parte móvil) y un estator (parte fija). Ambos están compuestos por chapas ranuradas donde se alojan los bobinados. La reacción electromagnética resultante produce la energía mecánica transmitida a la máquina arrastrada a través del eje.

Características del Rotor y Tipos de Motores

En un motor de corriente alterna, el rotor es de varillas de cobre o aleación de aluminio. Los motores pueden ser monofásicos o trifásicos:

• Motor Monofásico (Mono):
  • Se conecta a una red monofásica (dos cables), común en viviendas.
  • Produce un campo magnético pulsante.
  • Necesita una bobina auxiliar para el arranque.
  • Se conecta con cuatro bornes.
• Motor Trifásico (Tri):
  • Diseñado para redes trifásicas (tres cables), usado en grandes instalaciones.
  • Genera un campo magnético giratorio.
  • Posee un par de arranque.
  • Requiere seis bornes de conexión.

Tensión Asignada (V. Asignada)

Los bobinados están diseñados para funcionar a una determinada tensión (V) de red. Un motor trifásico se puede conectar de dos formas principales:

• Conexión en Estrella: (3x400V)
• Conexión en Triángulo: (3x230V)

Interruptores Termomagnéticos Automáticos

Estos dispositivos se utilizan para proteger los cables de una red de distribución contra los efectos de sobrecargas y cortocircuitos, así como para la protección contra el calentamiento de equipos y tensiones de contacto. Por esta razón, no permiten la regulación de ninguna protección.

Funcionamiento

Los interruptores termomagnéticos disponen de dos mecanismos de reacción:

1. Bimetal: Reacciona ante sobrecargas moderadas (protección térmica).
2. Disparador Electromagnético: Reacciona sin retardo ante altas sobrecargas o cortocircuitos (protección magnética).

Curvas de Disparo (Tipos de Protección)

La elección de la curva depende del tipo de carga y la corriente de arranque que se espera:

• Curva A: Protección limitada de semiconductores, circuitos de medición con transformadores y circuitos con conductores largos.
• Curva B: Protección de gran longitud, pero que no permite la inserción de corrientes elevadas de corta duración.
• Curva C: Protección de conductores en instalaciones donde se produzcan corrientes de arranque elevadas (ejemplo: motores, lámparas).
• Curva D: Protección de conductores en instalaciones donde se produzcan fuertes corrientes de impulso (ejemplo: transformadores, capacitores).

Interruptores Diferenciales

Su función principal es proteger la vida de las personas contra contactos indirectos con elementos bajo baja tensión, y proteger edificios contra el riesgo de incendio causado por corrientes (I) de fuga a tierra.

Principio de Funcionamiento

En un sistema trifásico, las corrientes que fluyen por las fases se compensan con el neutro, sumando cero en cada momento. En un sistema monofásico, las corrientes de fase y neutro son iguales. Si hay una falla de aislamiento, parte de la corriente fluirá por tierra hacia el generador. Esta diferencia de corriente es detectada por el interruptor diferencial, desconectando el circuito.

Si alguien toca una parte bajo tensión, el interruptor diferencial lo detecta. Para comprobar su correcto funcionamiento, se debe accionar el botón de prueba periódicamente.

Contactores Tripolares: Maniobra y Control

El contactor es un aparato de maniobra que permite el arranque de motores asincrónicos trifásicos, soportando una corriente de arranque mayor a la asignada.

Estructura y Accionamiento

El contactor consta de un electroimán que acciona un portacontactos. El electroimán se compone del núcleo y la bobina. La tensión de accionamiento del contactor se conecta a la bobina. La tensión de la bobina se debe elegir según la tensión disponible.

Los contactos de maniobra se denominan contactos principales y son los encargados de cerrar o abrir el circuito de potencia.

Mantenimiento del Contactor

Aunque el contactor es un dispositivo ágil, seguro y con una larga vida útil que generalmente requiere poco mantenimiento, se deben seguir ciertas pautas para asegurar su durabilidad:

Consejos Generales

• No lavar el núcleo con solventes; límpielo únicamente con un trapo.
• Nunca lime el núcleo.

Consideraciones sobre Componentes

Bobina de Accionamiento

Al cambiar la bobina, asegúrese de que el núcleo cierre correctamente. Una tensión muy baja no permite el cierre adecuado del contactor, lo que puede quemar la bobina o destruir los contactos. De igual manera, la bobina puede quemarse si se conecta a una tensión mayor a la nominal.

Contactos Principales

Cámbielos si están visiblemente gastados. Si se forman cráteres debido a los arcos eléctricos, no deben limarse.