Protección Eléctrica y Motores: Dispositivos Esenciales en Instalaciones Industriales

Elementos de Protección Eléctrica

• Son dispositivos eléctricos encargados de detectar las anomalías que se puedan producir en las instalaciones eléctricas y actuar en consecuencia, minimizando los efectos que estas pueden causar.

Anomalías Comunes en Instalaciones Eléctricas

• Sobreintensidades: Se producen cuando, a través de un conductor, circula una corriente eléctrica excepcionalmente más alta que la corriente para la que está diseñado.

• Sobrecargas: Exceso de demanda de corriente.

• Cortocircuitos: Consecuencia de un contacto accidental entre dos puntos de diferente potencial en una instalación.

• Defectos de aislamiento: Se originan por la unión entre partes conductoras no activas con partes conductoras activas sometidas a tensiones nominales.

• Sobretensiones: Son aumentos en la tensión o voltaje de una línea por encima del valor que soporta.

• Transitorias: Son picos de tensión muy elevados y de muy corta duración.

• Permanentes: Son incrementos de tensión superiores al 10% de la tensión nominal con una duración mayor a un segundo.

Fusibles: Protección Esencial

• Son dispositivos cuya función es interrumpir sobreintensidades no admisibles y cortocircuitos.

Características Técnicas de los Fusibles

• Tensión asignada: Es el valor máximo de tensión para el cual el fusible está diseñado.

• Intensidad nominal o de calibre: Es el valor de la corriente que el cartucho fusible es capaz de soportar de manera continuada, sin deteriorarse ni sobrecalentarse.

• Poder de corte: Es el valor máximo de corriente que un fusible es capaz de interrumpir.

Tipos de Fusibles

• Según su forma constructiva:

• Cilíndricos: Están construidos con tubo cerámico de alta resistencia a la presión interna y a los choques térmicos, lo que permite un alto poder de corte en un reducido espacio.

• De rosca: Se identifican por su forma de botella. Se diferencian dos tipos: el tipo D y el tipo DO, con distintas intensidades y tensiones.

• De cuchilla o NH: Son fusibles de alta capacidad de ruptura y baja tensión destinados a la protección de circuitos de alta potencia.

• Según la función de protección:

• Primera letra: Indica el tipo de sobreintensidad que puede interrumpir.

  • G: Fusible de protección integral, capaz de interrumpir cualquier sobreintensidad.
  • A: Fusible de acompañamiento. Garantiza la protección contra cortocircuitos, pero no contra sobrecargas prolongadas.

• Segunda letra: Señala el tipo de receptor o circuito que debe proteger. Las más importantes son:

  • G: Para instrumentos de medida.
  • M: Para aparatos de conexión.
  • R: Para semiconductores.
  • L: Para cables y barras colectoras.

• Fusibles más habituales en automatismos:

• gM: Diseñados para la protección integral de motores.

• gG/gL: Indicados para la protección de conductores.

• aM: Para la protección de motores.

Interruptores Automáticos Magnetotérmicos

• Son dispositivos de protección cuya misión es interrumpir sobrecargas no admisibles y cortocircuitos en la instalación eléctrica.

Estructura y Funcionamiento

• Circuito magnético: Está formado por una bobina de desconexión magnética. Cuando se produce un cortocircuito, el aumento súbito de la corriente crea un campo magnético que provoca el desplazamiento del contacto y la apertura del circuito.

• Circuito térmico: Posee una lámina bimetálica. Cuando circula una sobrecarga superior a la corriente nominal del dispositivo, la lámina se calienta y se deforma, provocando la apertura del circuito.

Características Técnicas

• Corriente nominal o de calibre: Es la corriente máxima que circula por el interruptor automático sin producir la apertura del mismo.

• Corriente de disparo magnético: Es la corriente mínima que provoca la apertura inmediata del interruptor.

• Número de polos: Los magnetotérmicos pueden ser unipolares, bipolares, tripolares o tetrapolares.

• Tipo de curva de disparo: Estas curvas determinan la rapidez o lentitud de los disparos magnético y térmico en función de la intensidad.

Magnetotérmicos Industriales

• Están diseñados para proteger circuitos eléctricos de potencias elevadas.

• Interruptores automáticos de caja moldeada: Están formados por una envolvente aislante que aloja y soporta la estructura del mecanismo, los contactos y demás elementos metálicos, conformando un conjunto integral.

• Interruptores automáticos al aire: Se caracterizan por tener una estructura portante metálica visible desde el exterior.

Relés Térmicos

• Un relé térmico es un dispositivo de protección que detecta las sobreintensidades prolongadas.

Para seleccionar un relé térmico, hay que tener en cuenta, básicamente, dos parámetros:

• Corriente del térmico o calibre: Es el valor de corriente a partir del cual las láminas bimetálicas del relé empiezan a calentarse.

• Clase de disparo: Determina el tiempo máximo de intervención del relé térmico en función de la corriente que circula por él.

Interruptores Diferenciales

• Son dispositivos con capacidad de interrumpir la corriente de la instalación cuando detectan posibles corrientes de fuga a tierra en instalaciones eléctricas.

• Estas corrientes de fuga pueden ser ocasionadas por:

• Defectos de aislamiento.

• Personas que tocan partes metálicas puestas a tensión.

• Errores de conexión.

Estructura y Funcionamiento

• Si no existen corrientes de fuga: Las dos bobinas originan en el toro campos magnéticos idénticos pero de signos opuestos.

• Si existen corrientes de fuga: La corriente entrante será algo mayor que la saliente.

Características Técnicas

• Número de polos: Pueden ser bipolares y tetrapolares.

• Tensión asignada: Es el valor máximo de tensión para el que está diseñado el ID.

• Intensidad asignada: Es el valor máximo de corriente que puede soportar un ID en servicio ininterrumpido.

• Sensibilidad: Es el valor de corriente de defecto a partir del cual el dispositivo debe interrumpir la corriente.

Limitadores de Sobretensiones

• Es un dispositivo protector utilizado para detectar cualquier tipo de sobretensión y derivar las ondas de corriente no deseadas y peligrosas a tierra.

Tipos de Limitadores de Sobretensiones

• Según la Categoría de Instalación:

• Categoría I: Equipos muy sensibles destinados a conectarse a una instalación fija.

• Categoría II: Equipos destinados a conectarse a una instalación fija.

• Categoría III: Equipos que forman parte de la instalación fija.

• Categoría IV: Equipos y materiales que se conectan muy próximos al origen de la instalación.

• Según el Nivel de Protección:

• Tipo 1: Nivel de protección basto (protección primaria).

• Tipo 2: Nivel de protección medio (protección secundaria).

• Tipo 3: Nivel de protección fino (protección terciaria).

Motores Eléctricos: Fundamentos y Tipos

• Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma la energía eléctrica que recibe en movimiento giratorio.

Motores de Corriente Alterna (CA)

• Son los más empleados en instalaciones de automatismos industriales, puesto que tienen un rendimiento más alto y un bajo mantenimiento.

Estructura de un Motor de CA

• Estator: Es el componente estático que recibe la energía eléctrica y crea un campo magnético.

• Rotor: Es el componente móvil del motor y se encuentra ubicado en el interior del estator.

Tipos de Motores de CA

• Motores síncronos: Son los motores de CA en los cuales el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético giratorio, debido a que se alimentan directamente de la corriente eléctrica.

• Motores asíncronos: Son los motores de CA en los que el rotor gira a menor velocidad que el campo magnético generado en el estator.

• Los motores asíncronos pueden estar alimentados por corriente monofásica o trifásica:

  • Motores monofásicos: Se alimentan de fase y neutro. Estos motores disponen de dos bobinados, uno principal y otro auxiliar.

  • Motores trifásicos: Se alimentan de tres fases. Según el tipo de rotor, se distingue entre dos tipos de motores:

    • Motores con rotor en cortocircuito o motores de jaula de ardilla: Están formados por barras longitudinales cortocircuitadas mediante anillos que forman los extremos del cilindro.

    • Motores de rotor bobinado: Son motores cuyo rotor está bobinado.

Motores de Corriente Continua (CC)

• Son motores que aplican la generación de un campo magnético permanente o fijo para convertir energía eléctrica en mecánica.

• Los motores de CC pueden ser:

• Motor de excitación independiente: Los devanados del estator y del rotor obtienen la alimentación de dos fuentes de tensión independientes.

• Motor serie: Los devanados del estator y del rotor están conectados en serie y a la misma fuente de alimentación.

• Motor de derivación o motor shunt: Los devanados del estator y del rotor están conectados en paralelo y a la misma fuente de alimentación.

• Motor compuesto o compound: El devanado del estator tiene una parte en serie con el inducido y otra en paralelo.

Protección de Motores Eléctricos

• De seccionamiento: Permite aislar la instalación del motor de la red de alimentación. El seccionamiento de las instalaciones siempre se realiza cuando no está en carga.

• De conexión o desconexión manual de la instalación, en carga: Esta función la realizan los interruptores.

• Contra sobreintensidades: Ya sean sobrecargas o cortocircuitos.

• Contra fugas de corriente: Esta protección la proporcionan los ID.

Arranque de Motores Eléctricos de CA

• Arranque directo: Consiste en suministrar la corriente de la red directamente a los extremos de las bobinas del estator.

• Arranque estrella-triángulo: Consiste en iniciar el arranque con las bobinas estatóricas conectadas en estrella, para pasar a conexión en triángulo cuando el motor haya alcanzado una parte importante de su velocidad de funcionamiento.

Disyuntor Magnetotérmico (GV2)

• Es el resultado de la combinación de un relé magnetotérmico con un interruptor disyuntor en un mismo dispositivo.

• Características Principales:

• Poder de corte: Es el valor máximo de corriente de cortocircuito que puede interrumpir el disyuntor a una determinada tensión y bajo unas determinadas condiciones de trabajo.

• Poder de cierre: Es el valor máximo de corriente de cortocircuito que puede establecer el disyuntor a una determinada tensión y bajo unas determinadas condiciones de trabajo.

Guardamotor

• Es un disyuntor magnetotérmico diseñado especialmente para la protección de motores eléctricos (GV2).

Enclavamiento Mecánico

• KM2 y KM3 no pueden entrar en funcionamiento a la vez porque se produciría un cortocircuito entre fases.

Peines de Conexión

• Son piezas alargadas con capacidad para conectar simultáneamente diferentes elementos de protección, como interruptores automáticos o magnetotérmicos.

PSTT (Protección contra Sobretensiones Transitorias)

• Solución para sobretensiones transitorias, que se puede reemplazar sin necesidad de abrir el cuadro eléctrico, ya que se encuentra en un cartucho independiente.

Envolvente

• Es el elemento que asegura la protección de los materiales contra ciertas influencias externas y la protección, en cualquier dirección, ante contactos directos.

Contactos Eléctricos: Directos e Indirectos

• Contactos eléctricos directos: La persona entra en contacto con partes activas de la instalación o aparatos en tensión.

• Contactos eléctricos indirectos: El contacto se produce con partes que accidentalmente han sido puestas en tensión, como una carcasa mal aislada que toca un cable.