Contactores, relés de sobrecarga, interruptores y partidores

Un contactor es un interruptor de circuito. En este caso, de 3 polos (tanto para interrumpir circuitos AC como DC) y accionado por una bobina, disponible en varios niveles de voltaje de control AC y DC.

"Carga de utilización" y rangos

La capacidad del contactor de abrir y cerrar el circuito, sin verse afectado por efectos transientes y corrientes que calienten el dispositivo, dependerá obviamente de la carga conectada. Una clasificación de la carga es la de IEC (International Electrotechnical Commission).

Para un mismo interruptor, entre mayor sea el grado ACX más se limitará la corriente nominal de modo de no afectar al dispositivo.

Una vez abierto el circuito, el contactor aísla hasta cierto nivel de voltaje (Ui), más allá de ese voltaje se pueden formar arcos eléctricos entre los contactos. Por lo tanto el voltaje nominal (Ue), debe ser siempre menor que Ui.

Entre los Contactores de LS industrial System existen tres series: Susol, Meta-MEC y Metasol- la primera tiene un voltaje de asilación máximo de Ui entre 600-1000V, y Metasol de Ui = 690V.

Elegir un modelo según los parámetros Ue y ACX

Ue esta dado siempre por el voltaje de la red y es un parámetro conocido y fijo.

In es también un parámetro conocido y fijo, y es la corriente nominal que un circuito consume (motor, o algún otro equipo en particular que se desee controlar).

ACX (AC1, AC2, ..) De la tabla vista anteriormente debe obtenerse un grado.

Según el tipo de carga (ACX) y voltaje nominal (Ue) del circuito, se busca que la corriente nominal que soporta determinado contactor sea la misma que la nominal del circuito, es decir In. Luego con la tabla entregada por el fabricante se selecciona el modelo requerido.

Por ultimo, en las series de LS Industrial Systems, todos los modelos de contactores tienen una variedad de voltajes de control, entre los cuales debe elegir el que más le acomode.

Ejemplo:

Aquí supondremos que tenemos un motor trifásico de 380Vff (Ue) en delta (3P) y que consume In=10A, y que su categoría de utilización es AC3, luego debemos elegir I=12A, que es la primera mayor a 10A. Por lo tanto el modelo a elegir será el MC-12a.

Principio de funcionamiento.

La bobina al ser energizada, mueve un mecanismo que cierra el circuito, recíprocamente, al desenergizarse la bobina, el mecanismo abre el circuito (es decir es un contacto NO).

Además algunos modelos incluyen contactos auxiliares NO y NC (NO=normalmente abierto, NC=normalmente cerrado) para ser usados, por ejemplo, en balizas, o alarmas.

NOTA: Este es un manual referencial sobre el tema, y tiene como objeto explicar y simplificar como seleccionar y usar el producto, no explicarlo a cabalidad. Sin embargo, cualquier aplicación es responsabilidad del instalador, por lo que nos eximimos de toda responsabilidad posterior.

Overload relays (relé de sobrecarga)

Al igual que los "interruptores de sobrecarga y corto-circuito", el relé de sobrecarga, como su nombre lo indica, protege antes sobrecargas de corriente, pero soportan rangos más pequeños, por lo que no ofrecen protección ante corto-circuito. Por lo que deben usarse después de donde haya riesgo de corto-circuito.

Diseñados para proteger motores y circuitos AC, desconectan la carga en caso de fallas de alguna fase, sobrecarga, tiempo prolongado de partida del motor, y falla de rotor bloqueado. Es frecuentemente utilizado junto a un contactor.

Rangos y clases

Casi siempre son utilizados para motores trifásicos asíncronos (caso de los motores "jaula de ardilla"), por lo tanto nos referiremos en particular a esta aplicación.

Sin torque resistente (carga mecánica), el rotor se acelera hasta su velocidad síncrona (ws). Si hay torque resistente, el rotor disminuye su velocidad, aumenta su consumo de corriente y alcanza un equilibrio.

Por asuntos de diseño, existe un corriente nominal (In) que tiene asociada una velocidad nominal (wn) y un torque nominal (Tn), o equivalentemente, una potencia nominal. Cercano a estos valores se considera que el motor esta en el rango de operación normal.

Una situación excepcional es la partida, durante esta, el rotor tiene velocidad cero. Al energizarse, el motor necesita una gran cantidad de corriente para vencer la inercia del rotor (entre mas grande el rotor mas grande la inercia), normalmente la corriente en la partida (Io) es de 5 a 7 veces la nominal (In) y va disminuyendo en la medida que el rotor se acelera (ver figura de curva de sobrecarga).

Sin embargo, esta corriente inicial solo puede recorrer el motor por un corto periodo de tiempo sin dañarlo, de otro modo el cableado interno se sobrecalienta y la cobertura se daña o derrite.

Esta situación es de la que el relé de sobrecarga protege. Dependiendo de cuanto tiempo el relé permita una sobrecarga de corriente antes de cortar el circuito (trip) -para que el rotor alcance la velocidad nominal-, es que los relés se clasifican en clases. Las más comunes son:

Class 10: Permite sobrecarga por 10 segundos.

Class 20: Permite sobrecarga por 20 segundos.

Class 30: Permite sobrecarga por 30 segundos.

Usando un relé en conjuto con un contactores, se obtiene un partidor automático para el motor que lo activará remotamente, y además lo protegerá.

Por ultimo, una vez abierto el circuito, el relé aísla hasta cierto nivel de voltaje (Ui), más allá de ese voltaje se pueden formar arcos eléctricos entre los contactos. Por lo tanto el voltaje nominal (Ue), debe ser siempre menor que Ui.

Entre los relés de sobrecarga de LS industrial System existen tres series: Susol, Meta-MEC y Metasol, la primera tiene un voltaje de asilación máximo de Ui=690V al igual que la serie Metasol.

Elegir un modelo de relé

Todos los relés tienen 3 polos (uno para cada fase). Además, según modelo, poseen contactos auxiliares NO y NC (normal abierto y normal cerrado) para efectos de señalización como balizas, alarmas, u otros.

La elección del producto depende de básicamente de la corriente nominal In del motor y de la clase (Class 10, 20, 30). Por ultimo, se debe decidir si se necesita un relé de protección diferencial o no (protección ante fallas de fase). Sino, se debe decidir si se requieren 2 ó 3 bimetales (heater), que realizan la desconexión al calentarse por la sobrecarga (el tener mas heater`s es más seguro).

Ejemplo:

Suponemos tener un motor de In=9,5A Class 10 y que necesitamos protección antes fallas de fase (diferencial). Luego, nuestro modelo a elegir es el MT-12/3K de 11A, pues 9,5A esta dentro de su rango ajustable (9A-13A).

Modo de empleo y ajuste

Para ajustar el relé a la corriente nominal In, gire el dial con un tornillo.

Para parar (abrir el circuito) presione el botón. Para simular una emergencia tírelo.

Si se ha producido un trip (corte del circuito por alguna falla), el indicador salta.

Luego de ocurrido un trip:

a) En caso de estar seleccionado el modo automático (A), el relé se cierra al enfriarse los bimetales, luego de normalizada la corriente a In.

b) En caso de estar en modo manual (H) presione el botón para volver a cerrar el circuito.

NOTA: Este es un manual referencial sobre el tema, y tiene como objeto explicar y simplificar como seleccionar y usar el producto, no explicarlo a cabalidad. Sin embargo, cualquier aplicación es responsabilidad del instalador, por lo que nos eximimos de toda responsabilidad posterior.

Manual motor starters, MMS (partidor manual)

Partidores para motores tanto mono como trifásicos. Las líneas Meta-MEC y Metasol de LS Industrial Systems consisten en un dispositivo de activación manual (a través de un switch), protege al motor ante corto-circuitos, además de las protecciones de sobrecargas, fallas de fase, tiempos de partida prolongados y falla de rotor bloqueado (parecidos al par "contactor + relé de sobrecarga").

Rangos de funcionamiento.

Todos los modelos son de 3 polos (motores CC los ocupan en serie) y de categoría de utilización AC3 (suficiente para la gran mayoría de las aplicaciones, por ejemplo motores trifásicos tipo "jaula de ardilla")

Este producto es parecido a un "interruptor de sobrecarga y corto-circuito", pues funciona dentro del rango [In, Ics]. Donde Ics esta definido por la corriente máxima de servicio que el dispositivo admite para operar sin dañarse y porque a mayor voltaje de operación menor es Ics.

Si se desea proteger una instalación de un corto-circuito, se debe elegir Ics como la máxima corriente que la red entregue en ese estado. Sino solo se esta protegiendo la instalación de una sobrecarga de corriente.

Una vez cortado el circuito (estado trip), el dispositivo aísla hasta cierto nivel de voltaje (Ui) , más allá de ese voltaje se pueden formar arcos eléctricos entre los contactos. Por lo tanto el voltaje nominal (Ue), debe ser siempre menor que Ui.

Las series Susol, Meta-MEC y Metasol de LS Industrial Systems tienen todos un voltaje de aislación máximo Ui = 690V.

Elegir un modelo según los parámetros In y Ics.

Ue esta dado siempre por el voltaje de la red y es un parámetro conocido y fijo.

In es también un parámetro conocido y fijo, y es la corriente nominal que un circuito consume (motor que se desee proteger).

Ics esta dado por la máxima corriente de corto-circuito, ya que no siempre el valor de I-corto-circuito es conocido o fácil de conocer, conviene elegir Ics lo mas grande posible para asegurar la protección del equipo, pero entre mas alto sea Ics mayor será el costo.

El fabricante adjunta una tabla con los diferentes modelos de interruptores ordenados en rangos de In, desde In=0,16A hasta In=100A. Dentro de cada rango de In hay dos tipos de MMS´s, los de Ics estándar y los de Ics alto.

Para escoger uno en especifico se debe mirar la tabla en el rango In adecuado y con el Ue adecuado, y elegir entre el modelo de Ics estándar o alto, según sea necesario.

Ejemplo:

Acá supusimos un motor trifásico de 380Vff (aproximado como 400V), tipo "jaula de ardilla" AC3 y de In=9,7A, por ultimo sabemos que la corriente de corto circuito es de 65kA. Luego debemos elegir el modelo de Ics alto (hasta 100kA) y de In ajustable. El modelo que nos sirve es el MMS-32H.

Principio de funcionamiento.

Como principio de funcionamiento, el MMS mezcla los mecanismos de un relé e interruptor de sobrecarga. Una vez producida una falla cualquiera, se activa un mecanismo de disparo (trip unit) que abre y corta el circuito. Esto a través de dos formas:

Unidad térmica (TU): Usando bimetales de distinto coeficiente de dilatación, el circuito se abre al pasar una sobrecarga de corriente que los caliente.

Unidad magnética (MU): Usando una bobina que, en base a una fuerza proporcional a la corriente que por ellos circula, desconecta el circuito.

La unidad térmica actúa mas lentamente pero antes sobrecargas del orden de hasta 10*In, mientras que la unidad magnética lo hace mas rápidamente pero ante sobrecargas mayores.

Dentro de la zona menor a 10*In, donde la unidad térmica domina, el MMS permite una sobrecarga de corriente antes de cortar el circuito (trip) –que normalmente es entre 5 y 7 veces In, para que el rotor alcance la velocidad nominal-.

El comportamiento exacto esta detallado en curvas donde el "eje y" es el tiempo que demora en hacerse el disparo y el "eje x" es la corriente de sobrecarga (en unidades de [veces por In]. Es decir: 1 es 1*In, 2 es 2*In y así sucesivamente).

Una curva típica es:

NOTA: Este es un manual referencial sobre el tema, y tiene como objeto explicar y simplificar como seleccionar y usar el producto, no explicarlo a cabalidad. Sin embargo, cualquier aplicación es responsabilidad del instalador, por lo que nos eximimos de toda responsabilidad posterior.

Low voltage circuit breakers (LVCB) -interruptor de sobrecarga caja
moldeada

Interruptor de sobrecarga y corto-circuito para redes de 50/60Hz monofásicas (2P), trifásicas en delta (3P) y en estrella (4P), así como para voltajes DC. Desconecta el circuito cuando la corriente sobrepasa el valor nominal (In).

Rangos de funcionamiento.

El dispositivo funciona dentro del rango [In, Icu]. Donde Icu esta definido por la corriente máxima que el dispositivo puede cortar sin ser destruido por sobrecalentamiento y porque a mayor voltaje de operación menor es Icu.

Si se desea proteger una instalación de un corto-circuito, se debe elegir Icu como la máxima corriente que la red entregue en estado de corto-circuito. Sino solo se esta protegiendo la instalación de una sobrecarga de corriente.

Una vez cortado el circuito (estado trip), el dispositivo aísla hasta cierto nivel de voltaje (Ui). Por lo tanto el voltaje nominal (Ue), debe ser siempre menor que Ui.

Los llamados "Molded Case Circuit Breakers" (MCCB) de LS industrial System ó Interruptor de Caja Moldeada -dentro de los que están las series: Susol, Meta-MEC y Metasol- tienen todos un voltaje de aislación máximo Ui = 750V.

Elegir un modelo según los parámetros In y Icu.

Ue esta dado siempre por el voltaje de la red y es un parámetro conocido y fijo.

In es también un parámetro conocido y fijo, y es la corriente nominal que un circuito consume (motor, o algún otro equipo en particular que se desee proteger).

Icu esta dado por la máxima corriente de corto-circuito, ya que no siempre el valor de I-corto-circuito es conocido o fácil de conocer, conviene elegir Icu lo mas grande posible para asegurar la protección del equipo, pero entre mas alto sea Icu mayor será el costo.

El fabricante adjunta una tabla con los diferentes modelos de interruptores ordenados en rangos de In, desde In=3A hasta In=800A. Dentro de cada rango de In hay generalmente tres tipos de interruptores: los de Icu bajo, los de Icu medio y los de alto Icu.

Para escoger uno es especifico se debe mirar la tabla en el rango In adecuado y con el Ue adecuado, y elegir entre el modelo de Icu bajo, medio o alto.

Ejemplo:

Aquí suponemos que tenemos una red trifásica de 380Vff (Ue) en delta (3P) y que nuestro motor consume 15A (In), y encontramos que la corriente máxima en un corto-circuito es de 19kA, luego debemos elegir Icu=22. Por lo tanto el modelo a elegir será el ABS53c de 15A.

Principio de funcionamiento.

Una vez producida la sobrecarga se activa un mecanismo de disparo (trip unit), que abre y corta el circuito. Hay tres formas en que esto puede ser realizado.

Unidad térmica (TU): Usando bimetales de distinto coeficiente de dilatación, el circuito se abre al pasar una sobrecarga de corriente que los caliente.

Unidad electrónica: Usando un circuito electrónico de potencia.

Unidad magnética (MU): Usando una bobina que, en base a una fuerza proporcional a la corriente que por ellos circula, desconecta el circuito.

Los interruptores de sobrecarga y corto-circuito LVCB de LS Industrial Systems son una combinación TU-MU a menos que se indique lo contrario. La unidad térmica actúa mas lentamente pero antes sobrecargas del orden de hasta 10*In, mientras que la unidad magnética lo hace mas rápidamente pero ante sobrecargas mayores.

El comportamiento exacto (a veces es ajustable y se indica según el modelo) esta detallado en curvas donde el "eje y" es el tiempo que demora en hacerse el disparo y el "eje x" es la corriente de sobrecarga (en unidades de [veces por In]. Es decir: 1 es 1*In, 2 es 2*In y así sucesivamente).

Una curva típica es:

On, off, trip y ajuste de curva

Cualquier MCCB o interruptor de sobrecarga y corto-circuito, posee un switch de tres posiciones y un botón para simular un trip (o condición de corte).

El switch en posición ON esta activo y atento a una sobrecarga (arriba).

En posición OFF esta desactivado y no interrumpiría una sobrecarga (abajo).

Luego de la sobrecarga y una vez efectuado el corte la posición de switch es trip (al medio). Para resetear el interruptor se debe mover el switch a OFF y luego a ON.

El botón de simulación, como su nombre lo indica simula una condición de corte para efectos de verificación.

Para los modelos que lo permiten, el ajuste de curva modifica los límites de los mecanismos de disparo.

NOTA: Este es un manual referencial sobre el tema,
y tiene como objeto explicar y simplificar como seleccionar y usar el producto,
no explicarlo a cabalidad. Sin embargo, cualquier aplicación es responsabilidad
del instalador, por lo que nos eximimos de toda responsabilidad posterior.

Autor:

Tomas