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TECNOLOGÍA ELÉCTRICA

TEMA 2

APARAMENTA ELÉCTRICA DE BAJA

TENSIÓN

APARAMENTA ELÉCTRICA DE BAJA TENSIÓN

CONCEPTOS GENERALES.

- Condiciones de funcionamiento de los circuitos eléctricos

Línea L• VACIO I = 0

• FUNCIONAMIENTO NORMALI ? In

• FUNCIONAMIENTO ANORMALI > In

• SOBRECARGAS I ? 2-3 In

• CORTOCIRCUITOS I >> In

LI

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INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA APARAMENTA

- CONCEPTO DE APARAMENTA

Dispositivos que permiten la conexión y desconexión de partes de una instalación

- APERTURA DE UN CIRCUITO INDUCTIVO

Al ionizarse el medio

-Aparece el arco

- Sube la Tª

El dispositivo de corte

Debe producir la rápida extinción

APERTURA DE UN CIRCUITO INDUCTIVO

- Acumulación de cargas en los contactos.

- Aparición de un campo eléctrico intenso entre los contactos ( E? ? ? Ua ? ? ).

- Aparición de iones en el medio que separa los contactos (Ruptura dieléctrica).

- Colisión de iones ? con contacto negativo (cátodo) ? Tcátodo ? ? (? 80000C).

- Emisión termoiónica masiva; emisión de vapores metálicos; ionización total del

medio. ? MEDIO TOTALMENTE CONDUCTOR ? ARCO ELÉCTRICO.

El dispositivo de corte debe limitar la duración del arco (ms). - Extinguiéndolo (c.c.)- Evitando el reencido (c.a.)

CONSECUENCIAS DE LA APERTURA- Calentamiento de los contactos.- Ionización del medio.- Erosión de los contactos.

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MAGNITUDES DE DEFINICIÓN DE LA APARAMENTA

Valor nominal

Valor de una magnitud que aplicada permanentemente al aparato no

provoca problemas de funcionamiento ni averías en el aparato.

Valor asignado

Valor de una magnitud fijado para un funcionamiento especificado del aparato.

Intensidad prevista

Es el valor de la corriente que circularía en el circuito si cada polo del aparato fuera

sustituido por un conductor de impedancia despreciable.

MAGNITUDES DE DEFINICIÓN DE LA APARAMENTA

Poder de corte

Máximo valor de la corriente que un dispositivo es capaz de interrumpir en unas

condiciones determinadas.

Condiciones

- Tensión Ue ( Ue ? , Ic ? ) - ? = L/R, cos? (cos? ? , Ic ? ) ? ? , Ic ?- Estado del dispositivo tras el corte

- En servicio ( vida ? ? , Ic ? ? ) - Servicio limitado- Fuera de servicio ( Ic ? ? )

- Ciclo de maniobras (Nº consecutivo aperturas ? , Ic ? )

- Corte en c.c. ? Apagar el arco

- Corte en c.a. ? Evitar reencendidos

Poder de cierre

Igual al poder de corte, pero referida a la I a establecer.

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CARACTERÍSTICAS DE APARAMENTA ELÉCTRICA

NORMA UNE EN 60947

INTERRUPTOR AUTOMÁTICO INTRODUCCIÓN

Normativa: UNE EN 60947 - 2

ConceptoAparato mecánico de conexión. Capaz de corriente en

FuncionesMANDO: Conectar y desconectar partes de la instalación.

PROTECCIÓN: Desconectar automáticamente en caso de

sobrecorriente (SOBRECARGA O CORTOCIRCUITO) antes de que la

instalación sufra daños. Características

Elevado poder de corte ( 3 ~ 100 KA).Apertura automática, sin aporte externo de energía.

Nº de maniobras, Frecuencia de maniobras, bajos.

CONSTITUCIÓN DEL I.A.CONTACTOS: CÁMARA DE EXTINCIÓN MECANISMO (Principales y de arco)(fijos -móviles) DISPARADORES MEDIO DE CORTE: SF6, VACIO

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INTERRUPTOR AUTOMÁTICO

INTERRUPTOR AUTOMÁTICO

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INTERRUPTOR AUTOMÁTICO

INTERRUPTOR AUTOMÁTICOCONTACTOS PRINCIPALES Y CONTACTOS DE ARCO

FUNCIONES DEL MECANISMO

• Efectuar el cierre independiente.

• Acumulación de energía (para apertura automática).

• Mantener contactos a presión adecuada.

• Realizar el movimiento de apertura (cont. de arco y cont. principales.

DISPARADORES

DIRECTOS (PRIMARIOS):• Recorridos por la I del circuito principal.• Forman parte del interruptor.

INDIRECTOS (SECUNDARIOS):• Accionados por una señal eléctrica independiente del circuito principal.• Pueden añadirse al I.A.

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DISPARADORES DIRECTOS O PRIMARIOSRecorridos por la I del circuito principal

Forman parte del interruptor

DE SOBREINTENSIDAD Y TIEMPO INVERSO

DISPARADOR TÉRMICOPARA SOBRECARGAS

DE SOBREINTENSIDAD CON RETARDO INDEPENDIENTE

DISPARADOR ELECTROMAGNÉTICO

PARA CORTOCIRCUITOS

DISPARADORES INDIRECTOS O SECUNDARIOS

DE EMISIÓN DE CORRIENTE

bobina del disparador bobina del

disparador

b0: contacto abierto de un relé

DE MÍNIMA TENSIÓN

b0: contacto cerrado de un relé

Accionados por una señal eléctrica independiente del circuito

principal

Pueden añadirse al I.A.

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INTERRUPTOR AUTOMÁTICO CON DISPARADORES 1º Y 2º

CARACTERÍSTICAS DE LOS I.A.

• Nº de polos: unipolar, bipolar, tripolar, tetrapolar.

•Tipo de corriente: continua o alterna ? f

• Tensión asignada Un

.-Tensión de empleo asignada, es a la que se refieren los poderes de corte y de

cierre, y las categorías de comportamiento en cortocircuito.

.- Tensión de aislamiento asignada, es el valor que lo define y al que se refieren los

ensayos dieléctricos, las distancias de aislamiento y las l íneas de fugas.

• Corriente asignada, In (16 - 4000 A).

Corriente térmica asignada, es la que puede soportar el interruptor en servicio

indefinido.

•Poder de corte asignado en cortocircuito (1.5 - 100 KA)

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Categoría de comportamiento en cortocircuito

Categorías decomportamientoen cortocircuito

Secuencia asignada demaniobras para los ensayos del

poder de cierre y de corte encortocircuito

Estado después de losensayos en cortocircuito

P-1 O – t - CODebe ser capaz de

asegurar un servicioreducido

P-2 O – t – CO – t - CODebe ser capaz de

asegurar un servicionormal

Nº de disparadores y tipo:• Disparador primario de tiempo inverso (térmico) (intensidad de disparo ajustable, retardo ajustable).

•Disparador primario de retardo independiente (magnético), (int. disp. ajustable, retardo ajustable).

•Disparadores secundarios (disp. remoto, por relés)

EVOLUCIÓN DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO C.C. TRIPOLARES ALIMENTADOS DESDE LA RED

Ik: CORRIENTE PERMANENTEDE CORTOCIRCUITO

Valor eficaz de la componente alterna de la corriente de c.c. prevista.

Característica de I2 t

? ?t

kIfdti0

2 )(

I2 t ? Energía que deja pasar el I.A. durante un c.c., que se disipa en el elemento protegido. ? ??? ???

t

c

t

cccabledisipada tIRdtiRdtiRW0

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0

2

Comp. unidir.kI 2

icc

icc

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• Curvas características It • Curva I2 t

• Curvas características de limitación de corriente

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• EJ: I.A. con 3 disparadores primarios

•Sobreintensidad:

- tiempo inverso ajustable (a)

•Sobreintensidad:

-Retardo independiente ajustable

(zt)

-Intensidad de reacción ajustable

(zi)

•Sobreintensidad:

- Retardo independiente no

ajustable

- Intensidad de reacción ajustable

(n)

Ejemplos de curvas de disparo

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Ejemplo de curva real de disparo de un catálogo

Ejemplo de curva real de disparo de un catálogo

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Ejemplo de curva real de disparo de un catálogo

INTERRUPTOR MAGNETOTÉRMICO Normativa: UNE EN 60898

ConceptoPequeño Interruptor Automático (P.I.A.) para usos domésticos y

análogos (sector terciario).

Características•1 Disparador térmico + 1 Disparador Electromagnético directo o primario, ambos sin posibilidad de regulación.

• No admiten disparadores secundarios.

• Características de disparo I/t normalizadas.

•Nº de polos: unipolares, bipolares, tripolares , tetrapolares .

• Un [230 - 400 V] In[6 - 125 A] Icn[1,5 - 25 KA]

• Frecuencia asignada [50 - 60 Hz]

• Curvas características de disparo I/t. Disparador térmico

a) Intensidad convencional de no disparoInt = 1,13 In : Máxima corriente que NO provoca el disparo antes de un tc.

b) Intensidad convencional de disparo:

It = 1,45 In: Mínima corriente que provoca el disparo antes de un tc.

I < Int ? No dispara I > It ? Sídispara

Tc = 1 h (IN ? 63 A) Tc = 1 h (IN ? 63 A)

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Disparador electromagnético

Tipo Margen inferior Margen superior

B 3 In 5 In

C 5 In 10 In

D 10 In 20 In

Tiempo límite t ? 0,1 s t ? 0,1 s

Curva B: protección de líneas de

gran longitud

Curva C : protección de líneas con

consumos de iluminación.Curva D : protección de equipos

con intensidades de arranque

altas

Márgenes de disparo instantáneo

Características de conexión UNE EN 60898• (1) Valor constante de la corriente de no

desconexión Int = 1,13 In : t > 1 h• (2) Valor constante de la corriente de

desconexión It = 1,45 In ? t < 1h• (3) 2,55 In:t < 1 m (In ? 32 A) t < 2 m (In > 32 A)• (4) 2,55 In t > 1 s

(5) Tipo B: 3 In : t ? 0,1 s(6) 5 In : t < 0,1 s

7. Tipo C: 5 In : t ? 0,1 s8. 10 In : t < 0,1 s

9. Tipo D: 10 In : t ? 0,1 s10. 20 In : t < 0,1 s

Curva I/t del ICP

Características de conexión UNE 20.317.88 del ICP

1. Valor constante de la I de no desconexiónInt = 1,1 In : t > 1 h

2. Valor constante de la I de desconexiónIt = 1,55 In : t < 15 m (In 1,5A + 10A)

1,5 In : t < 15 m (In 15A + 45A)

(3) 2,25 Int = 2,48 In:t < 1 m (In 1,5A + 30A)t < 2 m (In 35A + 45A)

(4) 2,25 Int = 2,48 In: t > 1 s

(5) 5 In : t > 0,1 s (6). 8 In : t < 0,1 s

Curva I/t de Guardamotores

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Curvas de disparo de catálogo de Interruptores Magnetotérmicos

Curvas de disparo de catálogo de Interruptores Magnetotérmicos

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FUSIBLES Normativa: UNE EN 269-1

Concepto:

Dispositivo que abre el circuito en el que está instalado, cuando

la corriente que circula por él provoca, por calentamiento, la

fusión de uno o varios de sus elementos previstos para este fin.

Conjunto portador

• Base

• Portafusible

• Contactos

Cartucho fusible

• Contactos

• Envolvente aislante

• Elemento fusible

• Material extintor

• Percutor Indicador de fusión

Constitución

Elementos de un fusible Fusible cilíndrico

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Fusible tipo petacaFusible cilíndrico de alto poder de ruptura

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Qgenerado = Rf I2 Qevacuado = K ( Tfus – Tamb. )

EQUILIBRIO ? Qgenerado = Qevacuado ? Tfus = Teq

Si I ? ? Qgen. ? ? Tequ.?

Si I < In ? Tequ. < Tfusión ? NO FUNDE

Si I > In ? Tequ.> Tfusión ? FUNDE

para I dada (I > In):

- tF : tiempo de FUNCIONAMIENTO

- tf : tiempo de PREARCO

- ta : tiempo de ARCO

tF = tf + ta

Para t > 0,1 s ? tF ? tf

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Características

Base y conjunto portador

• Un [ 120 - 690 V ca ] [ 110-750 V cc ]

• Corriente asignada In

• Clase de corriente [ cc; ca, f ]

• Nº de fases

Cartucho fusible

• Tensión asignada Un

• Intensidad asignada In [ 2 - 1250 A ]

• Clase de corriente [ cc; ca, f ]

• Potencia asignada disipada

• Poder de corte > 100 KA

• Tensión de restablecimiento

•Desconectadores fusibles

• Interruptores fusibles

•Seccionadores fusibles

Utilización de fusibles en combinación

Características I/t ( de funcionamiento, de arco)

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Características I/t

Condiciones: Tamb. = Tfus inicial = 20 º

Tolerancias: Para t dado error de I <± 10 %

Parámetros curvas I/t Selectividad entre fusibles

Inf: Intensidad convencional de no fusión.

If: Intensidad convencional de fusión.tc: tiempo convencional

Corriente asignada In para gG Tiempo Corriente convencionalIntensidad característica Ich convencional

para gM (A) (h) Inf If

In < 16 116 ? In ? 63 1

63 < In ? 160 2 1,25 In 1,6 In160 < In ? 400 3

400 < In ? 4

La selectividad para

tiempos inferiores a 0.1 segundos depende de las curvas I2 t

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Hoja de catálogo de curvas de fusibles

DENOMINACIÓN DE LOS FUSIBLES: 2 LETRAS

1ª Letra: Zona de corte; Rango de I en el que fusible corta y proporciona protección adecuada.

2ª Letra: Categoría de empleoTipo de elemento a proteger:

- cable (G), motor (M)- semiconductor (R)

- minería (B)

Protección efectiva:? característica I/t fusible por debajo de característica

Iadm/t del elemento

Denominaciones usuales:

• gG ? cables • gM, aM ? motores • gB ? minería

• gR, aR semiconductores

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FUSIBLES LIMITADORES

VENTAJAS DE LOS FUSIBLES• economía del aparato en relación con el servicio que presta, reducido volumen

INCONVENIENTES DE LOS FUSIBLES• Dificultad de protección contra sobrecargas• En labores de mantenimiento se puede reemplazar un fusible por otro

de calibre superior obteniéndose una falsa protección.• En sistema trifásico, si se funde una sola fase pueden seguir funcionando las máquinas sobrecargando las otras dos fases.

APLICACIONES DE LOS FUSIBLESProtección contra cortocircuitos

CONTACTOR Normativa: UNE 20-109; EN 60947 - 2

Concepto

• Aparato mecánico de conexión con una sola posición de reposo.

• Accionado de cualquier forma menos MANUAL.

??

??

?

??

??

?

RINTERRUMPISOPORTARESTABLECER

•Capaz de

la corriente en el circuito donde está instalado en condiciones normales de utilización, incluso con sobrecargas, NO EN C.C.

Funciones? MANDO: Conectar y desconectar partes de la instalación.

Características

•Elevada frecuencia de maniobra

[ 10 ? 103 M/h ].Vida [ 105 ? 107 Man]• Mando eléctrico a distancia.• Fácil integración en sistemas de automatización, puede se mandado por otros dispositivos, puede accionar otros

dispositivos.

CONSTITUCIÓN DEL CONTACTOR

• SISTEMA DE ACCIONAMIENTO

• CONTACTOS PRINCIPALES

• CONTACTOS AUXILIARES

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CONSTITUCIÓN DEL CONTACTOR

• Sistema de accionamiento ?

Electroimán

• Contactos principales

• Contactos auxiliares ( ctos

auxiliares, de maniobra o

señalización).

SISTEMA DE ACCIONAMIENTOElectroimán alimentado con c.c.

Electroimán alimentado con c.a.

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CONTACTOS PRINCIPALES

Propiedades

• ? conductividad eléctrica y térmica.

• ? resistencia de contacto.

• ? tendencia a pegar o soldar.

• ? resistencia a la corrosión

producida por el arco.

• ? resistencia mecánica.

Materiales

• Plata-Cadmio.

• Plata-Paladio.

• Plata-Níquel.

Formas de los contactos

CONTACTORES

CLASIFICACIÓN DE LOS CONTACTORES SEGÚN:

- Tipo de corriente (cto principal) - Medio de corte

- Tensión del circuito principal - Tensión de mando

- Capacidad de ruptura de corriente

CARACTERÍSTICAS GENERALES

•Nº de polos de los contactos principales [bi, tri tetrapolar]

•Tipo de corriente del cto principal [cc; ca, f]

• Medio de corte [aire, vacío y SF6]

• Circuito de mando

•Tipo de corriente, frec.

•Tensión de mando

• Circuitos auxiliares

•Nº de contactos [ 2 NA + 1 NC]

•Tipo de tensión, frecuencia

•Tensión

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VALORES ASIGNADOS

• Tensión asignada:

- de aislamiento

- de empleo

• Intensidad térmica asignada (serv. 8 h)

• Intensidad de empleo

(relativa a una clase de servicio)

• Servicios asignados: - servicio de 8 h - servicio ininterrumpido

- servicio temporal - servicio intermitente

- Clase, NºMan/h, Factor de Marcha

•Poder de corte asignado:Valor de la intensidad, que puede cortar, sin desgaste “apreciable” en las condiciones de corte especificadas en una CATEGORÍA DE EMPLEO.

CATEGORÍA DE EMPLEO:Conjunto de condiciones de utilización normalizadas, que corresponden a una aplicación real, que determinan las condiciones en las que se efectúa el corte y que sirven para facilitar al usuario la selección de los

contactores.

SERVICIO INTERMITENTE

Clase Nº de maniobras por hora

1 ? 13 ? 3

12 ? 1230 ? 30

120 ? 120300 ? 300

1.200 ? 1.200

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CATEGORÍA DE EMPLEO

Algunas categorías de empleo.

Categorías deempleo

Aplicaciones

AC-1 Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia.

AC-2 Motores de anillos rozantes: Arranque y desconexión.

AC-3 Motores de jaula de ardilla: Arranque, desconexión a motor lanzado.

AC-4 Motores de jaula de ardilla: Arranque, inversión de marcha, marcha a

impulsos.

AC-5a Mando de lámparas de descarga.

AC-5b Mando de lámparas de incandescencia.

AC-6a Mando de transformadores.

AC-6b Mando de baterías de condensadores.

DC-1 Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia.

DC-3 Motores derivación.

DC-5 Motores serie.

DC-6 Mando de lámparas de incandescencia.

APLICACIÓN DEL CONTACTOR

Ejemplo: Arrancador estrella- triángulo

Circuito de potencia

Esquema unifilar

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APLICACIÓN DEL CONTACTOR Ejemplo: Arrancador estrella- triángulo

Circuito de maniobra

INTERRUPTORES Y RELÉS DIFERENCIALES

INTRODUCCIÓN:Son dispositivos que detectan las corrientes de fugas, o corriente diferencial, desde conductores activos de la instalación (fases y neutro).

FUNDAMENTOS DE LA PROTECCIÓN DIFERENCIAL SISTEMA DE DETECCIÓN

Instalación sana

I1 + I2 + I3 + IN = 0 ? t (U = 0)

Instalación con defecto

I1 + I2 + I3 + IN = 0 ? t (U ? 0)

? Ii = 0 ? ? R = 0

? Ii ? 0 ? ? R ? 0 ? eR =0

SHSB

IldH

?? ???

??? ?

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INTERRUPTORES DIFERENCIALES

(1) Transformador de intensidad diferencial(2) Disparador(3) Mecanismo de retención de contactos móviles(4) Juego de contactos móviles(5) Circuito de prueba

RELÉS DIFERENCIALES

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INTERRUPTOR DIFERENCIAL

Normativa: UNE 20-383-75

•I? n: Corriente diferencial nominal (sensibilidad).- Alta sensibilidad ? 10, 30 mA ?.- Baja sensibilidad ? 300, 500 mA ?

•I? n,nf: Corriente de no funcionamiento• In: Intensidad nominal ? 16 - 250 A ?• Un: Tensión nominal

• Nº de polos ? bipolares, tripolares,tetrapolares ?• Característica I/t

Características

???

??? ? ? nnf?n, I

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I

Poder de corte ? 1.5 - 5 KA ?

PROTECCIÓN CON INTERRUPTORES DIFERENCIALES

TRANSFORMADOR Y RELÉ DIFERENCIAL

(1) Transformador diferencial.(2) Relé diferencial.(3) Disparador indirecto del interruptor automático, de emisión de corriente o de mínima tensión.(4) Interruptor automático magnetotérmico.

PROTECCIÓN SELECTIVA