Informe de Partida Directa

Inacap Maipú. Electricidad Industrial.

Comando eléctrico industrial

Informe de partida directa

Nombre Alumno (s): Pablo Caro. Caro. Nombre Profesor: Miguel Ceballos. Fecha: Abril de 2013 Sección: 733.

Índice - Índice……………………… Índice…………………………………………………. …………………………..……………..…… .……………..…………………………2 ……………………2 - Introducción y objetivo...……………………………..……… objetivo...……………………………..………………..……….... ………..………................ ..................3 ......3 - Marco teórico………………………… teórico……………………………………………………… ……………………………………………………. ………………………...…4 ..…4 - Marco práctico (desarrollo de la actividad)……………………… a ctividad)…………………………………………………. ………………………….5 5 -Pruebas y comprobación comproba ción de la inducción electromagnética….…………………………...5 -Trabajo de investigación……………………… investigación…………………………………………………… ……………………………………………….6 ………………….6 - Conclusión……………………… Conclusión…………………………………………………… ………………………………........... …....................... ......................... ..................33 .....33

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Introducción Este informe describirá la experiencia a realizarse en laboratorio de comando eléctrico industrial que será el arranque de un motor trifásico por medio de una partida directa La manera más sencilla y básica de arrancar un motor, esta se realiza conectando el estator directamente a la línea, con sus respectivas protecciones, en cuyo caso el motor desarrolla durante el arranque el par que señala su característica velocidad, además de diferenciar los circuitos de fuerza y control e identificar sus componentes e investigar sobre las protecciones y componentes de esta.

Objetivo 1. Reconocer y conectar circuitos de control a distancia para circuitos trifásicos en forma práctica los conocimientos entregados en las clases teóricas. 2. Conocer en forma práctica los componentes y elementos que conforman una partida directa. 3. Características del circuito de control y circuito de fuerza Componentes para realizar una partida directa. Se necesitan los siguientes componentes

Materiales y herramientas 1 Pulsador de color rojo y 1 pulsador de color verde 1 interruptor termo magnético monopolar  1 interruptor termo magnético tripolar (la capacidad de corte debe ser de acuerdo a los motores disponibles) tornillos, pernos o roscalatas ( según corresponda de acuerdo al panel de trabajo a utilizar) tableros de montaje  juego de destornilladores  Alicates Fuente de alimentación trifásica 1 contactor tripolar con un contacto auxiliar normalmente abierto (N.A) y un contacto normalmente cerrado (N.C) 1 relé térmico. Set de cables de conexión • • •

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Marco teórico Circuitos de fuerza y control Esquema de Cto. Fuerza y Control Normativa DIN.

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Esquema de Cto. Fuerza y Control Normativa NEMA.

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Desarrollo de la actividad

Panel de prueba a trabajar

Experiencia en práctica

En laboratorio practicamos la partida directa de un motor trifásico, en el panel de pruebas a partir de un circuito dado por el profesor en la pizarra, empezando por  identificar y separar los circuitos de fuerza y luego los de control, luego el profesor nos hizo incluir una botonera de partir/parada junto con preguntas sobre la experiencia, luego dio instrucciones de cambiar el sentido de giro del motor con preguntas relacionadas con lo aprendido en clases.

Trabajo de investigación

Protecciones Pulsadores Interuptores termicos

Relé térmico Un relé térmico es un aparato diseñado para la protección de motores contra sobrecargas, fallo de alguna fase y diferencias de carga entre fases. Valores estándar: 660 V c.a. para frecuencias de 50/60 Hz. El aparato incorpora dos contactos auxiliares (NO-97-98 y NC-95-96), para su uso en el circuito de mando. Dispone de un botón regulador-selector de la intensidad de protección. Sirva el ejemplo: In.: 1,6 hasta 3,2A. Además, incorpora un botón de prueba (STOP), y otro para RESET.

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Funcionamiento

Si el motor sufre una avería y se produce una sobreintensidad, unas bobinas calefactoras (resistencias arrolladas alrededor de un bimetal), consiguen que una lámina bimetálica, constituida por dos metales de diferente coeficiente de dilatación, se deforme, desplazando en este movimiento una placa de fibra, hasta que se produce el cambio o conmutación de los contactos. El relé térmico actúa en el circuito de mando, con dos contactos auxiliares y en el circuito de potencia, a través de sus tres contactos principales. Simbología normalizada:

Características del relé térmico SUS CARASTERISTICAS MÁS HABITUALES SON: -TRIPOLARES: son usados en cualquier tipo de fase -monofásicos,bifásicos y trifásicos-. Su componente principal, es un conjunto de tres bimetales, que se dispara cuando el coeficiente de dilatación se sobrepasa. -COMPENSADORES: La curvatura que adoptan las biláminas no sólo se debe al calentamiento que provoca la corriente que circula en las fases, sino también a los cambios de la temperatura ambiente. Este factor ambiental se corrige con una bilámina de compensación sensible únicamente a los cambios de la temperatura ambiente y que está montad en oposición a las biláminas principales. Cuando no hay corriente, la curvatura de las biláminas se debe a la temperatura ambiente. Esta curvatura se corrige con la de la bilámina de compensación, de forma tal que los cambios de la temperatura ambiente no afecten a la posición del tope de sujeción. Por lo tanto, la curvatura causada por la corriente es la única que puede mover el tope provocando el disparo. Los relés térmicos compensados son insensibles a los cambios de la temperatura ambiente, normalmente comprendidos entre –40 °C y + 60 °C. -SENSIBLES A UNA PÉRDIDA DE FASE: Este dispositivo provoca el disparo del relé en caso de ausencia de corriente en una fase (funcionamiento monofásico). Lo componen dos regletas que se mueven solidariamente con las biláminas. La bilámina correspondiente a la fase no alimentada no se deforma y bloquea el movimiento de una de las dos regletas, provocando el Página 7

disparo. Los receptores alimentados en corriente monofásica o continua se pueden proteger instalando en serie dos biláminas que permiten utilizar relés sensibles a una pérdida de fase. Para este tipo de aplicaciones, también existen relés no sensibles a una pérdida de fase. -REARME AUTOMATICO O MANUAL: El relé de protección se puede adaptar fácilmente a las diversas condiciones de explotación eligiendo el modo de rearme Manual o Auto (dispositivo de selección situado en la parte frontal del relé), que permite tres procedimientos de rearranque: 

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Las máquinas simples que pueden funcionar sin control especial y consideradas no peligrosas (bombas, climatizadores, etc.) se pueden rearrancar automáticamente cuando se enfrían las biláminas. En los automatismos complejos, el rearranque requiere la presencia de un operario por motivos de índole técnica y de seguridad. También se recomienda este tipo de esquema para los equipos de difícil acceso. Por motivos de seguridad, las operaciones de rearme del relé en funcionamiento local y de arranque de la máquina debe realizarlas obligatoriamente el personal cualificado.

-GRADUACION EN "AMPERIOS MOTOR": Visualización directa en el relé de la corriente indicada en la placa de características del motor. Los relés se regulan con un pulsador que modifica el recorrido angular que efectúa el extremo de la bilámina de compensación para liberarse del dispositivo de sujeción que mantiene el relé en posición armada. La rueda graduada en amperios permite regular el relé con mucha precisión. La corriente límite de disparo está comprendida entre 1,05 y 1,20 veces el valor indicado.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS RELES TERMICOS TRIPOLARES: Los relés térmicos tripolares poseen tres biláminas compuestas cada una por dos metales con coeficientes de dilatación muy diferentes unidos mediante laminación y rodeadas de un bobinado de calentamiento. Cada bobinado de calentamiento está conectado en serie a una fase del motor. La corriente absorbida por el motor calienta los bobinados, haciendo que las biláminas se deformen en mayor o menor grado según la intensidad de dicha corriente. La deformación de las biláminas provoca a su vez el movimiento giratorio de una leva o de un árbol unido al dispositivo de disparo. Si la corriente absorbida por el receptor supera el valor de reglaje del relé, las biláminas se deformarán lo bastante como para que la pieza a la que están unidas las partes móviles de los contactos se libere del tope de sujeción. Este movimiento Página 8

causa la apertura brusca del contacto del relé intercalado en el circuito de la bobina del contactor y el cierre del contacto de señalización. El rearme no será posible hasta que se enfríen las biláminas.

CLASES DE DISPARO: Los relés térmicos se utilizan para proteger los motores de las sobrecargas, pero durante la fase de arranque deben permitir que pase la sobrecarga temporal que provoca el pico de corriente, y activarse únicamente si dicho pico, es decir la duración del arranque, resulta excesivamente larga. La duración del arranque normal del motor  es distinta para cada aplicación; puede ser de tan sólo unos segundos (arranque en vacío, bajo par resistente de la máquina arrastrada, etc.) o de varias decenas de segundos (máquina arrastrada con mucha inercia), por lo que es necesario contar con relés adaptados a la duración de arranque. La norma IEC 947-4-1-1 responde a esta necesidad definiendo tres tipos de disparo para los relés de protección térmica: • Relés de clase 10: válidos para todas las aplicaciones corrientes con una duración de arranque inferior a 10 segundos. • Relés de clase 20: admiten arranques de hasta 20 segundos de duración. • Relés de clase 30: para arranques con un máximo de 30 segundos de duración

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Interruptor automático de motor (GUARDAMOTOR) Los interruptores automáticos de motor utilizan el mismo principio de protección que los interruptores magnetotérmicos. Son aparatos diseñados para ejercer hasta 4 funciones: 1.- Protección contra sobrecargas. 2.- Protección contra cortocircuitos. 3.- Maniobras normales manuales de cierre y apertura. 4.- Señalización. Este tipo de interruptores, en combinación con un contactor, constituye una solución excelente para la maniobra de motores, sin necesidad de fusibles de protección. En la figura podemos ver dos circuitos diferentes de alimentación de un motor según dos procedimientos; el primero utiliza los fusibles de protección de líneas, el imprescindible contactor y su relé térmico; el segundo solamente utiliza un interruptor  automático de motor y un contactor. Las diferencias son notables, así que veamos los inconvenientes y ventajas estudiando la composición del interruptor automático de motor.

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Como ya hemos dicho, estos interruptores disponen de una protección térmica. Cada uno de los tres polos del interruptor automático dispone de un disparador térmico de sobrecarga consistente en unos bimetales por los cuales circula la intensidad del motor. En caso de una sobrecarga el disparo se produce en un tiempo definido por su curva característica. La intensidad de disparo térmico es regulable dentro de ciertos límites. Para el modelo KTA3 de Sprecher existen 13 modelos con intensidades comprendidas entre 0,1 A hasta 25 A. disponiendo cada uno de ellos de un campo de reglaje determinado. La protección magnética o disparador magnético de cortocircuito consiste en un electroimán por cuyo arrollamiento circula la corriente del motor y cuando esta alcanza un valor determinado se acciona bruscamente un núcleo percutor que libera la retención del mecanismo de disparo, obteniéndose la apertura de contactos en un tiempo inferior a 1 ms. La intensidad de funcionamiento del disparador magnético es de 11 a 18 veces la intensidad de reglaje, correspondiente a los valores máximo y mínimo del campo de reglaje. Otra característica interesante en este tipo de aparatos es la limitación de la corriente de cortocircuito por la propia resistencia interna del interruptor, correspondiente a los bimetales, disparadores magnéticos y contactos. Este efecto disminuye a medida que aumenta la intensidad nominal del aparato.

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Gracias al diseño optimizado de las piezas de los contactos y de las cámaras de extinción, estos aparatos tienen un poder de corte muy elevado. Así, por ejemplo, a 380V. el poder de corte es de 100 kA. para los aparatos de hasta 6,3 A; de 6,3 - 10 A. el poder de corte es de 10 kA, y de 10 - 25 A. el poder de corte es de 6 kA. Una tecla de conexión START y otra de desconexión STOP o RESET permiten el mando manual del interruptor, lo cual le faculta para que en ciertos circuitos se pueda prescindir del contactor. Un botón giratorio, situado a un costado del interruptor, permite seleccionar la función T "TRIP", de disparo con señalización y bloqueo de la reconexión directa. Esta función tiene la misión de que en el caso de disparo por sobrecarga o cortocircuito la tecla STOP se desplace a una posición intermedia, aproximadamente a la mitad de su carrera total, indicando con ello el motivo de la desconexión. Para efectuar la nueva conexión manual es necesario pulsar a fondo la tecla STOP.

Estos interruptores, en su lateral izquierdo, disponen de un alojamiento para la colocación de un bloque de contactos auxiliares. Un contacto normalmente cerrado y otro normalmente abierto pueden servirnos para todas aquellas funciones de señalización que deseemos.

También es posible desconectar a distancia estos interruptores, ya que se dispone, en su lateral derecho, de alojamiento para colocar una bobina de disparo por emisión de tensión, o una bobina de disparo por mínima tensión. Con todo lo dicho sobre los interruptores automáticos de motores KTA3-25, es posible llegar a la conclusión de que aunque estos interruptores no supongan el sistema ideal de protección, pueden sustituir ventajosamente a los grupos fusibles/relés térmicos utilizados para la protección de motores Página 12

Interruptor Diferencial trifásico El Interruptor Diferencial (ID), también conocido antiguamente como "salvavidas", es un elemento fundamental en cualquier instalación eléctrica. La etimología de su nombre ya nos indica que se trata de un aparato que se rige por "diferencias", pero, ¿en qué? Si pensamos en cualquier instalación eléctrica habitual, nos encontraremos con una alimentación trifásica compuesta de tres cables de fase y un cuarto cable de neutro. El trasiego de corriente eléctrica en ellos sigue aquel latiguillo tan televisivo de "las ovejas que entran por las que salen". Quiere esto decir que en un circuito eléctrico la corriente que llega por uno de los cables ha de ser la misma que vuelva por los cables de retorno. Como sabemos, en un circuito monofásico el retorno se produce por el neutro mientras que en un circuito trifásico sin neutro el retorno se produce mutuamente entre las fases. Si en un circuito eléctrico existe algún problema de estanqueidad eléctrica el latiguillo anteriormente mencionado deja de cumplirse porque habrá una fracción de la corriente que no circulará por el circuito eléctrico establecido, y este hecho precisamente supone un gran peligro para las personas y para las cosas.

El ID es precisamente un centinela que en todo momento se encarga de comprobar que no existen fugas de corriente en el circuito establecido, y si se produjeran, se encarga de disparar su mecanismo que interrume el suministro de corriente, pero, ¿en qué condiciones se produce ese disparo?. Dependerá de las características intrínsecas del ID, que paso a describir a continuación:

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- CALIBRE: Es el amperaje máximo que puede soportar ese diferencial sin que peligre su integridad. Hay que recordar que un diferencial es capaz de protegerse contra cortocircuitos e incluso proteger a la instalación que alimenta, pero NO está preparado ni para proteger ni para protegerse contra sobrecargas. Quiere esto decir que un diferencial ha de ir siempre protegido por un magnetotérmico de igual o menor calibre en cabecera de ese circuito. Si el diferencial estuviera en cabecera, se ha de cumplir  que la suma de los calibres de los magnetotérmicos que cuelgan del diferencial no puede supera el calibre de éste. Los calibres habituales son 25, 40, 63, 80 A, etc. Hasta 63 A el diferencial puede ser de paso directo de corriente, pero a partir de 80 A y para simplificar los mecanismos de disparo los diferenciales son de medida indirecta mediante-toroidales.

- SENSIBILIDAD: Éste es un punto muy importante a la hora de elegir un diferencial. La sensibilidad nos indica el nivel de fuga de corriente (medida en miliamperios) que producirá su disparo. Este punto determina la diferencia entre la vida y la muerte en un contacto con algún circuito con fuga eléctrica. El valor de sensibilidad es un valor límite por debajo del cual no se producirá disparo. La sensibilidad no indica la velocidad con la que se producirá el disparo, aunque como norma general ésta ha de ser lo más alta posible (del orden de milisegundos). Las sensibilidades habituales suelen ser de 10, 30, 300 y 1000 mA, aunque existen sensibilidades superiores e incluso diferenciales de sensibilidad-regulable. Como norma general se usan diferenciales de 30 mA en instalaciones dondel el contacto humano sea el habitual (sobre todo en viviendas), llegando al caso extremo de los 10 mA en jacuzzis e hidromasajes. Las sensibilidades de 300 mA en adelante se usan en máquinas con corrientes de arranque altas, en diferenciales generales, en máquinas sumergibles con poca probabilidad de contacto humano, etc. De todos modos, más adelante profundizaré sobre la elección de sensibilidad de diferenciales en una instalación.

- Nº DE POLOS: La cuestión parece trivial, dos polos en el caso de diferenciales pensados para circuitos monofásicos y cuatro polos en el caso de circuitos trifásicos con o sin neutro. Sin embargo, quisiera añadir un matiz en este segundo caso que seguramente abrirá los ojos a más de una persona a la hora de hacer el diseño de subcuadros en instalaciones de cierto tamaño. Hoy en día, como norma general se instalan cables de neutro de sección idéntica al de los cables de fase. Si hablamos de secciones elevadas, el añadir el cable de neutro puede suponer un desembolso que puede ahorrarse en algunos casos. Muchos electricistas piensan erróneamente que para que un diferencial de 4 polos funcione éste ha de estar alimentado por las tres fases y el neutro, y están cometiendo un gran error. Y digo error porque es muy frecuente el diseño de subcuadros en los que los diferenciales solo alimentan receptores trifásicos sin neutro, con lo que el cable de neutro es perfectamente prescindible con el consiguiente ahorro en materiales que puede suponer. ¿Para qué sirve entonces el cable de neutro en un diferencial de 4 polos? Suponiendo que ningún receptor lo necesite, el cable de neutro sólo sirve para que el botón de Página 14

TEST del diferencial pueda funcionar. Que cada cual saque sus conclusiones. Existe otro tipo de diferencial, el llamado TOROIDAL el cual en sí no dispone de polos de entrada y salida. Su funcionamiento se basa en el uso de un toroidal por el centro del cual pasan los cables de alimentación, y sobre el cual se genera una corriente inducida en el caso de exista un desequilibrio entre corriente circulantes (desequilibrio entre retornos). Esa corriente se puede asociar a una fuga de corriente determinada y mediante un analizador ya tenemos un sistema de protección diferencial.

Interruptor Automático Magnetotérmico Es un aparato utilizados para la protección de los circuitos eléctricos, contra cortocircuitos y sobrecargas, en sustitución de los fusibles. Tienen la ventaja frente a los fusibles de que no hay que reponerlos. Cuando desconectan el circuito debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se rearman de nuevo y siguen funcionando. Su funcionamiento se basa en un elemento térmico, formado por una lámina bimetálica que se deforma al pasar por la misma una corriente durante cierto tiempo, para cuyas magnitudes está dimensionado (sobrecarga) y un elemento magnético, formado por una bobina cuyo núcleo atrae un elemento que abre el circuito al pasar por  dicha bobina una corriente de valor definido (cortocircuito)

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Desconexion termica

En caso de sobrecarga la deformación de la lámina bimetálica provoca la apertura de los contactos

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Desconexión magnética

En caso de cortocircuito la corriente que atraviesa el solenoide tiene una magnitud tal que produce el desplazamiento del núcleo que a su vez provoca la apertura de los DESCONEXIÓN-RECONEXIÓN

SELECTIVIDAD La selectividad asegura que la apertura del interruptor se produzca en aquel situado más próximo al defecto. Grados de selectividad: A) selectividad total: la condición anterior se produce para todos los valores de corriente. B) selectividad parcial: cuando por encima de determinados valores de corriente se produce el disparo simultáneo de más de un interruptor.

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Tipos de selectividad: Selectividad amperimétrica. El interruptor que esté aguas abajo debe cortar el circuito ante cortocircuitos, antes de que lo haga el superior  Selectividad cronométrica. El interruptor que esté aguas abajo debe cortar el circuito en un tiempo inferior al de aguas arriba para una misma sobreintensidad Filiación. Efecto cascada o protección back-up. Permite el empleo de un interruptor con un poder de corte inferior a la corriente de cortocircuito prevista en el punto donde está instalado, con la condición de que exista otro dispositivo de protección instalado aguas arriba que posea el poder de corte necesario.

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CURVAS DE DISPARO

Pulsadores Un botón o pulsador es un dispositivo utilizado para activar alguna función. Los botones son de diversa forma y tamaño y se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en aparatos eléctricos o electrónicos. Los botones son por lo general activados al ser pulsados, normalmente con un dedo. Corriente mientras es accionado. Cuando ya no se actúa sobre él vuelve a su posición de reposo. Puede ser el contacto normalmente cerrado en reposo NC, o con el contacto normalmente abierto NA. Descripción Consta del botón pulsador; una lámina conductora que e stablece contacto con los dos terminales al oprimir el botón, y un muelle que hace recobrar a la lámina su posición primitiva al cesar la presión sobre el botón pulsador.

Tipos Diferentes tipos de pulsadores: (a) Basculante. (b) Pulsador timbre. (c) Con señalizador. (d) Circular. (e) Extraplano.

Funcionamiento El botón de un dispositivo electrónico funciona por lo general como un interruptor eléctrico, es decir en su interior tiene dos contactos, al ser pulsado uno, se activará la función inversa de la que en ese momento este realizando, si es un dispositivo NA (normalmente abierto) será cerrado, si es un dispositivo NC (normalmente cerrado) será abierto.

Usos En las aplicaciones industriales y comerciales, los botones pueden ser unidos entre sí por una articulación mecánica para que el acto de pulsar un botón hace que el otro botón para ser puesto en libertad. De esta manera, un botón de parada se puede "forzar" un botón de inicio para ser puesto en libertad. Este método de unión se utiliza en simples operaciones manuales en las que la máquina o proceso no tienen circuitos eléctricos para el control. Página 19

Conclusiones Mediante el desarrollo de la experiencia anterior estamos capacitados para realizar el primer laboratorio, puesto que se conocen detalladamente los componentes sumados a los conocimientos entregados por el profesor en clases. Podemos decir que la partida directa es la forma más sencilla de arrancar un motor de baja potencia, sin embargo, siempre hay que verificar la dimensión de las protecciones y los elementes respecto al motor que vamos a utilizar y a si evitar posibles fallos y reducir los riesgos. Identificamos y diferenciamos las características y funciones de los circuitos de fuerza y control de una partida directa. Estamos capacitados para poder seguir avanzando en sumar nuevos conocimientos en lo que se refiere a conexiones de circuitos de fuerza y control.

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