Hombre del Río, en el Guadalquivir (Córdoba). Autor www.caballano.com

 

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Electrobombas

Cuadro eléctrico

REGLAMENTACION

El cuadro eléctrico de los grupos electrobombas se considera Instalaciones de Baja Tensión, por lo que se regulan mediante el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, aprobado mediante el RD 842/2002, del 2 de agosto. En este Real Decreto 842/2002 se aprueba conjuntamente, el reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, así como las instrucciones técnicas complementarias de la ITC-BT-01 a la ITC-BT-51.

Si nos centramos en los primeros artículos del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, podemos comprobar que tiene por objeto establecer las condiciones técnicas y garantías que han de reunir las instalaciones conectadas una fuentes de suministro de baja tensión, con el fin de:

  1. Preservar la seguridad de las personas y los bienes.
  2. Asegurar el normal funcionamiento de la instalación y prevenir perturbaciones.
  3. Contribuir a la fiabilidad técnica y eficacia económica de las instalaciones.

Precisamente estos son los objetivos que nos estamos marcando a lo largo de esta ponencia.

El cuadro eléctrico ha de estar distribuido de una forma accesible y ordenada, que facilite su interpretación y manipulación, no de los elementos (nivel de usuario) sino la sustitución o  modificación del cuadro. Aún cuando no se prevea ampliaciones de los elementos instalados, es conveniente sobredimensionar el cuadro, ya que en un futuro es posible que necesitemos espacio para incluir nuevos elementos.

CONVENIENCIA DE LOS CIRCUITOS DE MANDO

Debemos de destacar la conveniencia de los circuitos de mando. Cuando se presente alimentar un elemento o sistema eléctrico permitiendo cierto grado de maniobra (no limitada únicamente a la apertura o cierre), es conveniente separar el esquema eléctrico en dos: uno principal o de potencia y otro secundario o de mando (y señalización). El circuito principal será el encargado de transmitir la potencia al elemento accionado. Constará de tres o cuatro hilos o conductores en el caso de alimentación trifásica o de dos hilos en caso de alimentación monofásica o de corriente continua y a los niveles adecuados de tensión (220 V o superior). Estos conductores deberán soportar el paso de la corriente para el que las máquinas estén diseñados.

El circuito de mando será el encargado de realizar las funciones de temporización, autorretención, enclavamiento, etc, que nos permita un mayor control del proceso o dispositivo. Consta de dos hilos por que se trabaja generalmente con tensión alterna monofásica de 220 V o menor. Los elementos que forman parte del circuito de mando no maniobran con elevadas potencias y por tanto no se les exigen las mismas condiciones que los elementos del circuito de potencia (son más baratos).

De todos modos, al separar el circuito en dos, se consigue:

·         Una simplificación en los esquemas, pues se trabajan con dos esquemas diferentes más sencillos.

·         Una ahorro en cableado, pues el mando se encarga a un circuito monofásico en vez de trifásico (el más usual en electrobombas).

·         Un ahorro en los elementos, pues a los elementos del circuito de mando no se les exige las mismas características que a los de potencia.

Si el elemento a alimentar es de escasa potencia y la maniobra que se pretende realizar es simple, no suele haber esta separación, como ocurre en pequeñas bombas domesticas.

NECESIDAD DE LOS ELEMENTOS DE PROTECCIÓN

Además de las acciones de maniobra en las que puede englobarse en lo que se denominaría la operación normal de la instalación, existen otras acciones que son necesarias para proteger los elementos de la instalación o para proteger a las personas. De estas acciones se encargan los elementos de protección.

Dentro del primer grupo, las destinadas a la protección de los elementos, se encuentran todos los dispositivos encargados de detectar condiciones anormales de funcionamiento y de realizar las acciones oportunas para evitar las consecuencias dañinas de ese mal funcionamiento, generalmente interrumpiendo la alimentación del elemento en situación anormal. Esta acción de interrupción a veces es instantánea tras la detección de la situación y otras veces permite cierto retardo en función de la gravedad de la situación. Los principales elementos dentro de este grupo son los relés térmicos o magnetotérmicos y los fusibles, que se encargan de detectar (los relés) o de detectar y despejas (los fusibles) las sobrecargas y cortocircuitos. 

Existen otros muchos relés que detectan, por ejemplo, la apertura de un conductor en la alimentación de motores, fallos en los circuitos de excitación de máquinas síncronas, funcionamiento como motor de alternadores, etc.

En este sentido conviene introducir el concepto de condiciones nominales. Son aquellas por encima de las cuales el equipo no está garantizado que funcione perfectamente durante el periodo de vida del mismo. Si se trabaja por encima de la tensión nominal, es posible que los aislamientos no soporten esta tensión y se produzcan descargas y contorneamientos. También puede dar lugar a corrientes mayores de las esperadas.

Si se trabaja por encima de la intensidad nominal, las pérdidas por efecto Joule son demasiado elevadas y es posible que el sistema de refrigeración del equipo no permita disipar el calor, con lo que la temperatura sube excesivamente y puede dañar el aislamiento. Por otro lado, un par por encima del nominal en una máquina rotativa puede producir una fatiga excesiva del material o directamente ocasionar la rotura del eje.

Dentro del segundo grupo, los que se refiere a la protección de las personas, el principal es el relé diferencial, que detecta fugas de corriente.

 

ELEMENTOS EN UNA INSTALACION ELECTRICA

A continuación se describirán brevemente los principales elementos de los circuitos de mando, protección y potencia de baja tensión. Se utilizan en los cuadros eléctricos en general, y no menos en las instalaciones de electrobombas. Mas adelante se relaciona los elementos mínimos que deberá formar parte en las instalaciones de electrobombas.

a) PULSADOR

Es un contacto que tiene una sola posición estable. Esta posición estable permitirá el paso de corriente y en este caso será un pulsador normalmente cerrado o pulsador de apertura (o pulsador de paro), o bien no lo permitirá y será un pulsador normalmente abierto o pulsador de cierre (o pulsador de marcha).

Cuando el pulsador normalmente cerrado es activado manualmente (se pulsa), el contacto se abre, y abre también el circuito durante el tiempo en que se mantiene pulsado.

Cuando el pulsador normalmente abierto es activado, el contacto se cierra, y realiza la conexión eléctrica entre sus contactos. Al dejar de pulsar, el circuito se abre y cesa la alimentación del elemento maniobrado.

b) CONTACTOR

Es un elemento de accionamiento electromagnético. Su misión es la de establecer la corriente de alimentación de un dispositivo eléctrico (típicamente un motor). Esto se consigue aplicando tensión a la bobina del contactor.

El contactor sirve para comunicar las órdenes finales obtenidas del circuito de mando al circuito principal, aunque no hay contacto eléctrico entre ambos.

Los principales constituyentes son:

  1. El electroimán: Formado por un circuito magnético y una bobina. Es el órgano activo. Cuando se aplica una tensión a la bobina, el yugo (parte fija del circuito magnético) atrae al martillo (parte móvil), y este, en su movimiento, arrastra a todos los contactos que van solidariamente unidos a él. De esta manera, la aplicación de una tensión a la bobina del contactor (dentro del circuito de mando) se transforma en la apertura y cierre de una serie de contactos (del circuito de potencia y también del de mando).

 

  1. Los polos o contactos principales: Son los elementos que establecen y cortan las corrientes del circuito principal. Esto se consigue por separación de sus contactos, lo que produce un arco eléctrico que hay que controlar. Por eso, los contactos de los polos son las piezas que están sometidas al trabajo más duro en el contactor.

 

  1. Contactos auxiliares: Son los elementos que establecen y cortan corrientes en el circuito de mando. Realizan las funciones de señalización, enclavamiento, autorretención, etc.

Normalmente es accionado (directa o indirectamente) por pulsadores (marcha), o relés térmicos.

c) RELÉ

Elemento típicamente usado en protección aunque por su funcionamiento puede desempeñar funciones de maniobra.

Los relés usados en protección, cuando se da una determinada condición indicativa de un mal funcionamiento, se produce la apertura de sus polos (contactos) interrumpiendo la alimentación de un circuito eléctrico o máquina. Esta condición suele ser la de una excesiva intensidad, pero también puede producirse el disparo (apertura de contactos), por una excesivamente grande o pequeña tensión o frecuencia, por una inadecuada dirección de la potencia, por una baja intensidad en el circuito de excitación de máquinas síncronas, etc.

En baja tensión, y para pequeñas potencias consta de un elemento sensible que detecta la condición de apertura y otro elemento actuador que realmente produce la apertura de los polos agrupados en un mismo cuerpo. En alta tensión o con potencias elevadas, estos dos elementos están separados por un órgano sensible (relé propiamente dicho) y el órgano actuador o mecanismo de disparo (disyuntor).

Los principales y más sencillos relés de protección que se encuentran en una instalación eléctrica (y por tanto en el cuadro eléctrico de una instalación de electrobomba) son los:

·         Relés térmicos: que protegen al circuito frente sobrecargas (intensidades por encima de la nominal); no actúan instantáneamente sino que el tiempo que tardan en abrir sus polos (o dar la orden de apertura) depende de cuánto más elevada es la intensidad por encima de la nominal.

 

·         Relés magnetotérmicos: que unen a su característica térmica un elemento que opera instantáneamente por acciones electromagnéticas cuando la intensidad es muy superior a la nominal, previsiblemente porque existe un cortocircuito cercano; la acción magnética puede llevar incorporada un retardo independiente de la intensidad.

Los relés usados en el control se encuentran precisamente en este circuito, con muy típicos los de:

·         Relés de tiempo o temporizados: como los relés de retardo a la conexión que no abren o cierran sus contactos hasta que no han trascurrido un cierto tiempo desde que se le da la orden (desde que se excita la bobina del relé); o los relés de retardo a la desconexión, que conmuta sus contactos cuando se da la orden, manteniendo esta conmutación hasta pasado un tiempo desde que se deja de aplicar dicha orden.

 

·         Relés de conmutación: que abren o cierran sus contactos cuando se alimenta su bobina, sin temporización; se asemejan a los contactores pero sin contactos principales.

d) CORTACIRCUITOS FUSIBLE O FUSIBLE

Elementos únicamente de protección frente a cortocircuitos. Se componen de un hilo delgado que se funde por efecto Joule al ser atravesado por la corriente de cortocircuito. En altas potencias, existen fusibles trifásicos que al fundirse alguno de los hilos, produce la apertura de las otras fases, evitando así una peligrosa (para los motores) alimentación desequilibrada.

Las características de los fusibles dependen del elemento al que protegen. Así los fusibles destinados a proteger dispositivos semiconductores han de fundirse rápidamente al sobrepasar la intensidad nominal mientras que los destinados a proteger motores deben de aguantar las puntas de arranque sin fundirse durante el tiempo que tarda en arrancar los motores.

e) SECCIONADOR

Es un elemento de maniobra más propio de alta tensión. Asegura la apertura de un circuito, por ejemplo para realizar labores de mantenimiento en una línea o equipo. No pueden abrir o cerrar bajo carga (pasando intensidad).

En el caso de poder abrir o cerrar bajo carga, se denomina seccionadores bajo carga. Pueden llevar un fusible incorporado, que actuaría ante cortocircuitos, y sería un ruptofusible.

f) DISYUNTOR

Elemento de protección accionado por un relé. Es capaz de interrumpir corrientes de cortocircuito (muy elevadas). Su poder de corte (intensidad capaz de interrumpir) depende principalmente de las características (y por tanto precio) de los polos y de la capacidad de eliminar el arco que se establece al intentar interrumpir una intensidad elevada por la separación de los polos.

También pueden interrumpir intensidades de operación normal o sobrecarga, o establecer la corriente eléctrica (es más fácil cerrar un circuito y establecer una corriente que abrir el circuito e interrumpir la misma corriente). 

g) INTERRUPTOR

Elemento de protección y maniobra. Interrumpe o establece la intensidad nominal o con leve sobrecarga. Aunque se confunde este término con el de disyuntor, el interruptor propiamente dicho de baja tensión no interrumpe la intensidad de cortocircuito.

Dentro de los circuitos de control en baja tensión es posible encontrarlos como elemento de maniobra, aunque en estos casos se suele emplear otros términos como posicionador, interruptor seccionador, selector, interruptor de posición o conmutador. Es un contacto con dos posiciones estables. En una el contacto está abierto y en la otra, cerrado. Algunos tipos de conmutadores, pueden establecer más de un circuito, o bien abrir un circuito a la vez que cierran otro.

También en baja tensión, pero en el circuito de potencia, sería un elemento de protección contra sobrecargas o también un elemento de maniobra. 

h) PEQUEÑO INTERRUPTOR AUTOMATICO

Elemento de maniobra y protección empleado en instalaciones de baja tensión de poca potencia. Establece y corta la corriente nominal y también la de cortocircuito. Son dispositivos diseñados de forma que al detectar cierto tipo de anomalía en el circuito, ordena su propio disparo, dejando el circuito abierto.

i) INTERRUPTOR DIFERENCIAL

Elemento de protección que detecta los defectos de aislamiento. Da lugar a disparo instantáneo cuando existe una intensidad que se deriva a masa por encima de un determinado valor.

Si existe un defecto de aislamiento, un conductor puede quedar unido eléctricamente a la carcasa o a alguna parte accesible por el personal, con lo que dicha parte estaría a un potencial (tensión) peligroso para el operario. Para evitarlo, si la instalación tiene una adecuada toma a tierra se derivará una intensidad en el momento en que produzca dicho defecto de aislamiento y el interruptor diferencial interrumpirá la alimentación no permitiendo la conexión hasta que no se detecte y repare el defecto.

ELEMENTOS DE UN CUADRO ELECTRICO PARA UNA ELECTROBOMBA

La caja deberá estar normalizada, y acorde al ambiente en el que se instale. Observaremos su fácil acceso, su nivel de aislamiento, su rigidez mecánica y siempre estará conectada a tierra. Los elementos que formarán el cuadro eléctrico podemos clasificarlos según su función:

  1. Maniobra:

·         Contactores

·         Autotransformadores, o resistencia estatóricas, o variadores de frecuencia.

·         Pulsador paro/marcha

·         Comutador Automatico-Manual

  1. Protección:

·         Fusibles

·         Disyuntor

·         Relé termico

·         Relé de sonda

·         Relé diferencial

  1. Medida:

·         Voltímetro

·         Conmutación del voltímetro

·         Amperímetro por fase

·         Indicador de nivel

·         Pilotos de señalización

·         Cuenta horas

 

REGULACIÓN DE RELES TERMICOS PARA MOTORES TRIFASICOS

POTENCIA UTIL

220 V

380 V

CV

KW

In (A)

REGULACION

In(A)

REGULACION

MÍNIMO

MÁXIMO

MÍNIMO

MÁXIMO

0,5

0,37

1,74

1,7

2,4

1,10

1,2

1,7

0,75

0,55

2,48

2,4

3,5

1,44

1,2

1,7

1

0,74

3,10

2,4

3,5

1,79

1,7

2,4

1,5

1,10

4,47

3,5

5,2

2,59

2,4

3,5

2

1,47

5,74

5,2

7,5

3,32

3,35

5,2

2,5

1,84

7,17

7,5

11

4,15

3,5

5,2

3

2,21

8,52

7,5

11

4,93

5,2

7,5

4

2,95

11,1

11

16

6,4

5,2

7,5

5

3,68

13,4

11

16

7,8

7,5

11

10

7,40

25,3

23

35

14,6

12,5

20

15

11

37,4

30

48

21,7

17

26

20

14,7

49,4

43

65

28,6

23

35

25

18,4

61,0

56

90

35,3

30

48

30

22,1

72,4

56

90

41,9

30

48

40

29,5

96,6

80

135

55,9

43

65

50

36,8

118

80

135

68,3

56

90

80

58,9

184

160

250

107

80

135

100

73,6

226

160

250

131

110

170

125

92

279

250

400

162

160

250

150

110

335

250

400

194

160

250

200

147

446

400

650

259

250

400