10.1 Tipos de relés.

Los interruptores magnetotérmicos de potencia pueden llevar asociados en función de las posibilidades que los fabricantes dotan a sus diferentes gamas, relés magnetotérmicos de dos tipos o naturalezas diferentes:

a)    Relés analógicos magnetotérmicos

b)    Relés electrónicos

c)    Relés controlados por microprocesador, con pantalla.

Veamos cada uno de ellos.

a)    Relés analógicos magnetotérmicos   

Protegen tanto a sobrecargas como frente a cortocircuitos. Vamos a abordar su estudio, tomando como referencia los relés TM de Merlin Gerin, que son relés calibrados.  

Los relés TM, se instalan en interruptores NS de dicho fabricante. Los dígitos que acompañan al modelo del relé, expresan su calibre (intensidad máxima que regula). Dicha cifra, tendrá que ser menor o igual, que la que acompaña al modelo de interruptor NS (que para ser equipado con TM puede ser NS-100, 160 ó 200 A), que sería la intensidad nominal del interruptor. Así por ejemplo, en un interruptor NS-100, podremos instalar  relés TM curva D desde el calibre 16A hasta el calibre 100 A. También podríamos instalar relés TM curva G desde el calibre 16 A hasta el calibre 63 A. Es decir, los relés TM16D a TM100D, y los relés TM16G a TM 63G.

Lo que no debe hacerse, y afortunadamente hay un mecanismo antierror que impide su acoplamiento, sería instalar un relé TM200D en un NS100, ya que la intensidad de regulación del relé superaría a la que podría soportar el interruptor.

La protección a sobrecargas, se realiza mediante un dispositivo térmico de valor umbral regulable.

Dicha intensidad umbral o intensidad de regulación sería aquella intensidad, cuyo valor de regulación se establece en función de la intensidad nominal del relé, llamada INcalibre.

Una vez regulada en el relé, el interruptor la sirve de modo permanente (Es como si pudiésemos establecer la intensidad nominal del dispositivo no sólo en su valor, sino por debajo de ella en función del margen de regulación que nos ofrece el aparato).

Para establecer el valor umbral ó intensidad de regulación, el relé dispone de una rueda selectora que nos permite elegir que su valor sea de 0,8 a 1  del valor de la intensidad nominal del relé ó calibre:

Esto, se suele hacer girando una rueda selectora hasta la posición deseada.

Ejemplo: Si colocamos el selector de la IR en 0,9 en un relé TM80D, asociado a un interruptor NS100, ¿Cuánto valdrá su valor umbral o intensidad de regulación frente a las sobrecargas?

  • Protección frente a los cortocircuitos con los relés convencionales o analógicos
Nos podemos encontrar con relés magnéticos de valor umbral (I = Im2 = IMAG) fijos o regulables.

Este valor umbral, como sabemos, es el que nos protege frente a las pequeñas corrientes de cortocircuitos (I  <=  Ipccf).

En los relés TM fijo, el valor umbral puede cambiar con el modelo.  Así, en el modelo TM16G que se puede montar en los interruptores NS100, NS160 y NS250 tiene fijado el valor umbral en "Im =  4,5 x IN-CALIBRE". Sin embargo en el TM16D, que se puede instalar en los mismos interruptores, estaría en 12 veces el valor de la intensidad nominal ó calibre del relé. Por todo ello, habría que fijarse en la curva de respuesta del relé, para determinar su valor, lo cual está en función de la aplicación que busquemos y de la selectividad que podamos realizar.

En los modelos TM regulables, como sucede con los TM200D y TM250D, que también podemos instalar en dichos interruptores, el sistema de regulación suele ser mediante rueda selectora, que permite elegir un valor umbral de 5 a 10 veces la intensidad nominal del relé (calibre).

Para la protección frente a intensidades de cortocircuitos, tanto en los fijos como en los regulables,  el tiempo de respuesta  es fijo (  < 10 ms).

En el frontal del relé que incorporamos al interruptor, se puede observar un pequeño esquema de la curva de respuesta (que se elige de modo fijo). Las flechas bidireccionales, nos indican las magnitudes que podemos regular.

  • Curva de respuesta
Veamos la curva de respuesta del relé analógico, fijándonos en el modelo calibrado TM250D de Merlin Gerin:
Grágfico de curva de respuesta de un modelo de relé analógico
En la zona térmica, sabemos que el selector del TM250D, nos permite elegir de 0,8 a 1 el valor del calibre del relé.

La curva izquierda, sería aquella en la que la intensidad que pasa por el relé coincide con la de regulación. Por ello, una vez que posicionemos el selector en el valor de regulación que queramos, podemos comprobar como para una sobrecarga de tiempo convencional de dos horas, el disparo se produciría en la curva derecha cuando se alcance una sobrecarga del 30% de la intensidad de regulación ( Si ISC = 1,3 IR ==> td = 7.200 s ).

En la zona magnética, el umbral de disparo lo podemos regular en el TM250D entre 5 y 10 veces el valor de la intensidad nominal o calibre del relé. Dicha regulación la podemos establecer, en función del tipo de carga, el valor de la Ipccf, y la selectividad.

El valor umbral, deberá ser superior a los picos de corriente que se nos puedan presentar, e inferior, que la intensidad permanente de cortocircuito más pequeña que podamos tener.

b)    Relés electrónicos 

Al igual que sucede con los analógicos, los relés electrónicos pueden ser calibrados o no calibrados, según que en la regulación tomen como referencia su propia intensidad (calibre del relé) o la del interruptor automático.
Ejemplo de curva de relé electrónico
Un ejemplo de lo anteriormente dicho, sería el relé STR22SE  que es calibrado. Sin embargo, el STR23SE es del tipo no calibrado. Ambos son de Merlin Gerin.

Problema: ¿Cuál es el valor de protección frente a sobrecargas de un interruptor automático compact NS250, equipado con el relé electrónico STR22SE de calibre 160, regulado con I0 = 0,7 e IR = 0,9?

Nota: Io establece una fracción del calibre (en este caso del 70%), mientras que IR realiza un ajuste fino de la Io (en este caso del 90% de dicho 70%).

Solución:
IumbralSC = INCALIBRE x Io x IR = 160 x  0,7 x 0,9 = 100,80 A

Problema: ¿Cuál es el valor umbral de protección frente a sobrecargas de un compact NS630, equipado con un relé electrónico STR23SE, tal que Io = 0,8 y la IR = 0,93?
Solución:
IumbralSC = IN x Io x IR  =  630 x  0,8 x 0,93 = 468,72 A

¿A qué intensidad produciría el disparo del térmico a sobrecargas de tiempo convencional, para dicha regulación?

Solución:
If = 1,3 x IumbralSC (IEC947.2) = 1,3 x 468,12 = 609,34 A

Nota: Si comparas los relés analógicos TM estudiados, con los relés digitales STR, en los primeros al umbral a sobrecargas se le llama intensidad de regulación, mientras que en los segundos no.

La  forma externa y de regulación de los relés electrónicos, es muy variada, pudiendo ser con ruedas selectoras (modelos STR de Merlín Gerin) o mediante pequeños interruptores llamados "dip switch" (modelos PR de ABB).

Dichos pequeños interruptores, codifican en binario como entradas al micro, los diferentes puntos de regulación que ofrecen, ya que con tres dip switch, tenemos tres valores lógicos de entrada (n), que me proporcionan 8 estados diferentes de regulación (y):

Vamos a estudiar a continuación, el relé electrónico del tipo no calibrados "PR212/P"  de ABB  que  lo regula prácticamente todo, ofreciéndonos lo siguiente:

  • Protección a sobrecargas:
Permite elegir no sólo la regulación de la intensidad umbral "I1", escogiendo entre 8 umbrales diferentes (entre 0,4 y 1 del valor de IN), sino que además podemos establecer el tipo de curva de respuesta con desconexión retardada a tiempo inverso.

Las curvas a elegir serán A, B, C y D.

En cada curva, el fabricante nos ofrece el tiempo de actuación para una sobrecarga I = 6 x I1.
 
La regulación de la intensidad umbral I1, se hará moviendo tres interruptores, y para el tipo de curva, con otros dos.

La zona de sobrecarga, se llama "L" (long = tiempo de respuesta largo).
  • Protección a cortocircuitos:
Para la protección contra los cortocircuitos, establece, dos zonas:
  • Zona S (select ó Small): Para los cortocircuitos selectivos o pequeños (Ipccf).
  • Zona I (instant): Para cortocircuitos grandes (Ipcci), que requieren tiempos de respuestas instantáneos.
Zona S:
Ofrece regular la intensidad I2 = Im2 = IMAG, moviendo tres interruptores, que nos permiten elegir entre siete posibilidades diferentes.

La octava se reserva para accionar la curva de respuesta, de tal forma que en la posición de OFF, se desactivan las curvas, y la respuesta es a tiempo constante para I > I2.

En las otras siete posiciones, regulo la I2 entre valores que van de uno a diez veces la IN .

Además según la posición de otros dos interruptores, me muevo por la curva de respuesta escogida (A, B, C ó D) de tal forma que para I > I2 la respuesta sigue una curva de tiempo inverso ( t = K / I2).

Como orientación, el fabricante nos da el tiempo de respuesta siguiendo la curva elegida, para una intensidad I = 8 IN.

Siempre regularemos I2 de forma que se cumpla:      I2 = IMAG  <  Ipccf
Zona I:
En ella podemos regular la intensidad umbral I3 para la protección frente a grandes intensidades de cortocircuitos, eligiendo mediante tres interruptores, entre 7 umbrales de actuación diferentes (entre 1,5 y 12 veces la IN).

La octava posición sería para desactivar la zona I, lo cual no es aconsejable.

Siempre deberá cumplirse que:  I3  >  I2  <<  Ipcci
Defecto a tierra G (ground = tierra):
Puedo elegir con tres interruptores entre siete valores de la intensidad umbral de defecto a tierra I4 (entre 0,2 y 1 del valor de IN). La octava posición, desactiva la vigilancia del defecto a tierra.

En cualquiera de las otras siete posibilidades de actuación, la respuesta se hará siguiendo la curva de respuesta elegida posicionando otro dos pequeños interruptores (A, B, C y D).

Dichas curvas son a tiempo de respuesta inverso, y el fabricante nos proporciona los tiempos de respuesta para los valores umbrales de corrientes, que están por debajo de 1 s.

Ofrecemos a continuación el diagrama con las distintas zonas del PR212/P:
curva de un tipo de relé electrónico ajustabler mediante deep switch
Para terminar la explicación, delas zonas LSIG, damos también la tabla del PR212P, con las posibilidades de regulación de los diferentes umbrales de corrientes, y curvas de actuación.

Es conveniente, que dicha tabla se vaya leyendo conforme se estudian las distintas zonas, y además, se observe simultáneamente la curva de respuesta del interruptor automático equipado con dicho relé electrónico arriba dada.

Funciones de relés
PR212/P y SACEPR112  F
Umbrales de corriente  Tiempo de actuación  Posibilidad de exclusión  Relación tiempo/corriente
Protección frente a sobrecargas  I1  Para I = 6 x I1 ==> t1 = (s/curva)  NO  t = K / I2
curva tiempo/corriente activada (ON)
I1 = 0,4xIN  3 s (curva A)
6 s (curva B)
12 s (curva C)
18 s (curva D)
I1 = 0,5xIN   
I1 = 0,6xIN     
I1 = 0,7xIN   
I1 = 0,8xI  
I1 = 0,9xIN     
I1 = 0,95xIN     
I1 = 1xI  
l

Funciones de relés
PR212/P y SACEPR112  F
Umbrales de corriente  Tiempo de actuación  Posibilidad de exclusión  Relación tiempo/corriente
Protección selectiva frente a cortocircuitos  I2 = Para I = 8 x IN
=> t2 = (s/curva) 
SI t = K / I2
curva tiempo/corriente activada (ON)
S I2 = 1 x I 0,05 s  (curva A)
0,10 s  (curva B)
0,25 s (curva C)
0,50 s (curva D)
I2 = 2 x I
I2 = 3 x I
I2 = 4 x I
I2 = 6x I
I2 = 8 x I
I2 = 10 x I
I2  Para I  >  I2
=> t2 = (s/curva)  
SI  t = constante
curva tiempo/corriente desactivada (OFF)
I2 = 1 x I 0,05 s  (curva A)
0,10 s  (curva B)
0,25 s (curva C)
0,50 s (curva D)
I2 = 2 x I
I2 = 3 x I
I2 = 4 x I
I2 = 6 x I
I2 = 8 x I
I2 = 10 x I


Funciones de relés
PR212/P y SACEPR112  F
Umbrales de corriente  Tiempo de actuación  Posibilidad de exclusión  Relación tiempo/corriente
Protección instantánea frente a cortocircuitos I3  Intervención instantánea
SI  t = constante
curva tiempo/corriente desactivada (OFF)
I3 = 1,5xIN 
I3= 2xIN   
I3 = 4xIN     
I3 = 6xIN   
I3 = 8xI  
I3 = 10xIN     
I3 = 12xIN     
l

Funciones de relés
PR212/P y SACEPR112  F
Umbrales de corriente  Tiempo de actuación  Posibilidad de exclusión  Relación tiempo/corriente
Protección frente a defectos de tierra I4   t SI t = K / I2
curva tiempo/corriente activada (ON)
I4 = 0,2xIN  0,1 s (curva A)
0,2 s (curva B)
0,4 s (curva C)
0,8 s (curva D)
I4 = 0,3xIN   
I4 = 0,4xIN     
I4 = 0,6xIN   
I4 = 0,8xI  
I4 = 0,9xIN     
I4 = 1xIN     

Otras características del relé electrónico PR 212/P, son:

-Dispone de dos diodos led de alarma, uno para la zona L, que nos avisa de la entrada en sobrecarga, y otra para la zona S (entrada en cortocircuito).

-A la hora de hacer el pedido, debemos indicar si queremos que la protección del neutro se realice al 50 % ó al 100 % de la corriente de fase. A esto se le llama "regulación del neutro".

- En la interfaz con el usuario o panel con las zonas estudiada con sus dip switch, que es donde regulamos los umbrales y  escogemos las curvas, hay en su parte derecha la conexión para el aparato de testeo (de tipo bolsillo), que nos permite verificar la funcionalidad del interruptor automático. Si el funcionamiento es correcto, la prueba efectuada finaliza con la apertura del interruptor automático.

Un modelo más económico que el estudiado, es el PR211/P de ABB, que tiene sólo las funciones L e I.  Se monta en los interruptores automáticos S4, S5, S6 y S7, y está autoalimentado. En su interior posee  tres ó cuatro transformadores de intensidad en función del número de polos, y un solenoide de apertura de desmagnetización que actúa sobre el mecanismo de disparo del interruptor automático.

Si queremos la posibilidad de trabajar con el relé electrónico a distancia, habría que elegir la gama superior, el PR212/P, que hemos estudiado, y que además de tener las funciones LSIG, admite añadir lo siguiente:
  • Una unidad de señalización PR212/K que nos avisa de:
a) Prealarma de la función de protección L
b) Intervención de las funciones de protección L, S, I, y G.
c) Intervención del solenoide de apertura.
d) Fallo de comunicación con el relé de sobreintensidad PR212/P
  • Una unidad de diálogo PR212/D que permite la comunicación con el exterior mediante una línea de transmisión serie a 19.200 baudios que une el interruptor automático con un panel (unidad front-end) instalado con los sistemas de supervisión, que recoge y memoriza las informaciones controladas correspondientes al estado de la unidad de protección PR212/P y del interruptor automático (S4....S7), que pueden ser:
a) Prealarmas de sobrecarga de las funciones L, S, I ó G. Intervención del relé.
b) Programación del selector modo local ó remoto, estado normal o de parametrización, correcta comunicación del bus interno.
c) Parámetros programados manualmente.
d) Parámetros programados electrónicamente.
e) Estado del interruptor (abierto/cerrado) y posición del mismo (insertado o extraído).
f) Corrientes de las distintas fase, neutro y tierra. Portección del neutro.
g) Número de maniobras mecánicas del interruptor.
  • Una unidad de actuación PR212/T que permite la apertura y cierre del interruptor automático mediante el mando a motor instalado en el interruptor. Actúa en combinación con la unidad de diálogo, para ordenar de forma digital la apertura o cierre a distancia.
A las tres unidades hay que suministrarles  24 Vcc, mediante fuente de alimentación externa.

Detalle de relés digitales:
   
Observar los microinterruptores dip switch, y las banderitas indicadoras de los significados de sus posicionamientos

Obsérvese en ellos los microinterruptores  usados en su programación (ventanitas azul eléctrico), y el significado de sus posiciones en las ventanitas celestes.


c)    Relés controlados por microprocesador, con pantalla.

Son relés de formato digital, pero más evolucionados, porque podemos acceder a la programación o consultar las informaciones de estado o sucesos acumulados,  a través del teclado y mediante la pantalla de cristal líquido que tiene en su frontal.

Un ejemplo de ello, es el relé PR112/P de ABB que ofrece una gama de regulación amplia (funciones LSIG), lo que lo hace válido para cualquier tipo de aplicaciones.

Es ideal para proteger grandes motores, porque es capaz de chequear a la intensidad de arranque y elegir la curva de respuesta que más se le adapte, aumentando al máximo el grado de protección frente a sobrecargas.
 
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