Protección contra sobre-corriente

UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA[pic 1]

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CENTRO UNIVERSITARIO DE LA COSTA SUR[pic 3]

Ingeniería en obras y servicios

Electricidad 2

5to semestre

Actividad:

Protección contra sobre-corriente

Profesor

LUIS ALBERTO AMBRIZ LOPEZ

Presenta

Edgar Fernando Bautista Pérez

Autlán de Navarro, Jalisco. Octubre 2023

Protección contra sobre-corriente

Una sobre-corriente puede ser una corriente de sobrecarga o de corto circuito; la corriente de sobrecarga es una corriente excesiva en la relación a la corriente nominal de operación, esta se presenta en los conductores y en otros componentes de un sistema de distribución. Las sobrecargas son la mayoría de las veces, más frecuentes entre un rango de una a seis veces el nivel de corriente nominal, y fundamentalmente son causadas por aumentos temporales de corriente y ocurren cuando los motores arrancan o cuando se energizan los transformadores.

Ahora bien, la protección contra sobre-corriente es básicamente una gama de elementos que han sido contemplados para resguardar los sistemas eléctricos de los daños por sobrecargo y corrientes de corto circuito, por esta razón, obvio que estos dispositivos representan una función extremadamente importante, de forma resumida y general podemos definir que la protección contra-sobre corriente para sistemas, conductores y equipos se proporciona con el mero propósito de interrumpir el circuito eléctrico, si la corriente alcanza un valor que pudiera causar una temperatura excesiva y peligrosa en el conductor o su aislamiento. De aquí que casi todos los circuitos eléctricos deben de poseer este tipo de protección en alguna forma; solo en algunos casos muy raros se diseñan los circuitos sin protección.

Algunos de los requerimientos generales que deben cumplir dichos dispositivos de protección son:

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• Ser completamente automáticos.
• Transportar la corriente normal sin interrupción.
• Interrumpir inmediatamente las sobre corrientes.
• Ser fácilmente reemplazables o reestablecidos.
• Ser seguros bajo condiciones normales y de sobre corriente.

Perdida por efecto joule

El efecto Joule o también conocido como Ley de Joule enuncia que “El calor producido en un conductor por el paso de la corriente es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la corriente y al tiempo que está conectado”.

Hablando un poco más claro, cuando pasa energía en forma de corriente por un material, abra parte de esa energía que se transformara en calor, y ese calor será más grande, tendremos más calor fuera a medida que aumentemos el nivel de corriente que pasa por el material, que sea mayor la resistividad de ese material con respecto al paso de la corriente o que sea mayor el tiempo en el que permanece pasando esta corriente.

Viendo al a ecuación de Joule: (J= I2 * R * t)

• (J): Calor producido
• (I2): Cuadrado de la corriente
• (R): Resistencia
• (t): Tiempo

Sabemos que (J) es la medida del calor producido, que es al final de cuentas energía (E), si queremos evaluar el concepto en términos de potencia eléctrica que se pierde, y sabemos que la potencia es energía por unidad de tiempo: (P[W]= E[J] / t[s]), bastaría con pasar el tiempo dividiendo a la izquierda, por lo tanto tenemos (E/t= I2 * R) que es potencia (P= I2 * R), es decir que la potencia eléctrica que se pierde por efecto Joule, es el cuadrado de la corriente por el valor de la resistencia.

Dicha potencia es la que acaba transformándose en forma de calor, la que hace que cuando tocamos un foco, la potencia que alimenta a esa bombilla no se transforme solamente en luz, sino también en calor el cual si tocamos nos quema la mano. Ahora bien, existen ocasiones en que esa transformación a calor puede resultarnos útil, por ejemplo, en invierno cuando se está en casa y hace mucho frio, el efecto Joule es el que permite a diversos aparatos calentarte, lo que ocurre es que dichos aparatos son una resistencia muy muy grande, y como vimos en la ecuación, si la (R) aumenta también lo hará (J), otro ejemplo que funciona de la misma forma es la vitrocerámica, en ella su puede observar como la resistencia que ilumina de rojo para calentar.

Hay otros casos sin embargo donde el efecto Joule no es deseado y supone un dolor de cabeza, tal es el caso de los cables para el transporte de energía eléctrica, su objetivo bien es llevar electricidad de un lado a otro, cuanta mayor energía perdamos por el camino, mas perjuicio tendremos para nuestro objetivo, al igual que el foco, su objetivo es iluminar no dar calor, toda la energía que se pierde de esta forma es energía que pagamos y que no nos sirve para iluminar nuestra casa.

En casos extremos donde se necesita que la transferencia de energía por corriente eléctrica sea casi ideal, que apenas y se note el efecto Joule, se emplea el uso de materiales superconductores, cuya resistencia al paso de la corriente es casi nula, entonces sí (R) es casi cero, todo en la ecuación será casi cero de modo que (J=0).

Listones Fusibles y sus tipos

Un fusible es un elemento que se utiliza para proteger un circuito de cortocircuitos de algún elemento que lo compone, para no dañar el resto, generalmente siempre es el último eslabón en una cadena de protección (guarda – motores, térmicas), tiene como función la de interrumpir (al quemarse) un exceso de corriente producido por el elemento a proteger. De forma técnica este dispositivo es un filamento, listón o pequeña lamina de metal que se encuentra adentro de algún cartucho o envolvente, los hay de cerámica, vidrio o simplemente que no tenga envolvente como son el tipo listón en aislante de porcelana. [pic 5]

El valor (calibre) es determinado por el elemento a proteger, pueden ser desde miliamperes hasta cientos de amperes, se clasifican según la velocidad de corte necesaria, en lentos, rápidos y ultra – rápidos según el uso y funcionan a través del efecto Joule.

Los listones fusibles dentro de los tapones de los interruptores montados sobre una base de porcelana y esta sobre un rectángulo (zócalo) de madera, así como los listones fusibles dentro de los cartuchos renovables de los interruptores de seguridad, no son más que resistencias de bajo valor que se funden al paso de corrientes mayores a las previstas.

Algunos de los tipos de fusibles más comerciales son:

• Tipo gF: fusible de fusión rápida (protege contra sobrecargas y cortocircuitos).
• Tipo gT: fusibles de fusión lenta (protege contra sobrecargas sostenidas y cortocircuitos).
• Tipo gB: fusibles para la protección de líneas muy largas.
• Tipo aD: fusibles de acompañamiento de disyuntor.
• Tipo gI: fusibles de uso general (protege contra sobrecargas y cortocircuitos, suele utilizarse para la de líneas, aunque se podría utilizar en la protección de motores).
• Tipo gG/gL: fusibles que limitan la corriente, empleados fundamentalmente en la protección de circuitos sin puntas de corriente importantes, tales como circuitos de alumbrado, calefacción, etc.

Interruptores Termo magnéticos y sus tipos

Un interruptor eléctrico o también llamado switch, es un dispositivo que permite desviar o interrumpir el curso de una corriente eléctrica. En el mundo moderno sus tipos y aplicaciones son innumerables, desde un simple interruptor que apaga o enciende un foco, hasta un complicado selector de transferencia automático de múltiples capas, controlado por computadora.[pic 6]

En este caso el interruptor termomagnético, térmicas o breakers, están compuestos por dos partes fundamentales, de las cuales depende su funcionamiento, como lo indica la palabra: una parte magnética y otra térmica (efecto Joule).

El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electro imán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente hacia la carga.

El relé magnético es la parte encargada de la protección contra cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente; Al circular la corriente el electroimán crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico adecuado, tiende a abrir un contacto, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado. Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor termomagnético) y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción. 

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