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PROYECTO DE INSTALACIONES ELCTRICAS INDUSTRIALES

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesLas instalaciones elctricas industriales bsicamente consisten de elementos para alimentar, controlar y proteger dos tipos de carga: alumbrado y fuerza. Los criterios generales que se utilizan para instalaciones elctricas residenciales son aplicables, pero se debe tener en cuenta las caractersticas particulares de cada tipode instalacin.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesAspectos a tener en cuenta en el proyecto de instalaciones elctricas industriales: 1.- Suministro de energa elctrica. a) Determinacin de la Demanda Mxima, tipo y caactersticas de la demanda, cargas elctricas. b) Voltaje y frecuencia. c) Tipo de carga regulacin. y exigencias de

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Proyecto de Instalaciones Elctricas Industriales2.- Proyecto de Instalaciones Elctricas: a) Proyecto Arquitectnico de la Planta, ubicacin de cargas y tableros. b) Clculo de alimentadores principales y derivados:alumbrado y fuerza. c) Clculo de tableros. d) Control y proteccin de motores: Centros de Control de motores (CCM), tipos de arranques y proteccin de motores. 3.- Consideraciones econmicas: a) Eficiencia de la planta: factor de potencia. b) Costo de la energa: tarifas.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesDOTACIN DE SUMINISTRO Por lo general, en las zonas electrificadas, el concesionario de distribucin establece las condiciones de suministro en funcin de la demanda.El nivel de tensin y forma de medicin es funcin de la potencia a contratar. Demanda Mxima Valores referenciales:Industria alimentacin Pequea industria 440 V Mediana industria 22,9 kV Gran industria Demanda tpica DM 50 kW DM 50 kW DM Tensin de

B.T. : 220, 380/220 M.T.: 10, 13,2,

2 500 kW

2 500 kW A.T. : 60, 138, 220 kV

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesEn baja tensin, los alimentadores se conectan directamente a la red del concesionario de una salida de una subestacin de distribucin, en todo caso el punto de alimentacin lo seala el concesionario. En media y alta tensin, el punto de alimentacin ambin es fijado por el concesionario (para el caso de clientes libres con DM 1 000 kW, el suministrador puede ser un generador), pero en este caso se requiere construir una subestacin para reducir la tensin a niveles de utilizacin: 220 V para alumbrado y para circuitos de fuerza ( 220, 440V, etc,).

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesDensidad de carga de algunas industrias (referencial) Tipo de industria Densidadde carga (W/m) Industria azucarera 160 Canteras 125 Fbricas textiles 110 Fbrica deaparatos elctricos 90 Taller de mantenimiento mecnico y de mquinas herramientas 65Fbrica de lmparas elctricas 45 Fbrica de pequeas partes metlicas 30

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesCLCULO DE LA DEMANDA MXIMA DM = PI x F.S. DM : Demanda mxima en kW. PI : Potencia instalada en kW. F.S.: Factor de simultaneidad.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesEquipos industriales Factor de simultaneidad Mquinas herramientas, elevadores y gras 0,30 Ventiladores, compresoras y bombas 0,30-0,60 Procesos semicontinuos, canteras y refineras 0,60 Procesos continuos, industria textiL 0,90 Hornos elctricosde induccin 0,80 Hornos de arco 1,0 Instalaciones de alumbrado (iluminacin) 1,0 Soldaduras de arco 0,30 Soldaduras de resistencia 0,20 Los valores de factor de simultaneidad que se indican son referenciales, en general la demanda mxima carga por carga, se estiman en base a datos estadsticos que se obtienen de instalacionesanlogas.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesSELECCIN DE TENSIN Los sistemas de alumbrado en nuestro pas estn normalizados para na tensin de 220V. Para los circuitos de fuerza, que comprenden principalmente mquinas elctricas (motores), el nivel de tensin es recomendado est definido por los fbricantes.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesTensiones recomendables para motores elctricosPotencia motor (HP) Menos de 75 75 - 250 250 - 1 000 1 000 - 4 000 Ms de 4 000 Tensin (V) 220 440 2 300 4 160 13 200

Cuando el nivel de tensin de los circuitos de fuerza es diferente a los de los circuitos de alumbrado, se requiere construir subestaciones equipadas con transformadores de potencia con los niveles de tensin adecuadas en las salidas para cadauno de estos circuitos.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesREGULACIN DE TENSIN Las industrias de procesos continuos tales como textiles, embotelladoras etc, requieren que la tensin tenga variaciones mnimas ya, que estos procesos productivos se basan en el uso de motores elctricos cuya operatividad son sincronizados en cada etapa de la fabricacin. Por ejemplo, una disminucin de la tensin puede sobrecargar al motor a un conjunto de motores; para evitar que se quemen actan los dispositivos de proteccin sacndolos de servicio, lo que puede afectar parcial o totalmente la planta con prdidas econmicas onerosas.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesLa tensin se regula de dos formas ( en dos etapas): A nivel del sistema elctrico qe suministra energa a la planta,los suministradores estn obligados a entregar la energa elctrica bajo exigencias tcicas establecidos en los contratos de suministro, entre ellas los niveles entrelos cuales puede como mximo variar la energa (la forma de controlar estos parmetrosde variacin estn establecidos en la NTCSE).

Cuando se requiere regulacin ms fina por exigencia defuncionamiento de los equipos, es necesario instalar reguladores de tensin en laplanta misma (caso de las computadoras por ejemplo).

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesREGULACIN DE FRECUENCIA La velocidad de los motores es funcin tambin de la frecuencia, cualquier variacin de sta afectar la operacin de aquellos. En el caso de la freuencia, la obligacin de regularla es de los concesionarios de generacin, ya que esta depende de la velocidad de los grupos. Existen lmites para la variacin que deben establecerse en los contratos de suministro, al igual que la tensin la NTCSE establece los controles y tolerancias permitidas para este parmetro.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesEL PROYECTO ARQUITECTNICO El rea ocupada por la planta y la distribucin de la mismadepende del tipo de produccin y la capacidad de produccin de la misma. La distribucin interna de la planta deber efectuarse en funcin del ordenamiento que debe existir en cada uno de los elementos que intervienen en la produccin, de tal forma que permita un ptimo desarrollo de las actividades en la planta.As, se deber disponer de la ubicacin de las reas de maquinarias, rea de almacn, oficinas, rea de servicios, etc,

Tambin se deber prever reas para la libre circulacin de materiales y productos selecionando equipos de acarreo que eviten posibles cuellos de botella en el proceso productivo. En plantas modernas, se utilizan sistemas de acarreo mecanizados y computarizados.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesAl igual que en los proyectos de instalaciones de una vivienda, se requiere un conjunto de planos para desarrollar nuestro proyecto de instalaciones elctricas:

Plano de ubicacin. Plano o planos de plantas o niveles, con la distribucinde las distintas reas de dimensiones. Plano de cortes y detalles. Plano de elevaciones. la planta incluyendo

El proyecto debe ser concordado con otros proyectos complementarios: distribucinde gas, agua y desague, etc.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesUBICACIN DE CARGAS Y TABLEROS Una vez conocida, la distribucin de la planta, se procede a ubicar las cargas y tableros, estos deben ubicarse cerca de las cargas msgrandes en el centro de gravedad de las mayores cargas (centro de cargas). Lostableros siguientes: que se deben disear son los

Tablero general o tablero principal. Tablero ( tableros) de fuerza. Tablero de aumbrado.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesClculo de la potencia instalada a) Circuito de fuerza Se suma la potencia instalada de cada una de la mquinas y equipos de la planta PIT = S PIi Ejemplo: En la seccin de talleres de una fbrica se tiene los siguientes equipos: Descripcin Cos oPotencia (kW)0,75 3,60 0,90 1,80 0,75 2,70 7,80 Aire acondicionado Torno 0,75 Esmeril 0,73 ierra 0,75 Afiladora de cuchillas oldadura elctrica 0,75 ------------PI = 20,40 kW

3,60

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Proyecto de Instalaciones Elctricas Industrialesb) Alumbrado y tomacorrientes La tabla 14 del CNE-Utilizacin establece que para una carga de tipo industrial, se debe considerar una carga bsica de 25 W/m2 del reatechada. Esta carga bsica comprende los circuitos de alumbrado y de tomacorrientes para equipos diversos como por ejemplo equipos porttiles de pruebas, y en lasoficinas: ventiladores, microcomputadoras, equipos de sonido, etc. El Factor deDemanda Mxima es 100%

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesCLCULO DE ALIMENTADORE a) Circuito de fuerza (Motores)

La capacidad de los conductores se calculan de la siguiente manera: Para un slo motor, la capacidad de conduccin de corriente de los conductores deben ser al menos 125% de la corriente a plena carga del motor Ic = 1,25 Ipc

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesCuando se alimenta ms de un motor, la capacidad de corriente del conductor es lasuma de 1,25 veces la corriente a plena carga del motor mayor ms la suma de las corrientes a plena carga del resto de motores Ic = 1,25 Impc +Ic

SIpc

: Corriente en los conductores en amp.

Impc : Corriente a plena carga del motor de mayor potencia en amp. Ipc : Corriente a plena carga de cada motor en amp.

La mxima cada de tensin permitida entre el tablero de medicin ( subestacin) y el ms alejado no debe exceder del 4% de la tensin nominal. Es vlido tambin para circutos de alumbrado y tomacorrientes.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas Industrialesb) Circuitos de alumbrado y tomacorrientes Para alumbrado interior de oficinas se calcula en forma similar a una vivienda. En el caso de clculo del alumbrado exterior, se determina la potencia de cada lmpara (estas iluminan reas mayores y porlo tanto son de mayor potencia), y luego la potencia total; a partir de esta potencia se determina la corriente y por ende la capacidad de corriente del conductor. Al elegir el conductor se debe tener en cuenta el tipo de instalacin. En ambos casos la cada de tensin hasta el punto ms alejado no debe exceder el 4% de la tensin nominal.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesTABLEROLos tableros elctricos son combinaciones de uno o ms dispositivos de maniobra asociados con equipos de control, medida, proteccin y regulacin completamente ensamblados, es decir con todas sus interconexiones elctricas y mecnicas terminadas, as como sus partes estructurales. Los tableros elctricos tienen la funcin de recibir laenerga elctrica en forma concentrada y distribuirla por medio de conductores elctricos (por lo general barras), a las cargas de los circuitos derivados.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesTABLEROUbicacin de tableros Los factores que intervienen principalmente en la localizacinde los tableros son: a) e debe procurar una ubicacin central para reducir la cada de tensin en los circuitos derivados. b) La distancias al tablero principal para limitar la cada de tensin a un mximo de 4% desde este tablero principal hasta lospuntos de utilizacin de los circuitos derivados. c) El punto de conexin ( puntos de alimentacin) otorgado por el concesionario de acuerdo a la red de alimentacin externa.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesCriterios para el diseo de tableros a) Determinacin del tipo de tablero. Existen de 2 tipos: - De pared: que se instalan empotrados en la pared y tienen acceso frontal. - De piso: diseados para montarse sobre el piso, retirados de las paredesde tal manera que son accesibles por el frente y por la parte posterior. b) Clculos Elctricos: - Clculo de barras. - Clculo de fusibles de proteccin interruptoreslos circuitos principal y derivados. - Clculo de los transformadores de medida para equipos de medicin.

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Proyecto de Instalaciones Elctricas IndustrialesCriterios para el diseo de tableros Para el clculo elctrico de tableros se requiereconocer: - La tensin nominal de alimentacin. - La corriente ( potencia) del circuito de entrada y de cada uno de los circuitos derivados. - Potencia de cortocircuito en el punto de conexin (dato proporcionado por el concesionario), para calcular barras e interruptores. - Las condiciones de la instalacin (temperatura, humedad, etc).

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Protecciones elctricasIntroduccin Efectuar una instalacin elctrica es una actividad de alta responsabilidad. La electricidad es innegablemente un factor que contribuye al desarrollo dela nacin y un elemento facilitador de la vida de las personas, pero al mismo tiempo, puede ser causa de accidentes e incluso la muerte si no se respetan los procedimientos para su manejo eficiente. Por tal razn, es de gran importancia el conocimiento que los profesionales elctricos tengan sobre el correcto dimensionamiento y utilizacin de las protecciones elctricas, para la seguridad de las personas ylos bienes a los que servir una instalacin determinada.

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Caractersticas operativas de una instalacin elctrica

PerturbacinFuncionamiento Anormalanormalidad de breve duracin, que no constituye riesgo para la instalacin o las personas

Fallaanormalidad grave, que constituye riesgo para la instalacin o las personas

Fallas:

sobrecargas cortocircuitos fallas de aislacin

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Protecciones elctricasCaractersticas operativas de una instalacin elctrica Estado de operacin normal: Es l estado de funcionamiento de una instalacin en el cual los parmetros del circuito(V, P, I, f, temperatura de los conductores, etc), se encuentran dentro de mrgenes previstos. Estado de operacin anormal: Cuando uno o ms parmetros de la instalacielctrica exceden o se salen de los condiciones previstas; pueden ser: a) Perturbaciones: on anormalidades de corta duracin que por lo general no constituyen riesgos para la operacin de la instalacin. Por ejemplo variaciones momentneas de voltaje o frecuencia o las sobrecargas de corta duracin; pasada la perturbacin la instalacin vuelve a operar en condicin normal. b) Fallas: on anormalidades en las cuales se pone en peligro la instalacin elctrica, los bienes materiales y la vida de las personas. Debido a la gravedad de esta condicin anormal, el sistema elctrico nopuede continuar operando.

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Protecciones elctricasTipos de fallas a) obrecarga: e produce cuando la magnitud del voltaje o la corriente supera el valor previsto como normal para la instalacin (llamado valor nominal). Las sobrecargas de corriente ms comunes se originan en el exceso de consumo de la instalacin produciendo calentamiento en los conductores lo que puede daarsu aislamiento provocando su inflamacin; varan en rangos entre 1,5 y 10 In. b) Cortocircuito: Es la falla de mayor gravedad para la instalacin. En los cortocircuitos los niveles de corriente alcanzan valores tan altos que los conductores elctricos se funden en los puntos de falla, produciendo calor, chispas e incluso flamas generando un alto riesgo de incendio. Los rangos de corriente son mayores a 10 In. Los cortocircuitos pueden originarse por fallas de aislamiento debido al envejecimiento o uniones mal aisladas; en algunos casos una falla de aislamientode un conductor que alimenta un equipo, provoca que la carcaza metlica de este equipo se energice con el consiguiente peligro para la vida de las personas.

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OBRECARGAIntensidad de corriente por el conductor

Llave de proteccin

e produce cuando hay demasiadas cargas conectadas en un mismo circuito

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CORTOCIRCUITOIntensidad de corriente por el conductor

Llave de proteccin

e produce ante una falla de conexin que une las dos fases

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Protecciones elctricasProtecciones contra sobrecargas y cortocircuitos Fusibles Los fusibles son aparatos de proteccin de las instalaciones o sus componentes, diseados para interrumpirla corriente por la fusin de uno de los elementos integrantes, cuando los valores de corriente en el punto protegido exceden de cierto valor establecido duranteun tiempo prefijado. Los fusibles estn compuestos por un hilo conductor de bajopunto de fusin, el que se sustenta entre dos cuerpos conductores, en el interiorde un envase cermico o de vidrio, que le da su forma caracterstica al fusible. Este hilo conductor permite el paso de la corriente por el circuito mientras los valores de esta se mantengan entre los lmites aceptables, si estos lmites son excedidos, el hilo se funde despejando la falla y protegiendo as la instalacin.

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Protecciones elctricasCurva caracterstica de los fusiblesT mo ie p g e

Zn 1 oa 1 sg 0e Zn 2 oa

Zn 3 oa

C rrie te o n Ap m

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Protecciones elctricasFusibles Zona 1: Es la zona de condiciones normales de operacin. La proteccin delfusible no acta porque la intensidad de corriente de operacin es menor a la corriente nominal del fusible. Zona 2: zona bajo condiciones anormales de operacin, ensituacin de sobrecarga. La proteccin del fusible acta en tiempos superiores a los 10 segundos dando la posibilidad que la sobrecarga desaparezca antes de este tiempo y el sistema contine operativo. Zona 3: zona en condiciones anormales de operacin, en condicin de cortocircuito. La proteccin fusible acta en tiempos inferiores 10 segundos, pudiendo llegar a tiempos de operacin de milsimos de segundo, segn lamagnitud de la falla. i el aumento de la intensidad de corriente es muy violento, el fusible se funde casi instantneamente.

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Protecciones elctricasFusibles Intensidad mnima (Im ): corriente mnima de operacin que n origina la fusiel hilo fusible. Este valor puede variar entre 1,6 a 4In, segn el tipo de fusible. Tiempo de operacin (top ): tiempo en que el hilo fusible se funde. Intensidad nominal (Inom ): corriente nominal del fusible. Los fusibles se caracterizan en su operacin por: -Alta seguridad de proteccin. -Prdidas reducidas. -Bajo costo de mantenimiento y operacin. -Gran capacidad de ruptura. in embargo tambin tienen desventajas ya que pueden ser alterables (p.e. puede intercambiarse un fusible de 10por otro de 20 A), y dada su alta corriente mnima de operacin (fusin), su uso es recomendable slo para cortocircuitos.

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Protecciones elctricasInterruptores termomagnticos on dispositivos que se utilizan para conectar o desconectar un circuito elctrico en condiciones normales o anormales de operacin (sobrecargas o cortocircuitos). e caracterizan porque pueden realizar un elevado nmero de maniobras, lo que permite su utilizacin despus de una falla (reposicin), sincambiar su capacidad nominal a diferencia de un fusible que sirve slo una vez. Tiene 2 componentes: el elemento trmico, formado por un bimetlico para sobrecargas yel elemento magntico formado por una bobina para cortocircuitos.

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Protecciones elctricasInterruptores termomagnticos Los interruptores termomagnticos se usan en tableroselctricos adecuados como interruptores generales y como proteccin de los circuitosderivados. Garantizan la proteccin ptima contra sobrecargas y cortocircuitos, desconectando el circuito en forma automtica. atisfacen las exigencias de proteccinelctrica en instalaciones residenciales, comerciales e industriales. us caractersticas principales son la corriente nominal (Inom) en amperios, la tensin nominal(Vnom) en voltios, su poder de ruptura en kA y el nmero de polos (1P, 2P, 3Py 4P).

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Protecciones elctricasInterruptores termomagnticos El elemento trmico La proteccin trmica esta constituidpor un bimetal formado por 2 metales con constantes de dilatacin diferentes, alestar unidos, uno de los metales se alarga en menor proporcin que el otro. La curvatura que se origina en el bimetal es regulada para que sea proporcional a la corriente que circula a travs del circuito. Cuando la corriente supera el valor permitido, la curvatura llega a un punto extremo que hace actuar un mecanismo de desenganche, liberando el disparo (desconexin) del interruptor liberando la sobrecarga. La proteccin trmica acta especficamente para sobrecargas, pues el calentamieno del bimetal es equivalente al calentamiento de los conductores; esta proteccinno es instantnea sino que demora un tiempo definido como tiempo retardado.

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Protecciones elctricasInterruptores termomagnticos El elemento magntico Esta parte de la proteccin est fomada por una bobina, que al ser recorrido por una corriente genera una accin magntica. Esta bobina est conectada en serie con el circuito que protege. Cuando la coriente alcanza un valor alto (dos o ms veces la In) el magnetismo generado atraeun contacto mvil que activa la desconexin del interruptor; esto ocure en un tiempomuy breve (casi instantneo). Por su rapidez de disparo (desconexin), la proteccinmagntica se usa para despejar fallas producidas por cortocircuitos El valor de corriente que activa el disparo se define como Imag y su valor respecto a la corriente nominal (In) depende del tipo de curva del interruptor.

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Protecciones elctricasCurva caracterstica termomagnticosT mo ie p g e

de

los

Interruptores

Zn 1 oa

Zn 3 oa

Zn 2 oa

In

Img a

C rrie te o n Ap m

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Protecciones elctricasInterruptores termomagnticos Zona 1: ituacin de operacin normal del circuito. La instalacin absorve la corriente sin que la proteccin acte. Zona 2: ituacin de operain anormal del circuito, zona de sobrecarga. i la corriente es mayor que la corriente nominal del interruptor, la proteccin actuar desconectando el circuito; as, mientras mayor sea la corriente de soberecarga, la proteccin actuar en menor tiempo. Zona 3: ituacin de operacin anormal del circuito, zona de cortocircuito. Cuandola corriente que circula por el circuito es mayor que Imag, la proteccin actuar desconectando el circuito casi instantneamente.

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Protecciones elctricasInterruptores termomagnticos de Curvas caractersticas tipo B, C y D Los interruptores termomagnticos se fabrican de diferentes curvas caractersticas, definidos en funcin de los valores mnimos de sobrecorriente (cortocircuito) en la bobina del elemento magntico. As se define: Im1: Minmo valor de sobrecorriente que puede hacer intervenir la bobina para el disparo electromagnetico. Im2: Mnimo valor de sobrecorriente que hace intervenir certeramente la bobina para el disparo electromagnetico. Tipo de curva Im1 Im2 B 3In 5In C 5In 10In D 10In 20In

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Protecciones elctricasC r c esic B aa t r t a

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Protecciones elctricasC r c esic C aa t r t a

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Protecciones elctricasC r c esic D aa t r t a

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Protecciones elctricasInterruptores termomagnticos de Curvas caractersticas tipo B, C y D Tipo de curvaUso tpico B Proteccin trmica y magntica de generadores y conductores de grandes lonitudes. C Proteccin trmica y magntica de conductores e instalaciones que alimentanequipo de uso general. D Proteccin trmica y magntica de conductores que alimentan equipo de con alta demanda de corriente de arranque.

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PROTECCION DEL CONDUCTOR DE LA IN TALACIN

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Proteccin contra:

Cortocircuitos

obrecargas

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Aparatos para la proteccin del conductor

Protecciones termomagnticas

Llaves de fusibles

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TIPO DE INTERRUPTORE TERMOMAGNETICO

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ACCE ORIO DE IN TALACION Peines de alimentacin

Peines alimentadores:unipolares, bipolares y tripolares.

Bornes de acometida.

Accesorios de peines:cubiertas,tapas

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I TEMA RIEL DIN: Ejemplo de conexin mediante el peine alimentador

R T

R

T R

T

ALIMENTACION

R T

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alimentador ( istema unipolar)

Barra de neutroNA los circuitos derivados

R T

R

T

R

ALIMENTACION

R TA los circuitos derivados

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ALIMENTACION

La llave caja moldeada alimenta al peine mediante bornes de acometida

I TEMA RIEL DIN: Ejemplo de tablero Distribucin Board

RR T R

T R T

T

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