Relé Térmico
El relé térmico es un componente muy utilizado en cuadros y automatismos eléctricos industriales, diseñado específicamente para proteger motores frente a sobrecargas prolongadas.
Este elemento de protección contra sobrecargas se adapta a diferentes configuraciones de motores con la posibilidad de rearme manual o automático según las necesidades.
El relé térmico no abre directamente el circuito de fuerza. Su función principal es detectar una sobrecarga y, como consecuencia, actuar sobre el circuito de mando para que sea el contactor asociado quien abra el circuito de fuerza.
Los relés térmicos se utilizan habitualmente en esquemas de contactores destinados a la protección de motores eléctricos contra sobrecargas. Por lo tanto, se encuentran principalmente en esquemas de: arranque directo de motores, arranque estrella-triángulo, arranque por autotransformador, inversión de giro de motores, etc.
En la siguiente figura se muestra un relé térmico de la marca “Chint”:
El símbolo del relé térmico es el siguiente:
Aunque el relé térmico es para motores trifásicos, un relé térmico de 3 polos puede utilizarse para la protección de un motor monofásico. Para ello, es necesario conectar el motor de tal forma que la corriente circule a través de los 3 contactos principales del relé, simulando así una carga trifásica equilibrada (condición necesaria para el correcto funcionamiento del relé térmico).
La configuración mostrada en la figura consiste en un puente entre el terminal de entrada (3) del segundo polo principal del relé térmico y el terminal de salida (6) del tercer polo. De esta manera, la corriente que alimenta al motor, proveniente de la fase L1, recorre el primer polo del relé y retorna al neutro pasando secuencialmente por el segundo y el tercer polo.
Contenidos
Funcionamiento del Relé Térmico
El relé térmico utiliza el efecto Joule para detectar sobrecargas en un circuito. Este efecto provoca un aumento de temperatura en sus componentes internos debido al paso de la corriente eléctrica, lo que desencadena su acción protectora.
Cada fase del relé posee una chapa bimetálica formada por 2 metales con diferentes coeficientes de dilatación, unidos por un extremo. Cuando la corriente que circula es superior al rango normal, el calor generado deforma la bilámina, activando un mecanismo de disparo.
La deformación del bimetal mueve una leva o mecanismo que maniobra los contactos del relé, interrumpiendo la alimentación del circuito y protegiendo al motor frente a sobrecargas.
El relé no puede rearmarse hasta que las láminas bimetálicas se enfríen. Esto puede realizarse manualmente o de manera automática, según la configuración del dispositivo.
Modos de Instalación del Relé Térmico
Existen 2 modos principales de instalar un relé térmico en un circuito de protección de motores: relé térmico integrado o acoplado al contactor y relé térmico independiente.
Relé Térmico Integrado o Acoplado al Contactor
La principal característica de estos relés es su capacidad de acoplarse directamente con el contactor. Esta integración física elimina la necesidad de realizar conexiones de cable entre ambos componentes, agilizando el proceso de instalación y disminuyendo la posibilidad de errores en el cableado.
El relé térmico se acopla mecánicamente a la parte inferior del contactor. Suele tener unas ranuras o guías que encajan en el contactor, asegurando una unión firme y estable.
Estos relés deben acoplarse a un determinado modelo o serie de contactores de la misma marca. Esto asegura la compatibilidad, pero limita la flexibilidad.
El relé térmico integrado al contactor es una solución más compacta y requiere menos espacio en el cuadro eléctrico. Esto es una ventaja importante en aplicaciones con espacio limitado.
Es ideal para aplicaciones estándar de baja y media potencia, donde se busca simplicidad y compacidad.
Relé Térmico Independiente
A diferencia de los relés integrados, estos modelos son autónomos y se instalan de forma separada en el circuito, exigiendo la realización de conexiones mediante cableado entre los bornes del contactor y los del relé. Esta necesidad de cableado adicional incrementa el tiempo de instalación y la probabilidad de errores de conexión.
Los relés independientes pueden utilizarse con diferentes contactores siempre que cumplan con las características eléctricas y de conexión adecuadas.
Debido a que el relé térmico independiente se presenta como un componente distinto del contactor, su instalación requiere un espacio mayor en el panel o cuadro eléctrico.
La solución independiente es más adecuada para aplicaciones de alta potencia, donde se requieren ajustes precisos, en situaciones de sustitución de componentes o en aplicaciones con requisitos especiales de montaje.
Contactos del Relé Térmico
El relé térmico no dispone de contactos principales para cortar el circuito de fuerza, ya que es el contactor el que se encarga de esa tarea.
Solo dispone de contactos auxiliares, que son los que interactúan con el circuito de mando y son fundamentales para la función de protección del relé térmico. Generalmente, un relé térmico dispone de:
● Contacto normalmente cerrado NC (95-96): está diseñado para cortar la alimentación del circuito de mando del contactor, al dispararse el relé térmico.
En condiciones normales de funcionamiento (sin sobrecarga), este contacto está cerrado, permitiendo el paso de corriente en el circuito de mando. Cuando se produce una sobrecarga y el relé térmico actúa, este contacto se abre, interrumpiendo la corriente de la bobina del contactor y, por lo tanto, desconectando el contactor que alimenta al motor.
Este contacto NC utilizado habitualmente para detener el motor en caso de sobrecarga, se intercala en serie con la bobina del contactor en el circuito de mando.
● Contacto normalmente abierto NA (97-98): puede emplearse para señalizar fallos o activar sistemas auxiliares.
En condiciones normales de funcionamiento, este contacto está abierto. Cuando se produce una sobrecarga y el relé térmico actúa, este contacto se cierra, utilizándose a menudo para señalización. Por ejemplo, para encender una lámpara que indique la condición de sobrecarga o para activar una alarma.
A continuación, se muestra un esquema de potencia y de mando en el que se observa cómo se han utilizado los contactos auxiliares del relé térmico.
Elementos de Ajuste y Control del Relé Térmico
El relé térmico dispone de los siguientes elementos de ajuste y control:
● Mando de regulación: facilita la adaptación del disparo térmico a las características del motor protegido. La rueda, graduada en amperios, permite un ajuste preciso del relé. En la práctica, se suele ajustar a un valor igual o ligeramente superior a la corriente nominal del motor.
Por ejemplo, para un motor de corriente nominal de 7 A, buscaríamos un relé térmico con un rango que incluya este valor. Un relé de 6-10 A sería una buena opción. Luego, se ajustaría el dial del relé a 7 A o un valor ligeramente superior.
● Indicador de relé disparado: el disparo del relé enciende este indicador, cambiando de color.
● TEST: el pulsador de prueba simula una sobrecarga para verificar el correcto funcionamiento del dispositivo. Al accionarlo, los contactos NC y NA se invierten: el NC se abre (95-96, parando el automatismo) y NA se cierra (97-98, activando la alarma). El indicador de relé disparado también cambia de estado.
● STOP: abre el contacto normalmente cerrado NC. No afecta al contacto normalmente abierto NA.
● RESET: es el selector manual/automático que permite configurar el modo de rearme del relé. Girando a la izquierda pasa a “manual” y girando hacia la derecha a “automático”.
Si el rearme está configurado como "manual", se debe presionar "reset" tras el enfriamiento del relé. Con rearme "automático", el relé se rearma solo al enfriarse. En ambos casos, el indicador de disparo se pondrá negro.
Clasificación de los Relés Térmicos
Según la norma UNE EN 60947 (IEC 947), los relés térmicos se clasifican en función de la duración del arranque del motor y el tiempo mínimo de disparo:
– Clase 10: para motores con arranque de hasta 10 segundos.
– Clase 20: diseñados para arranques de hasta 20 segundos.
– Clase 30: adecuados para arranques prolongados, de hasta 30 segundos.
Por ejemplo, en un relé térmico de clase 20, con 1,05 veces la corriente de ajuste del relé (Ir), el tiempo de apertura supera las 2 horas. Con 1,2 veces Ir, el tiempo se reduce a menos de 2 horas. Con 1,5 veces Ir, el tiempo se reduce aún más, superando los 8 minutos. Y con 7,2 veces Ir, la apertura será muy rápida, entre 2 y 20 segundos.
Cada clase tiene una curva de disparo característica, en la que se puede observar gráficamente cómo el tiempo de respuesta disminuye conforme aumenta la intensidad de la sobrecarga. Las curvas de disparo de los relés térmicos de las clases 10, 20 y 30 son las siguientes:
El Relé Térmico Clixon
El clixon es un tipo específico de relé térmico, con un diseño compacto, utilizado principalmente en sistemas de climatización y electrodomésticos.
"Clixon" es en realidad una marca registrada de Texas Instruments que se ha convertido en un término genérico para referirse a un tipo específico de interruptor térmico de acción rápida.
Este relé utiliza un disco bimetálico que produce una acción de resorte. El disco se instala dentro del bobinado del estátor del motor trifásico. Cambia bruscamente de forma a una determinada temperatura, abriendo de forma instantánea un contacto normalmente cerrado NC.
Una vez disparado, el motor no puede reiniciarse hasta que se enfríe el disco (rearme automático). La temperatura de actuación está predefinida por el fabricante y no es ajustable.
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