El Código Nacional de Electricidad ( N.E.C ), de USA, es deliberadamente muy detallado respecto a la protección de los circuitos derivados del motor.
El objetivo es evitar incendios de origen eléctrico en dichos circuitos y en los conductores de alimentación al motor. En dicho Código se especifica claramente los sistemas de sobrecargas y de cortocircuitos tanto para los conductores de alimentación como para los circuitos derivados, así como el calibre mínimo de los cables que debe ser utilizado para un solo motor o grupo de ellos. En caso de cortocircuito en el interior del motor el sistema de protección contra cortocircuitos del circuito auxiliar evitara que se dañe, además del propio motor, el arrancador y el equipo de control del mismo. El sistema de protección del circuito auxiliar contra sobrecargas, determinado en parte por la corriente en el arranque y en el tipo de motor, esta proyectado para proteger a los conductores de alimentacióncontra sobrecargas continuadas. Esta protección en la línea es, sin embargo, mas elevada que la necesaria para la protección del motor contra sobrecargas constantes en funcionamiento. Por esto, es necesario, además, proteger al propio motor contra sobrecargas operativas utilizando dispositivos de máxima los cuales van incluidos en la carcasa del motor o bien el arrancador o en el regulador. Otros dispositivos protectores que serán considerados además de máxima, incluyen protecciones contra baja tensión y sobretension, interrupción del campo en derivación, inversión e interrupción de fases y protecciones contra temperatura y desvío de frecuencia.
2.- Fusibles
Quizá el dispositivo mas simple de protección del motor contra sobreintensidades es el fusible. Los fusibles están divididos en dos grandes grupos: fusibles de baja tensión (600 V o menos) y fusibles de alta tensión ( mas de 600 V ) . En la figura 1-1 se muestran tres tipos de fusibles. El tipo de cartucho o contacto de casquillo, mostrado en la figura 1.1a, es útil para las tensiones nominales entre 250 y 600 Ven los de tipo fijo y recambiable. El tipo fijo mostrado en el esquema contiene polvo aislante ( talco o un adecuado aislante orgánico) redondeando el elemento fusible. En caso de cortocircuito, el polvo tiene como misión: (1) enfriar el metal vaporizado, (2) absorber el vapor metálico condensado, y (3) extinguir el arco que pueda mantenerse en el vapor metálico conductor. La presencia de este polvo es la que confiere al fusible su alto poder de ruptura en el caso de cortocircuitos bruscos.
La figura 1-1c muestra el tipo tapón fusible, el cual funciona a la tensión nominal de 125 V, estando disponible en le comercio para bajas corrientes nominales de hasta 30 A. Estos fusibles poseen una base roscada y están proyectados para ser utilizados en arrancadores reducidos o en cajas de interruptores de seguridad a 125 V, en motores de pequeña corriente. Por regla general, los fusibles protegen contra los cortocircuitos mas bien que contra las sobrecargas.
Se han efectuado ensayos para mejorar las características del fusible en las aplicaciones a los motores de forma que, con valores nominales inferiores, permitan protecciones contra sobrecargas y de cortocircuitos. Un tipo de fusible llamado fusible temporizado, que existe en los tipos de cuchillas, cartucho y tapón, proporciona un gran retardo en el caso de sobrecargas momentáneas o sostenidas antes de desconectar el circuito. Estos fusibles contienen dos elementos en serie ( o paralelo ): (1) un elemento fusible estándar para la protección de cortocircuitos ( 25 a 50 veces la corriente normal) y (2) una disposición contra sobrecarga, o interruptor térmico de hasta cinco veces la corriente nominal que proporciona una característica de retardo de tiempo inverso. La cualidad de tiempo inverso significa que, por ejemplo el circuito será conectado por este ultimo elemento en unos 3 minutos( a 5 veces la corriente nominal), hasta aproximadamente 10 segundos ( a unas 20 veces la corriente nominal), ya que el efecto térmico varia con el cuadrado de corriente. Por tanto un fusible de valor nominal relativamente pequeño puede ser empleado para procurar la protección contra sobrecargas y sin llegar a desconectar el circuito durante los periodos de elevación transitoria de la corriente en el arranque o en el frenado. En el caso de cortocircuito, el elemento fusible estandar de acción instantánea interrumpe inmediatamente el circuito para evitar desperfectos.
Otro tipo aparte de fusible que ha sido fabricado, intenta mejorar la capacidad de limitación de corriente de estos dispositivos antes de que la corriente de cortocircuito alcance su máximo o un valor de régimen permanente.
Los fusibles de cartucho comunes poseen cierta capacidad de limitación de la corriente ya que interrumpen el circuito casi instantáneamente antes de que el cortocircuito tenga la oportunidad de existir y fundir o unir los contactos de los disyuntores o relés de máxima. El fusible de potencia limitador de la corriente contiene elementos fusibles de aleación de plata rodeados por cuarzo en polvo.
Por encima de 600V se emplean fusibles especiales de alta tensión que incluyen varios órganos para extinguir el arco que se podría mantener, particularmente a alta tensión, cuando el elemento fusible se vaporiza a causa de la corriente excesiva.
Los tipos de fusibles de alta tensión mas comunes son: (1) el fusible de desionizacion con ácido bórico liquido, (2) el fusible de expulsión, y (3) el fusible de material sólido
3.- Combinación del fusible y del relé de sobrecargas
Aunque los propios fusibles presentan, naturalmente, la protección de cortocircuitos o de corriente máxima ruptura, su protección contra sobrecargas esta algo limitada por las razones anteriormente citadas. Los relés de máxima están proyectados para funcionar desde el 110 al 250 por ciento de sobrecarga con corrientes máximas de ruptura de hasta 10 veces la corriente nominal. La figura 1-1d muestra el conjunto combinado de fusible y relé de máxima que comprende los sistemas de protección de sobrecargas y cortocircuito. El tiempo de operación del relé de máxima varia inversamente con la corriente de sobrecarga.
4.- Relé de sobrecarga magnético, de acción instantánea
normalmente cerrados cuando el relé magnético de sobrecargas esta desexcitado. Con la corriente nominal o algo inferior, la presión del resorte es suficiente para impedir el movimiento de la armadura. Cuando la corriente alcanza o excede una sobrecarga particular ( digamos el 125 por ciento de la carga nominal), se crea la fuerza magnetomotriz suficiente para producir el movimiento de la armadura y la apertura de los contactos normalmente cerrados con lo que se conecta el motor.
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