RELE DE PROTECCION TERMICA.

Relé de protección térmica (1) destinado para proteger un aparato eléctrico (2),

que incorpora medios de medida (3) de una corriente absorbida por el aparato, medios de determinación de un valor (Ek) representativo de la imagen térmica del aparato en función del valor (Ieq) de la corriente medida, de un valor anterior (Ek 1) de la imagen térmica y de por lo menos una constante de tiempo (tau1, tau2) predeterminado, medios de determinación (F5, F6) de por lo menos un umbral de protección (Esa, Esd), medios de comparación (F15, F17) del valor (Ek) representativo de la imagen térmica con el umbral de protección y medios de producción de una señal de alarma y/o de disparo (F16, F18) cuando el valor representativo de la imagen térmica excede del umbral de protección, relé caracterizado porque se toma en cuenta una imagen térmica inicial no nula (Es0) para la determinación de la imagen térmica, determinándose el valor de la imagen térmica inicial a partir de curvas de resistencia térmica experimentales (Cf2m, Cc2m; Cf3m

Relé de protección térmica.

La invención concierne al ámbito de los relés de protección térmica destinados para proteger un aparato eléctrico. La solicitud de patente europea EP0866485 describe un dispositivo de protección de un motor que concierne a este ámbito.

La invención se refiere a un relé de protección térmica destinado para proteger un aparato eléctrico, que incorpora medios de medida de una corriente absorbida por el aparato, medios de determinación de un valor representativo de la imagen térmica del aparato en función del valor de la corriente medida, de un valor anterior de la imagen térmica y de por lo menos una constante de tiempo predeterminada, medios de determinación de por lo menos un umbral de protección, medios de comparación del valor representativo de la imagen térmica con el umbral de protección y medios de producción de una señal de alarma y/o de disparo cuando el valor representativo de la imagen térmica excede del umbral de protección.

Un relé de este tipo 1 se puede usar para la protección de un motor 2 (figura 1), de un transformador, de una línea eléctrica o de un banco de condensadores. Según se representa en la figura 1, unos sensores de corriente 3 suministran al relé 1 señales representativas de la corriente absorbida por el motor 2. El relé 1 calcula, a partir de las corrientes medidas, un valor representativo de la imagen térmica del motor 2, es decir, representativo del calentamiento del motor. En caso de calentamiento demasiado elevado, debido por ejemplo a una sobrecarga y que sobrepasa respectivamente un umbral de alarma E_sa o de disparo E_sd, el relé 1 suministra una señal de alarma o de disparo. La señal de disparo provoca la apertura de los contactos 4 y la interrupción de la alimentación del motor 2.

De forma convencional, un valor E_k de la imagen térmica se calcula, en un momento t, según la ecuación:

en la que:

E_{k 1} es el valor anterior de la imagen térmica, calculado en el momento (t ?t);

I_eq es una corriente equivalente, representativa de la corriente absorbida por el motor y determinada a partir de las corrientes medidas;

I_b es la corriente de base del aparato, es decir, la corriente absorbida por el aparato en funcionamiento nominal;

t es la constante de tiempo del aparato que se va a proteger. Como norma, la constante de tiempo t puede adoptar dos valores distintos, una constante de tiempo de calentamiento t₁ cuando el motor está en marcha y una constante de tiempo de enfriamiento t₂, proporcionada por el fabricante, cuando el motor está parado.

De forma conocida, la corriente equivalente I_eq se calcula a partir de las corrientes medidas según la ecuación:

en la que:

I es la mayor corriente eficaz (RMS) medida que circula por los conductores de fase que alimentan el aparato;

I_inv es la corriente inversa medida;

K es un coeficiente ajustable.

Según se representa en la figura 2, de este modo se pueden definir curvas de disparo tiempo/corriente del relé en frío C_f1 y en caliente C_c1 (en punteado).

La curva de disparo en frío C_f1 define el tiempo de disparo del relé de protección a partir de un calentamiento nulo, de acuerdo a la ecuación:

en la que E_sd es el umbral de disparo.

La curva de calentamiento en caliente C_c1 define el tiempo de disparo de la protección a partir de un calentamiento nominal E = 1, de acuerdo a la ecuación:

Para una corriente predeterminada, superior a una corriente máxima en régimen establecido, el tiempo de disparo a partir de un estado frío del motor que se va a proteger es superior al obtenido a partir de un estado caliente del motor.

A título de ejemplo, en la figura 2, para una corriente I_eq/I_b = 2, el tiempo de disparo del relé es de 665 s en frío (punto A₁) y de 70 s en caliente (punto A₂).

Los fabricantes proporcionan generalmente unas curvas de resistencia térmica experimentales del aparato, en caliente y en frío. En la figura 2, las curvas en caliente C_c1m y en frío C_f1m del motor (en línea llena) están desplazadas hacia arriba con relación a las curvas asociadas C_c1 y C_f1 del relé. La protección del motor correspondiente está por tanto debidamente asegurada por el relé.

Sin embargo, sucede que las curvas de resistencia térmica en caliente y en frío del motor (C_c2m y C_f2m) estén mucho más cercanas que las del relé (C_c2 y C_f2), según se muestra en la figura 3. En el ejemplo representado en la figura 3, para una corriente I_eq/I_b = 2, el tiempo de resistencia térmica en caliente del relé es de 250 s (punto A₃), al igual que antes inferior al tiempo de resistencia térmica correspondiente del motor. Sin embargo, el tiempo de disparo en frío del relé es de 620 s (punto A₄), superior al tiempo de resistencia térmica en frío (punto A₅) del motor. Por tanto, el motor no está debidamente protegido cuando experimenta una sobrecarga partiendo de un estado en frío, aunque el disparo a partir de un estado caliente siga estando garantizado a lo largo del tiempo necesario.

Rebajando la constante de tiempo de calentamiento t₁ del relé se pueden desplazar hacia abajo las dos curvas de disparo del relé. Las nuevas curvas en caliente C_c3 y en frío C_f3 que así se obtienen quedan entonces ambas por debajo de las curvas asociadas del motor (C_c2m y C_f2m). El nuevo tiempo de resistencia térmica en frío (punto A₆) es entonces inferior al tiempo de resistencia térmica en frío del motor (punto A₅). Otro tanto se aplica para el tiempo de resistencia térmica en caliente (puntos A₇ y A₃).

Sin embargo, el rebajamiento de la curva de disparo en caliente del relé puede plantear problemas para el arranque. En efecto, la curva de disparo en caliente C_c3 del relé puede, según se representa en la figura 3, cruzar la curva de arranque del motor. En la figura 3, se muestran dos curvas de arranque C_d1 y C_d2. Cada una de estas curvas representa el valor de la corriente, en función del tiempo, en el arranque del motor, respectivamente para un arranque en tensión nominal U_n (C_d1) y para un arranque en una tensión de 0,9U_n (C_d2).

La curva de disparo en caliente C_c3 corta la curva de arranque C_d1 en el punto A₈ y la curva de arranque C_d2 en el punto A₉. Así, en caso de arranque en caliente, el valor de la corriente es tal que provoca inmediatamente un disparo, impidiendo con ello cualquier arranque en caliente.

La invención tiene por objeto solventar estos inconvenientes y permitir en todas las circunstancias una buena protección térmica del aparato.

De acuerdo con la invención, este objeto se logra por el hecho de que se toma en cuenta una imagen térmica inicial no nula para la determinación de la imagen térmica, determinándose el valor de la imagen térmica inicial a partir de curvas de resistencia térmica experimentales del aparato.

De acuerdo con un desarrollo de la invención, al ser el umbral de protección un umbral de disparo, el tiempo de disparo en frió t del relé viene dado por la ecuación:

en la que:

t es la constante de tiempo del relé;

I_b es la corriente de base del aparato;

I_eq es una corriente equivalente representativa de la corriente medida;

E_s0 es la imagen térmica inicial;

E_sd es el umbral de disparo.

La imagen térmica inicial E_s0 viene determinada...

1. Relé de protección térmica (1) destinado para proteger un aparato eléctrico (2), que incorpora medios de medida (3) de una corriente absorbida por el aparato, medios de determinación de un valor (E_k) representativo de la imagen térmica del aparato en función del valor (I_eq) de la corriente medida, de un valor anterior (E_{k 1}) de la imagen térmica y de por lo menos una constante de tiempo (t₁, t₂) predeterminado, medios de determinación (F5, F6) de por lo menos un umbral de protección (E_sa, E_sd), medios de comparación (F15, F17) del valor (E_k) representativo de la imagen térmica con el umbral de protección y medios de producción de una señal de alarma y/o de disparo (F16, F18) cuando el valor representativo de la imagen térmica excede del umbral de protección, relé caracterizado porque se toma en cuenta una imagen térmica inicial no nula (E_s0) para la determinación de la imagen térmica, determinándose el valor de la imagen térmica inicial a partir de curvas de resistencia térmica experimentales (C_f2m, C_c2m; C_f3m, C_c3m) del aparato.

2. Relé según la reivindicación 1, caracterizado porque, al ser el umbral de protección un umbral de disparo, el tiempo de disparo en frío del relé viene dado por la ecuación:

en la que:

t es la constante de tiempo del relé;

I_b es la corriente de base del aparato;

I_eq es una corriente equivalente representativa de la corriente medida;

E_s0 es la imagen térmica inicial;

E_sd es el umbral de disparo.

3. Relé según la reivindicación 2, caracterizado porque la imagen térmica inicial E_s0 se determina según la ecuación:

en la que:

I_b es la corriente de base del aparato;

I_r es una corriente de ajuste predeterminada;

t_r es un tiempo de disparo en frío deseado, asociado a la corriente de ajuste I_r;

t₁ es una constante de tiempo de calentamiento, determinada a partir de una curva de resistencia térmica en caliente experimental de aparato.

4. Relé según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque incorpora medios de medida (F12) de la temperatura ambiente (?_a) y medios de corrección (F13, F14) del valor (E_k) representativo de la imagen térmica en función de la temperatura ambiente medida.

5. Relé según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque, estando el aparato constituido por un motor y constituyendo las constantes de tiempo (t₁, t₂), el umbral de alarma (E_sa) y/o de disparo (E_sd) y la imagen térmica inicial (E_s0) un juego de parámetros del relé, el relé incorpora medios de comparación (F4) de la corriente medida (I_eq) y de un umbral de corriente (I_s) representativo de un estado bloqueado del rotor del motor y medios de selección (F5, F6) de un primer juego de parámetros cuando la corriente medida (I_eq) es inferior al umbral de corriente (I_s) y de un segundo juego de parámetros cuando la corriente medida (I_eq) es superior al umbral de corriente (I_s).