Fundamentos y Aplicaciones del Relé Térmico en Sistemas Eléctricos

Relé Térmico: Protección Esencial contra Sobrecargas

Los relés térmicos son dispositivos fundamentales utilizados tanto en corriente alterna (CA) como en corriente continua (CC). Están diseñados para asegurar una protección térmica eficaz contra sobrecargas eléctricas que, aunque sean pequeñas, se mantienen prolongadas en el tiempo.

Tipos y Características de los Relés Térmicos

Los relés térmicos se clasifican según sus características operacionales:

• Tripolares: Diseñados para su utilización en sistemas trifásicos, aunque también pueden emplearse en configuraciones monofásicas y bifásicas.
• Compensados: Son insensibles a las variaciones de la temperatura ambiental, asegurando una precisión constante en la protección.
• Diferenciales: Tienen la capacidad de detectar un desequilibrio o un corte de fase, previniendo la marcha en monofásica del motor que protegen (causada, por ejemplo, por la fusión de un fusible o el corte de una de las fases de alimentación).
• Graduados en «amperios-motor»: Permiten la selección directa de la intensidad en el relé sin necesidad de correcciones adicionales, basándose en la intensidad nominal indicada en la placa del motor.

Principio de Funcionamiento de un Relé Térmico Tripolar

El funcionamiento se basa en la deformación térmica de elementos bimetálicos:

1. Composición Bimetálica: Cada relé tripolar está compuesto por tres bimetales. Estos se constituyen por la asociación de dos metales (típicamente Invar y Ferroníquel) laminados juntos, cuyos coeficientes de dilatación térmica son significativamente diferentes.
2. Arrollamiento Calefactor: Un arrollamiento calefactor, conectado en serie en cada fase del motor y cuya sección es función de la intensidad a controlar, está bobinado sobre cada bimetal y provoca su deformación.

Mecanismo de Disparo

Si, durante un incidente, la intensidad absorbida por el receptor aumenta, los bimetales se deforman y accionan el dispositivo diferencial. El desplazamiento (lateral o vertical, según el tipo de relé) provoca la rotación de una leva o de un árbol solidario con el dispositivo de disparo.

Cuando la amplitud de la deformación es suficiente, la pieza que sujeta las partes móviles de los contactos se libera de un tope de bloqueo. Esto resulta en:

• Una apertura brusca del contacto de disparo, introducido en el circuito de la bobina del contactor (desconectando el motor).
• El cierre de un contacto de señalización.

Regulación y Rearme

El rearme del relé solo se puede efectuar una vez que los bimetales se han enfriado lo suficiente.

La distancia que debe recorrer la pieza para liberarse del tope de bloqueo es función de la intensidad seleccionada sobre el relé y de la temperatura ambiente del local donde está instalado. Esto justifica la necesidad de una corrección por bimetal de compensación.

La regulación se efectúa modificando, con la leva o con un botón de reglaje, la carrera angular que debe recorrer la extremidad del bimetal de compensación (6) o la palanca que le está asociada, para liberar el dispositivo de enganche (7), el cual mantiene el relé cerrado.

La etiqueta de regulación está graduada directamente en «intensidad motor». La intensidad límite de disparo, definida por las normas, está comprendida entre 1,05 y 1,20 veces el valor máximo de selección. Una palanca que se desplaza muesca por muesca ante las referencias de la etiqueta permite elegir la intensidad de disparo.

El Dispositivo Diferencial

El dispositivo diferencial es crucial para la protección contra fallos de fase. Provoca el disparo del relé cuando las intensidades que atraviesan los tres bimetales no son idénticas (red desequilibrada, marcha en monofásico).

El disparo es tanto más rápido cuanto mayor es la diferencia. El sistema está compuesto por dos regletas cuyo movimiento, solidario con el de los bimetales, controla el desplazamiento. Este desplazamiento se transmite, mediante una o dos palancas (según el tipo), al dispositivo de disparo.

Consideraciones de Uso del Diferencial

Los relés térmicos provistos de un dispositivo diferencial no se deben utilizar en circuitos intrínsecamente desequilibrados, especialmente en circuitos trifásicos que alimentan receptores monofásicos.

En este último caso, la puesta en serie de dos bimetales anula el efecto del diferencial.

Dispositivo de Rearme Automático

Este mecanismo es generalmente utilizado en equipos de difícil acceso, donde la intervención manual es complicada. Ejemplos comunes incluyen:

• Grupos de climatización.
• Grupos frigoríficos montados sobre camiones-bomba.
• Pequeños polipastos.

Estos relés no memorizan el disparo; se rearman automáticamente una vez que el elemento térmico se ha enfriado.

Dado que el reinicio de la marcha del motor protegido está subordinado al rearme del relé, es primordial asegurar que el reinicio automático del equipo esté exento de todo riesgo potencial para el usuario o el proceso.