Relé térmico y clases de disparo 10A, 10, 20 y 30

Respuesta corta

El relé de sobrecarga protege al motor contra el calentamiento por corriente excesiva, sin intentar despejar cortocircuitos. Su clase de disparo (10A, 10, 20 o 30) indica qué tan rápido actúa ante una corriente de arranque elevada: a mayor clase, más tiempo tolera esa corriente antes de disparar. La clase debe ser mayor que el tiempo real de arranque del motor y menor que lo que el motor resiste con rotor bloqueado. Una clase demasiado baja dispara en cada arranque; una demasiado alta deja al motor sin protección efectiva.

Qué hace un relé de sobrecarga

Un motor de inducción puede soportar corrientes mayores que la nominal durante un tiempo limitado; lo que lo daña es el calor acumulado en los devanados. El relé de sobrecarga mide la corriente de las tres fases y abre el circuito de mando del contactor cuando el calentamiento estimado se acerca al límite del aislamiento. Su trabajo es sobrecarga, es decir, calentamiento lento; no despeja cortocircuitos, que son competencia de fusibles o de la protección magnética de un guardamotor o de un interruptor.

Hay dos tecnologías de uso general:

Térmico bimetálico. La corriente calienta unas láminas de dos metales que se curvan y accionan el contacto de disparo. Es simple, no necesita alimentación y compensa en parte la temperatura ambiente. Su respuesta se acerca a la de un modelo térmico elemental.
Electrónico. Mide la corriente con transformadores internos y calcula un modelo térmico. Permite clase ajustable, detección de falta de fase y desbalance, rearme remoto y comunicaciones. Es el que corresponde a servicios exigentes.

Ambos se instalan después del contactor, en serie con el motor, y su contacto auxiliar de disparo corta el mando. Para protecciones más completas del motor, vea relé de protección de motor.

Qué es la clase de disparo

La norma IEC 60947-4-1 define las clases de disparo como una forma estandarizada de decir cuánto tarda el relé en disparar desde frío cuando por él circula un múltiplo alto de la corriente de ajuste. Las clases de uso común son 10A, 10, 20 y 30. El número de la clase indica el tiempo máximo, en segundos, que el relé tarda en disparar con una corriente de arranque típica. Una clase 10 dispara antes que una clase 20, y esta antes que una clase 30.

Clase	Idea de uso	Arranque típico
10A	Respuesta muy rápida	Arranque casi instantáneo, motores pequeños de baja inercia
10	Respuesta rápida	Bombas, ventiladores livianos, arranque corto
20	Respuesta intermedia	Cargas de inercia media, bombas de mayor tamaño, compresores
30	Respuesta lenta	Arranque largo: ventiladores grandes, molinos, centrífugas

Los tiempos exactos de cada clase a un múltiplo dado de la corriente de ajuste están definidos por la norma y por la hoja de datos del fabricante. Antes de proyectar, consúltelos en la norma o en la hoja de datos del fabricante. La idea que importa es la ventana de protección.

La ventana entre arranque y daño

Para elegir la clase hay dos tiempos que acotar:

Tiempo real de arranque. El que el motor tarda en acelerar la carga hasta su velocidad con la tensión real de la planta, que puede ser menor que la nominal. El relé debe tolerarlo sin disparar.
Tiempo que el motor resiste con rotor bloqueado. Es un dato del fabricante del motor. El relé debe disparar antes de que se cumpla ese tiempo.

La clase correcta es la más corta que todavía deja pasar el arranque con margen. Una clase corta en un motor de arranque largo provoca disparos en cada intento; una clase larga en un motor que resiste poco tiempo bloqueado deja el devanado expuesto. Cuando no hay ventana posible, la solución no es el relé: es cambiar el método de arranque, por ejemplo con un arrancador suave, o proteger con un relé electrónico con modelo térmico y sensores de temperatura.

Ajuste de corriente y condiciones de operación

El relé se ajusta a la corriente de placa del motor a la tensión de operación, no a la potencia ni a la corriente del contactor. Tres cuidados:

Conexión del motor. En un arranque estrella-triángulo, el relé puede ir en la línea o en el devanado, y el ajuste cambia con la ubicación. Confirmar el esquema antes de ajustar.
Factor de servicio y temperatura ambiente. Un motor con factor de servicio mayor que uno puede admitir más corriente continua. Pero ese margen solo se usa si el fabricante del motor lo autoriza.
Altitud y temperatura de la sala. Un relé bimetálico se compensa solo en un rango. Si el tablero está mucho más caliente que el motor, el relé dispara antes de lo necesario.

Ejemplo ilustrativo

Valores inventados para mostrar el razonamiento.

Un motor de 30 kW a 400 V, con corriente de placa de 56 A, mueve un ventilador de inercia alta. Se mide que el motor tarda unos 14 segundos en alcanzar velocidad (ilustrativo), y el fabricante del motor indica que resiste unos 20 segundos con rotor bloqueado.

Un relé clase 10 podría disparar durante el arranque, porque su tiempo de disparo ante la corriente de arranque es menor que 14 s.
Un relé clase 30 deja pasar el arranque, pero su tiempo de disparo con rotor bloqueado supera lo que el motor resiste.
Un relé clase 20 queda en la ventana: deja pasar el arranque y dispara con rotor bloqueado antes del límite, si la hoja de datos confirma los tiempos a la corriente del motor.

El resultado depende de las curvas reales; este ejemplo solo muestra por qué la clase se elige entre dos tiempos y no por costumbre.

Más allá de la clase: asimetría, falta de fase y rearme

La clase de disparo describe el comportamiento ante una sobrecarga simétrica. Hay otras tres situaciones que el relé debe atender.

Falta de fase y desbalance. Cuando una fase se pierde, el motor trifásico sigue girando con dos fases, la corriente de las dos restantes sube y el devanado se calienta con rapidez. Muchos relés incorporan un mecanismo diferencial que acelera el disparo cuando las corrientes no son iguales. Un relé sin esa característica puede tardar demasiado. En los relés electrónicos la sensibilidad a la falta de fase es habitual y suele poder activarse o desactivarse; mantenerla activa es lo prudente.

Rearme. Tras un disparo, el motor sigue caliente. Los relés ofrecen rearme manual, automático o remoto. El rearme automático solo es adecuado donde un arranque inesperado no pone en peligro a nadie y donde la causa del disparo no sea una falla que se repita. En equipos de seguridad o con personal cerca, el rearme debe ser manual y deliberado. Además, un relé bimetálico necesita un tiempo de enfriamiento antes de poder rearmarse, lo cual es una ventaja: protege al motor de un nuevo arranque sobre un devanado todavía caliente.

Arranques repetidos. Un relé clásico con memoria térmica limitada no representa bien el calor acumulado en arranques consecutivos. En servicios con muchos arranques por hora, el calentamiento del rotor puede superar lo que el relé estima. Los relés electrónicos con modelo térmico y los sensores de temperatura embebidos dan mejor protección en ese caso; véase sensores de temperatura PTC y Pt100 en motores.

Por último, el relé debe ajustarse para el servicio real. Un motor sobredimensionado respecto a su carga trabaja con una corriente menor que la de placa, y un relé ajustado a la placa tardará mucho en notar una sobrecarga moderada. En motores críticos se revisa si conviene un ajuste menor, siempre que el arranque no dispare el relé y que el fabricante del motor lo avale.

Errores frecuentes

Subir la clase para evitar disparos sin medir el tiempo de arranque ni revisar la tensión disponible.
Ajustar el relé a la corriente máxima del contactor y no a la de placa del motor.
Dejar un relé térmico sin protección contra cortocircuito aguas arriba coordinada con él.
Usar relés bimetálicos en tableros muy calientes sin compensación de temperatura.
Rearmar repetidamente el relé hasta «hacerlo arrancar», sin averiguar la causa.
Ignorar la falta de fase: un relé sin sensibilidad a ella no protege contra el calentamiento del motor que queda trabajando en dos fases.
Mantener la misma clase al cambiar la carga o el método de arranque.

Lista de verificación

Corriente de placa del motor a la tensión de la planta.
Tiempo real de arranque medido, con la carga y la tensión de operación.
Tiempo con rotor bloqueado indicado por el fabricante del motor.
Clase de disparo elegida entre esos dos tiempos y verificada en la curva del fabricante.
Ajuste de corriente según la ubicación del relé en el esquema de arranque.
Protección contra cortocircuito aguas arriba coordinada con el relé.
Compensación de temperatura ambiente revisada.
Prueba de disparo del relé y de su contacto en el mando documentada.

Cuándo pedir un estudio

Si los disparos persisten, si el motor es crítico o si se está decidiendo entre un relé, un arrancador suave y un variador, la clase de disparo es solo una parte. Hay que revisar el arranque, la tensión y la coordinación con el resto de la protección. Nuestro equipo puede hacer su estudio de protección y arranque y, cuando el equipo ya existe, probarlo y ponerlo en servicio. Escríbanos por contacto con la placa del motor y el esquema del arrancador.

Guías relacionadas

Referencias

IEC 60947-4-1, Low-voltage switchgear and controlgear – Part 4-1: Contactors and motor-starters – Electromechanical contactors and motor-starters.
Hojas de datos de relés de sobrecarga de fabricantes, curvas de disparo por clase.

Preguntas frecuentes

¿Qué clase de disparo debo usar en un motor normal?

Para arranques cortos, de pocos segundos, como bombas pequeñas y ventiladores livianos, se usa clase 10 o 10A. Para cargas de mayor inercia o arranque largo, clase 20, y para arranques muy prolongados, clase 30. La regla es que la clase deje pasar el arranque real sin dispararse y todavía proteja al motor con rotor bloqueado.

¿El relé térmico protege contra cortocircuito?

No. Su función es la sobrecarga, que es un calentamiento lento. El cortocircuito se despeja con fusibles o con la protección magnética de un guardamotor o interruptor, y la coordinación entre ambos define si el relé sobrevive. Un relé térmico sin protección contra cortocircuito aguas arriba puede quedar destruido.

¿Un relé electrónico es mejor que uno bimetálico?

Depende de lo que se necesite. El bimetálico es simple y robusto; el electrónico ofrece clase ajustable, protección contra falta de fase y desbalance, y mejor repetibilidad ante cambios de temperatura ambiente. Para motores críticos o arranques exigentes suele preferirse el electrónico.

¿Por qué dispara el relé térmico apenas arranca el motor?

Casi siempre porque la clase es corta para el tiempo real de arranque, porque el ajuste de corriente es menor al de placa o porque el motor arranca sobrecargado o con baja tensión. También puede deberse a una falta de fase en el arranque. Hay que revisar el tiempo de arranque medido antes de subir la clase.