cap 3 interruptores

CAPITULO 3

Interruptores Automáticos

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Contenido Disturbios eléctricos Conductores, aislantes y sobrecorrientes

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Disturbios eléctricos ...

En una red de distribución eléctrica pueden producirse disturbios (incidentes) por: Descargas atmosféricas y maniobras de los dispositivos de corte Fallos del material: aislantes de las máquinas y cables. Factores humanos: falsas maniobras, malos ajustes.

Principales disturbios: cortocircuitos, sobrecargas, corrientes de fuga a tierra, subtensiones, sobretensiones.

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... Disturbios eléctricos ...

Sobreintensidad: corriente que excede la corriente asignada Corriente de sobrecarga: sobreintensidad que ocurre en un circuito en

ausencia de una falla eléctrica. Sobrecarga: condición operativa en un circuito eléctricamente sano que podría

causar una sobreintensidad.

Corriente de cortocircuito: sobreintensidad que se deriva de un cortocircuito debido a una falla o a una conexión incorrecta en un circuito electrico.

Corrientes de fuga: Son corrientes que se producen aún en ausencia de un defecto de aislamiento, retorna a la fuente a través de la tierra o del conductor de protección.

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Efectos de las sobrecargas Todos los conductores presentan alguna resistencia al flujo de corriente y

al igual que el rozamiento, siempre genera calor Casi todos los conductores eléctricos están cubiertos de alguna manera

con una protección aislante (capa de barniz, múltiples capas de caucho o plástico, etc)

La temperatura que puede tolerar esta protección aislante determinará la conveniencia del conductor para ser utilizado en un circuito particular.

Por esta razón los conductores tienen una capacidad nominal de conducción continua (ampacidad)

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... Efectos de las sobrecargas ...

La corriente que fluye en un circuito está determinada por el dispositivo(s) o carga alimentado(s) por el circuito. Esta información se utiliza para seleccionar los conductores adecuados .

Si la carga en un circuito aumenta demasiado, se producirá una condición de sobrecarga, se generará un calentamiento mayor que el que puede soportar el aislante y puede dañarlo.

M

M

Pequeña carga pequeña corriente

Gran carga gran corriente

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... Efectos de las sobrecargas ...

Esto lleva a su vez a los cortocircuitos y a otros riesgos eléctricos, como incendios (el calor generado puede encender los materiales circundantes).

El punto al cual la corriente en un conductor excede la temperatura de régimen de su aislamiento es llamado punto crítico.

carga

tem

pe

ratu

ra

AISLANTE

CONDUCTOR

PELIGRO

PUNTO CRÍTICO

¡ Por lo tanto, es importante contar con dispositivos que detecten oportunamente las sobrecargas y las eliminen !

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Efectos de los cortocircuitos Si un conductor imprevisto permite

que se complete el circuito sin pasar por la carga, se pueden presentar sobrecorrientes peligrosas.

Un camino para que esto pase es un cortocircuito.

M

Gran corriente

Un cortocircuito puede ocurrir si el aislamiento entre dos conductores se corta y permite que la corriente pase directamente entre ellos o si ambos entran en contacto con el mismo material conductor.

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... Efectos de los cortocircuitos ...

Las corrientes de cortocircuito producen: Calentamientos bruscos e intensos: todos los equipos y conductores

que son atravesados por las corrientes de cortocircuito se ven afectados. Cables, barras, transformadores, contactores (se sueldan los

contactos), relés térmicos, transformadores de corriente, etc

Esfuerzos electrodinámicos: producen deformación de los conductores activos y embarrados

¡ Por lo tanto, es importante contar con dispositivos que detecten oportunamente las corrientes de cortocircuito y las eliminen en el

menor tiempo posible !

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¿Qué dispositivos se utilizan para la protección?

Para la protección de los cables y equipos eléctricos se utilizan:Fusibles: Son dispositivos que tienen un elemento que se funde con el paso de la

corriente y de este modo corta el circuito eliminando la falla (cortocircuito).

Se utilizan para la protección contra cortocircuitos

Interruptores automáticos: Son aparatos que disponen de elementos que detectan las

sobrecorrientes (sobrecargas y cortocircuitos) y abren automáticamente el circuito eliminando la sobrecorriente.

Se utilizan para la protección contra sobrecargas y cortocircuitos.

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Definición de Interruptor automático Interruptor automático (circuit breaker): “ Aparato mecánico de

conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito, así como de establecer, soportar durante un tiempo determinado e interrumpir corrientes en condiciones anormales especificadas del circuito tales como cortocircuito”. (según IEC 947-2)

De acuerdo al National Electrical Code (NEC): “ Un dispositivo diseñado

para abrir y cerrar un circuito por medios no automáticos y para abrir el circuito automáticamente a una determinada sobrecorriente sin que se dañe cuando es aplicado apropiadamente dentro de su capacidad”.

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Tipos de Interruptores automáticos ...

Especialmente, el interruptor automático tiene la capacidad de interrumpir corrientes de cortocircuito, por esta razón, ellos están divididos básicamente :

De acuerdo a su capacidad de apertura, en categorías : Baja capacidad de apertura (Residencial) Capacidad de apertura Normal Alta capacidad de apertura Muy alta capacidad de apertura (Limitadores)

De acuerdo al tipo de construcción y su capacidad para limitar la corriente de cortocircuito, en dos tipos: Apertura de la corriente al pasar por cero (current-zero type). Limitadores de corriente (current limiting type)

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... Tipos de Interruptores automáticos

Interruptores automáticos miniatura (Miniature Circuit Breaker – MCB): son pequeños interruptores modulares (unipolares o multipolares ), destinados a la protección de cables, especialmente para instalaciones residenciales.

Interruptores de caja moldeada (Molded Case Circuit Breaker – MCCB): son los que tienen una caja soporte de material aislante moldeado que forman una parte integral del interruptor automático.

Interruptores en aire (Air Circuit Breaker - ACB): son interruptores del tipo abierto para protección de instalaciones con rangos de corriente mayormente desde 400A.

Los interruptores automáticos también se designan de acuerdo a su tamaño y construcción en:

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Interruptores automáticos para uso residencial: que están regidos por la Norma IEC 898 y que incluye básicamente a los interruptores automáticos miniatura y son modulares (MCB).

Se puede hacer otra clasificación desde el punto de vista normativo:

Interruptores automáticos para uso industrial: que están regidos por la Norma IEC 947-2 y que incluye a los interruptores de caja moldeada (MCCB) y a los interruptores automáticos en aire (ACB)

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Interruptores automáticos de caja moldeada (Molded Case Circuit Breaker – MCB): dentro de estos hay otro tipo de interruptor, el interruptor automatico en caja aislada (Insulated Case Circuit Breakers – ICCB). Normas aplicables: NEMA AB-1 y UL 489-1991

Interruptores automáticos de Potencia de Baja Tensión (Low-Voltage Power Circuit Breaker – LVPCB): Son los interruptores de bastidor abierto. Las normas aplicables son: ANSI Std. C37.16, ANSI Std. C37.17, ANSI Std. C37.50, IEEE Std C37.13 y la UL 1558.

Los interruptores automáticos de Baja Tensión, bajo Normas Americanas (ANSI, IEEE, UL) se clasifican en dos tipos principales:

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Partes principales de un interruptor automático ... Normalmente los interruptores están

formados por 2 partes fundamentales para su funcionamiento: La caja (frame) Los elementos de protección

La caja (frame), donde los elementos principales son:

Sistema de contactos principales Mecanismo de operación Cámara de arco Bornes de conexión

Borne superior

Borne inferior

Contacto fijo

Contacto móvil

Cámara de arco

Mecanismo de operación

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... Partes de un interruptor automático

Integrados en la caja (son termo-magnéticos)

Contenidos en una unidad separada llamada unidad de disparo (trip unit) que puede ser termo-magnética o electrónica y se conecta a los terminales de fuerza de la caja, y pueden ser fijos o intercambiables.

Contenidos en una unidad separada llamada unidad de disparo (trip unit) electrónica, la cual se conecta a los secundarios de los TC del interruptor, son intercambiables

Los elementos de protección (cortocircuito, sobrecarga), pueden estar:

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El interruptor integrado a los circuitos de control Con el incremento del grado de

automatización, mostrar el estado de los contactos principales y dispositivos de protección y operarlos a distancia, está ganando importancia.

Los interruptores automáticos fácilmente pueden ser integrados en este flujo de información en una instalación, mediante una serie de accesorios normalmente instalables en campo.

Contactos auxiliares

contactos principales

alarma

Bobinas de disparo

mínima tensión

emisión

Operadores eléctricos

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El interruptor y la seguridad de las personas Los requerimientos de seccionamiento ,

para realizar operaciones de mantenimiento u otros trabajos, exigen que el interruptor principal pueda ser bloqueado mediante un candado o en otros casos bloquear el acceso (bloquear la puerta) si están conectados.

La protección de personas contra contactos accidentales (directos o indirectos)

Los interruptores cumplen plenamente con estos requerimientos con la adición de los accesorios adecuados

Manija rotativa para montaje directo

Manija rotativa para montaje en puerta

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Funciones de los interruptores automáticos

Un interruptor automático tiene las siguientes funciones: Maniobra: permite cerrar y abrir un circuito por medios no

automáticos. Protección contra sobrecargas o cortocircuitos : asociados a una

unidad de disparo, produce la apertura automática del interruptor. Seccionamiento: permiten acceso a los circuitos alimentados sin

riesgo para los operarios Control a distancia: apertura y cierre remoto Señalizaciones: estado de los contactos principales y alarmas

La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), publicó la IEC 947-2 para interruptores automáticos, teniendo en cuenta el desarrollo tecnológico

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Norma aplicable a los interruptores industriales IEC La Norma que se aplica a los interruptores automáticos de Baja tensión

hasta 1000 VAC y 1500 VDC, es la IEC 947-2 Esta norma fija: - Las caracteristicas de los interruptores automáticos - Las condiciones a las que deben responder

Su funcionamiento y comportamiento en servicio normal Su funcionamiento y comportamiento en caso de sobrecarga y en

caso de cortocircuito, incluida la selecividad y filiación Sus propiedades dieléctricas Los ensayos y métodos para realizarlos Las información que hay que marcar en los aparatos

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Características de los interruptores ...

Tensiones Tensión de empleo asignada (Ue) Tensión de aislamiento asignada (Ui) Tensión soportada al impulso asignada (Uimp)

Intensidades Intensidad térmica convencional al aire libre (Ith) Intensidad térmica convencional bajo envolvente (Ithe) Intensidad asignada (In)Intensidades de cortocircuito Poder nominal de cierre de cortocircuito (Icm) Poderes nominales de corte en cortocircuito (último-Icu, de servicio-Ics) Intensidad nominal de corta duración admisible (Icw)

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... Características de los interruptores ...

Tensión de empleo asignada (Rated operational voltage) (Ue):

“Valor de tensión, el cual combinado con la corriente asignada de empleo determina la aplicación del equipo y a la cual se refieren los ensayos y la categoría de utilización” Se expresa generalmente como la

tensión entre fases: 480V En USA y Canadá se expresa

también con la tensión fase-tierra (3, 4h, neutro a tierra): 277/480V

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Para interruptores multipolares debe tenerse en cuenta la aplicación en sistemas donde una falla a tierra :

no causa la aparición de la tensión plena fase-fase a través de los polos

causa la aparición de la tensión plena fase-fase a través de los polos

A un interruptor se le puede asignar varias tensiones nominales de empleo asociadas con sus capacidades de ruptura

La Ue es afectada por la altitud de trabajo

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Tensión de aislamiento asignada (Rated insulation voltage) (Ui):

“Valor de tensión al cual son referidos los ensayos dieléctricos y las líneas de fuga”

En ningún caso el máximo valor de la tensión de empleo asignada debe exceder la tensión de aislamiento asignada.

El máximo valor de la tensión de empleo asignada puede considerarse como tensión de aislamiento asignada, si ésta no es especificada

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Tensión soportada al impulso asignada (Rated impulse withstand voltage) (Uimp):

Valor pico de la onda de impulso de forma y polaridad determinada, que es capaz de resistir el equipo sin falla, bajo condiciones especificadas de ensayo y a la cual son referidas las distancias de aislamiento.

Esta tensión debe ser igual o superior a los valores dados para las sobretensiones transitorias que se produzcan en el sistema en el que esta instalado.

La forma de onda es la simulación de una onda provocada por un fenómeno atmosférico.

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Corriente térmica convencional al aire libre (Conventional free air thermal current) (Ith):

Valor máximo de corriente, definida por el fabricante, a utilizarse en los ensayos de los equipos instalados al aire libre.

Corriente térmica convencional bajo envolvente (Conventional enclosed thermal current) (Ithe):

Valor máximo de corriente, definida por el fabricante, a utilizarse en los ensayos de los equipos instalados dentro de una envolvente especificada.

Ambos valores deben ser, por lo menos igual al valor máximo de la corriente de servicio asignada, para el servicio de 8 horas

Estos valores ser ven afectados por la temperatura y la altitud de trabajo

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Corriente asignada (Rated current) (In): Valor de corriente, definido por el

fabricante, que puede conducir el interruptor en servicio ininterrumpido, este valor es igual a Ith.

Corriente de servicio asignada (Rated operational current) (Ie):

Es la corriente establecida por el fabricante, tomando en cuenta la tensión de empleo asignada, la frecuencia asignada, el servicio asignado, la categoría de utilización y el tipo de envolvente de protección si fuera necesario.

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Poder de ruptura asignado último en cortocircuito (Icu):

Es el valor de interrupción de la corriente en cortocircuito fijado por el fabricante para la tensión de empleo asignada correspondiente y condiciones de ensayo especificadas. Se expresa como el valor eficaz de la corriente de interrupción presunta, en kA (valor eficaz de la componente simétrica).

¡ La Icu es la que se compara con Icc trifásica prevista, en el punto de

instalación del interruptor !

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Le corresponde la secuencia de ensayo III (según la IEC 947-2) que comprende los ensayos siguientes:1. Verificación de los disparadores de sobrecarga: con 2Ir en cada

polo, por separado 2. Poder asignado de corte último en cortocircuito: con Icu y una

secuencia de maniobras O – 3min – CO (2 aperturas)3. Verificación de la rigidez dieléctrica: con 2Ue ó 1000V (el mayor),

durante 1 minuto 4. Verificación de los disparadores de sobrecarga: con 2.5 Ir, en cada

polo, por separado. ¡ El poder de ruptura último en cortocircuito no incluye la aptitud del

interruptor automático para ser recorrido permanentemente por su corriente asignada !

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Poder de ruptura asignado de servicio en cortocircuito (Ics):

Un cortocircuito trifásico es un defecto excepcional y además su valor real es bastante inferior a la Icc calculada y en los circuitos finales, mucho menor todavía.

Las corrientes de cortocircuito previstas se calculan considerando: El cortocircuito es trifásico. El fenómeno se realiza cortando sin que aparezca el arco. No se tienen en cuenta las resistencias de las conexiones. Se considera que el cortocircuito se produce en los bornes de salida

del interruptor automático, sin añadir ningún tramo de cable. Las resistencias de los cables se consideran a su temperatura

normal de funcionamiento (en realidad aumentan al calentarse los cables)

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Es importante que estas corrientes, de probabilidad más elevada, sean interrumpidas en las mejores condiciones una vez eliminada la causa del defecto, se consiga un retorno

inmediato del servicio y con la mejor seguridad posible para la instalación.

Cortocircuito trifásico maximalista

Pcc = 250 MVA

400 kVA10kV/230Vuk = 4.5%

Barra 10x100 mm10 mts 1250A

200ACable 3/0 AWG50 mts

TGBT

Cortocircuito bifásico más realista

Icc3 = 22.3 kA

Icc2 = 11.2 kA Icc2 = 7.09 kA

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¿Como se define el poder de ruptura asignado de servicio en cortocircuito (Ics)?

Es el valor de interrupción de la corriente en cortocircuito fijado por el fabricante para la tensión de empleo asignada correspondiente y condiciones de ensayo especificadas.

Se expresa en kA o en % de Icu (valores a escoger por el fabricante: 25%, 50%, 75% ó 100%)

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Le corresponde la secuencia de ensayo II (según la IEC 947-2) que comprende los ensayos siguientes:1. Poder asignado de corte de servicio en cortocircuito: con Ics y una

secuencia de maniobras: O - 3 min - CO - 3min – CO (3 aperturas)2. Verificación de la rigidez dieléctrica: con 2Ue ó 1000V (el mayor),

durante 1 minuto 3. Verificación del calentamiento: el circuito principal debe poder

soportar la corriente Ith ó Ithe según sea el caso

4. Verificación de los disparadores de sobrecarga: con 1.45 Ir, con todos los polos conectados en serie.

¡ El poder de ruptura de servicio en cortocircuito incluye la aptitud del interruptor automático para ser recorrido permanentemente por

su corriente asignada !

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Poder asignado de cierre en cortocircuito (Icm): Es el valor de corriente (kA pico) para la tensión asignada de empleo, a

la frecuencia asignada y para un factor de potencia especificado en ac, o una constante de tiempo especificada en dc.

En corriente alterna, el valor de esa corriente no debe ser inferior al producto de Icu por el factor n de la tabla adjunta.

Relación n entre Icm y Icc y el factor de potencia correspondiente (en AC)

Icc (kA)eficaz Factor de potencia Valor mínimo exigido de n (n = Icm/Icc)

4.5 Icc 6 0.7 1.5

6 < Icc 10 0.5 1.7

10 < Icc 20 0.3 2.0

20 < Icc 50 0.25 2.1

50 < Icc 0.2 2.2

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Corriente asignada de corta duración admisible (Icw): Es el valor de corriente más elevada que el interruptor puede soportar

por un tiempo determinado sin que se altere en forma irreversible las características del material que lo constituye.

En corriente alterna, el valor de esa intensidad es el valor eficaz de la componente periódica de la intensidad prevista de cortocircuito, supuesta constante durante el retardo de corta duración.

Los valores preferentes son los siguientes: 0.05 – 0.1 – 0.25 – 0.5 – 1 s

Tabla 3. Valores mínimos de intensidad asignada de corta duración admisible

Intensidad asignada In

(A)

Intensidad asignada de corta duración admisible Icw

Valores mínimos (kA)

In 2500 El mayor de los dos valores, 12In o 5kA

In > 2500 30 kA

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Categorías de utilización

Categoría A:

Categoría de los interruptores automáticos no temporizados a la apertura, en condiciones de cortocircuito.

Categoría B:

Categoría de los interruptores automáticos con retardo a la apertura, en condiciones de cortocircuito.

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Limitación de intensidad…

La corriente de cortocircuito solo está limitada por la impedancia del propio circuito en defecto. Esta depende de un número de factores:

La potencia disponible que el circuito puede brindar La impedancia de los conductores dentro del circuito en falla.

En las redes modernas se pueden alcanzar valores de cortocircuito de 100 kA o superiores

Problemas de las corrientes de cortocircuito

Fuerzas electrodinámicas, proporcionales al cuadrado del valor de cresta de la intensidad.

Campos magnéticos Solicitaciones térmicas (calor), proporcionales al cuadrado del

valor eficaz de la intensidad

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… Limitación de intensidad …

El poder de limitación de un interruptor automático traduce su capacidad de dejar pasar durante un cortocircuito una intensidad de defecto inferior a la intensidad de defecto probable.

Icc cresta probable

Icc cresta limitada

Icc probable

Icc limitada

Efecto de un dispositivo limitador de intensidad de cortocircuito en una red de CA

Los interruptores limitadores proporcionan un alto poder de corte con el menor tamaño posible.

Su diseño permite que se reduzcan los valores de cresta de la intensidad y de la energía en el circuito y por consiguiente se reduzcan los esfuerzos electrodinámicos y solicitación térmica

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1. D125L

2. D160L-D250L

3. D125-D250-DH250

4. D160-DH160

5. D400-DH400-D400L

6. D630L

7. D630-DH630

8. D800-DH800

9. D1250

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La coordinación de disparo

El término coordinación implica la aplicación adecuada de dos conceptos:

Uno muy conocido, la selectividad, cada vez más buscada en las instalaciones de distribución eléctrica de baja tensión.

Otro, menos conocido, llamado filiación o protección de acompañamiento. La filiación consiste en instalar un aparato C2, (cuyo poder de ruptura Icu2 es inferior a la corriente de cortocircuito trifásico en sus bornes Icc2) y que está protegido o ayudado por otro aparato, el C1, ante los cortocircuitos de corriente comprendida entre Icu2 e Icc2.

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C1

C2

C3

Aguas arriba

Aguas abajo

Alimentación a otros tableros de

distribución

Alimentación a otros circuitos

F

Al producirse una falla en F

Si solo abre C3 1 circuito sin alimentación

Si abren C2 + C3Varios circuitos sin alimentación

Si abren C1 + C2 + C3Varios tableros con varios circuitos sin alimentación

Selectividad/Discriminación ...

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… Selectividad/Discriminación ...

Es la coordinación de los dispositivos de corte para que un defecto producido en cualquier punto de la red, sea eliminado por el interruptor automático colocado inmediatamente aguas arriba del defecto y solo por él

A

B

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... Selectividad/Discriminación ...

Discriminación absoluta

Si el valor máximo de ICC en B no excede el ajuste de disparo del interruptor A

Discriminación parcial

Si el valor máximo de ICC en B excede el ajuste de disparo del interruptor A

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D400L400 A100kA/380V

D250L200 A100kA/380V

D125L16 A100kA/380V

6.5 kA

2.8 kA

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Filiación ...

Esta característica ofrece la posibilidad de instalar aguas abajo interruptores automáticos con menores poderes de corte.

Los interruptores aguas arriba juegan el papel de barrera ante las fuertes intensidades de cortocircuito

A, Icu A

B, IcuB

IccB

IS IcuB IcuAIccB

Solo abre B A y B abren

Zona de selectividad Zona de filiación

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... Filiación ...

D400L400 A100kA/380V

D250L200 A100kA/380V

70 kA

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... Filiación ...

D400L400 A100kA/380V

D250L200 A100kA/380V

70 kA

D400L400 A100kA/380V

D250200 A35kA/380V

70 kA

100 kA

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La coordinacion de aislamiento ...

Las instalaciones eléctricas pueden verse sometidas a sobretensiones, producidas por muy diversas causas:

Sobretensiones atmosféricas. Sobretensiones de maniobras Sobretensiones causadas por un defecto Sobretensiones debidas a una conexión MT/BT, etc

El estudio de estas sobretensiones (origen, valor, localización...) y las reglas a aplicar para protegerse de ellas es lo que se conoce con el nombre de coordinación de aislamiento.

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... La coordinacion de aislamiento ...

En las redes de BT, la protección contra las sobretensiones se considera realizada cuando los materiales utilizados soportan, sin problemas, los dos tipos de ensayos siguientes:Rigidez dieléctrica a frecuencia industrial Rigidez dieléctrica a las ondas de tensión de choque (onda de

1.2/50s).

Niveles previstos de sobretensiones transitorias según IEC 38 (2000 msnm)

Tensión nominal de la instalación 230/400 V 400/690 V

Uimp (onda 1.2/50 s) para utilización:

En el origen de la instalación / Tablero General de BT 6 8

En los circuitos de distribución y finales 4 6

A nivel de los receptores 2.5 4

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La electrónica en los interruptores automáticos

La miniaturización, la disminución de costos y las posibilidades nuevas que ofrece la electrónica han llevado recientemente a todos los fabricantes a sustituir una parte de los relés magnetotérmicos por relés electrónicos.

La aparición de esta tecnología, utilizada en entornos severos (grandes corrientes, armónicos, temperaturas, choques mecánicos, etc.), ha requerido la publicación de los anexos adicionales de la IEC 947-2, para que definieran las prescripciones adicionales para los interruptores automáticos con protección electrónica. Ensayos de inmunidad Ensayos para la limitación de las emisiones radiadas.

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Interruptor automático-seccionador

Conocido como seccionamiento plenamente aparente, debe cumplir con los ensayos que garanticen:

La fiabilidad mecánica de la indicación de la posición.

La ausencia de corrientes de fuga.

La resistencia a las sobretensiones entre aguas arriba y aguas abajo.

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La norma IEC 898. Interruptores automáticos de uso doméstico ... Los interruptores automáticos industriales “IEC 947-2” los eligen,

instalan y utilizan profesionales expertos. Los interruptores automáticos destinados a las instalaciones

finales, especialmente de los que se utilizan en el ámbito doméstico (usuarios “no expertos”); de ahí la norma IEC 898.

Los interruptores automáticos “IEC 898”, son más fáciles de instalar (por ejemplo, no tienen posibilidad de regulación).

La IEC 898 es de 1987 y hay notables diferencias con la IEC 947-2. Es interesante conocerlas ya que, con frecuencia, se usan interruptores automáticos miniatura en la distribución final de las industrias.

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... La norma IEC 898. Interruptores automáticos de uso domestico ...

Comparación entre la Norma IEC 947-2 e IEC 898

Característica IEC 947-2 IEC 898

Tensión Un (V) < 1000 < 440

Corriente In (A) No prevé los límites 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 100 y 125

Térmico 1.05 a 1.3 In 1.13 a 1.45 In

Magnético No fija límites Define las curvas B: 3 a 5 In, C: 5 a 10 In, D: 10 a 20 In

Poder de corte Prevé un poder de ruptura último Icu que corresponde a un ensayo A-CA

Prevé un poder de ruptura asignado Icn que corresponde a un ensayo A-CA (PdC 25 kA)

Poder de corte en servicio

Prevé un poder de corte de servicio Ics cuyo valor porcentual de Icu, lo fija el fabricante y corresponde a un ensayo A-CA-CA

Prevé un poder de corte de servicio Ics cuyo valor porcentual de Icu, lo fija la norma y corresponde a un ensayo A-CA-CA

Seccionamiento Si En estudio

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Comparación de características Circuit Breakers Americanos

LVPCB ICCB MCCB

Disparo selectivo sobre un amplio rango de corrientes de falla

Disparo selectivo sobre un rango parcial de corrientes de falla

Disparo selectivo sobre un rango pequeño de corrientes de falla

Tipo de operador: operado mecánicamente, energía almacenada en 2 etapas y energía almacenada en dos etapas eléctricas

Tipo de operador: operado mecánicamente, energía almacenada en 2 etapas y energía almacenada en dos etapas eléctricas

Tipo de operador: operado mecánicamente mediante una palanca central o motor operador

Disponible en ejecuciones extraíbles que permite colocarlo a una clara “posición de prueba” y retiralo para mantenimiento

Disponible en ejecuciones extraíbles que permite colocarlo a una clara “posición de prueba” y retiralo para mantenimiento

Algunos están disponibles en ejecuciones enchufables, permite retirarlo para inspección y mantenimiento. En los tamaños más grandes pueden haber ejecuciones extraíbles.

Capacidad de interrupción a 480 V ac: 22-100 kA sin fusibles y sobre 200 kA con fusibles integrados

Capacidad de interrupción a 480 V ac: 22-100 kA.

Capacidad de interrupción a 480 V ac: 22-65 kA sin fusibles y sobre 200 kA con fusibles integrados o el tipo limitador de corriente

Limitación de corriente solo disponible con fusibles

Limitación de corriente no disponible Limitación de corriente con o sin fusibles

Pequeño número de tamaños disponibles Pequeño número de tamaños disponibles Gran número de tamaños disponibles

Mantenimiento general posible en todos sus tamaños

Mantenimiento limitado posible en los tamaños grandes

Mantenimiento limitado posible en los tamaños grandes

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Interruptor Miniatura

Interruptor de caja moldeadaInterruptor en aire

Tipos de Interruptores

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Interruptores miniatura MCB

Características Son los más pequeños de todos los tipos y están formados por pequeños interruptores

termomagnéticos unipolares. Tensión de servicio hasta 440 V ac y corriente nominal hasta 125 A Capacidades de ruptura hasta 10 kA en 380 V y 20 kA en 220 V,(los de alto poder de

ruptura llegan a 100 kA en 220 V y 30 kA en 440 V.). Sus elementos de disparo no son ajustables.

Aplicaciones: Instalaciones industriales, comerciales y domésticas, para la protección de cables,

circuitos de calefacción e iluminación y también para el control y protección de circuitos de motores de pequeña potencia.

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Interruptores en caja moldeada MCCB ...

Características No son una combinación de módulos unipolares, y tienen una caja común para todos

los polos Tensiones nominales hasta 1000 V ac ó 1200 V dc. Las corrientes generalmente

exceden 100 A y pueden llegar a 2500 A ó más Capacidades de ruptura hasta 150 kA en 440 V Los niveles de operación de los elementos magnético y térmico pueden ser ajustables,

particularmente en los MCCB grandes. Los fabricantes ofrecen series de capacidades de ruptura:

• Serie de capacidad de ruptura estándar.• Serie de alta capacidad de ruptura.• Serie de muy alta capacidad de ruptura.

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... Interruptores en caja moldeada MCCB ... Las unidades de disparo termomagnéticas elemento térmico, encargado de la protección contra sobrecarga y elemento magnético encargado de la protección contra cortocircuito. Se disponen de unidades de disparo para:

Protección de cargas genéricas, Protección de generadores y cables de gran longitud Protección de motores en coordinación con contactores y relés

térmicos

250 A

225

200

212 2371 21875

1250

1550

2500 A

2220

LTM

FETIr Im

Ir

Im

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... Interruptores en caja moldeada MCCB ...

Las unidades de disparo electrónicas

Requieren de una fuente de alimentación, pero ofrecen una serie de ventajas:

Precisión del valor de disparo entre 1.05 y 1.20 In Insensibilidad a la variación de temperatura ambiente. Obtención de varios tipos de curvas características Control y monitoreo de carga, mediciones, indicación de la causa del

disparo (sobrecarga, cortocircuito o falla a tierra), mediciones, transmisión de datos y test.

Sensor Procesador Disparador

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Las unidades de disparo electrónicas

k

1200A

900

850

800720

450

500

600

Lt 1

LTD20

30

10

5

2

k

12

8

6

54

1.0

2

3

ST 3

4STD

0.3

0

0.1

0.2

0.01

0.1

0.2

0.3

1.0

0.8

0.7

0.60.5

0.2

0.3

0.4

GF 5

20

30

10

5

GFD6

k

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... Accesorios de los interruptores ...

Accesorios internos : contactos auxiliares Contactos de estado de los contactos

principales : indican la posición de los polos del interruptor automático.

Contactos de alarma : indican que el interruptor automático ha disparado por: Operación de la unidad de disparo

(cortocircuito o sobrecarga, a menudo con discriminación)

Operación por RCD (falla a tierra) Botón de disparo (test) Operación de las bobinas de emisión

(shunt trip) o mínima tensión (undervoltage release)

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Aplicaciones Se instalan en los puntos del sistema de distribución de potencia

más cercanos a la fuente. Se utilizan mayormente en las instalaciones industriales y

comerciales. Por su amplio rango de ajuste térmico y magnético y sus diferentes

ejecuciones de elementos de disparo se pueden seleccionar adecuadamente para la protección de motores, transformadores, bancos de condensadores, generadores de emergencia, cables, etc

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Interruptores en aire ACB ...

Caracteristicas Tensiones nominales hasta 1000 V ac ó 1200 V dc. Las corrientes

generalmente desde 800 A hasta 6300 A. Capacidades de ruptura hasta 150 kA en 440 V. El arco producido es controlado directamente en una cámara de

corte. Puede ser de placas aislantes o de placas metálicas Las unidades de disparo son mayormente electrónicas y pueden

tener una gran variedad de funciones Utilizan un mecanismo de rearme por acumulación de energía

antes del cierre y de la apertura que permite un cilco O-CO

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... Interruptores en aire ACB ...

Unidades de disparoFunciones principales Protección de sobrecarga por disparo de tiempo largo (LT) con retardo ajustable. Protección de cortocircuito realizada:

Por disparo de tiempo corto (ST) Por disparo instantaneo (INST)

Protección de falla a tierra, con tiempo de discriminación o zona de bloqueo selectivo.

Otras funciones Monitoreo y control de carga, indicación de fallas, amperímetro, indicador de

mantenimiento, automonitoreo, transmisión de datos.

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... Interruptores en aire ACB ...

Aplicaciones Se instalan en los puntos del sistema de distribución de potencia

más cercanos a la fuente. Se utilizan mayormente en las instalaciones industriales y

comerciales. Por su amplio rango de ajuste térmico y magnético y sus diferentes

ejecuciones de elementos de disparo se pueden seleccionar adecuadamente para la protección de motores, transformadores, bancos de condensadores, generadores de emergencia, cables, etc

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Selección de interruptores ...

Cuando vamos a seleccionar un interruptor debemos de tener en cuenta las siguientes características de la instalación:

Características del sistema donde se instalará el interruptor La exigencia de continuidad de servicio La regulación y elección de las protecciones

Los datos mínimos a conocer son los siguientes Corriente nominal a conducir Corriente de cortocircuito (Pdc) en el punto de instalación del

interruptor

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... Selección de interruptores ...

Características del sistema Tensión (UINTERR. USISTEMA)

Frecuencia (fINTERR. = fSISTEMA)

Corriente (ICOND. P/CABLE IINTERR. < IADMI. P/CABLE )

Poder de ruptura (ICU-INTERR. ICC-PUNTO SISTEMA )

Excepción (concepto de filiación)

Debe tenerse en cuenta además: Número de polos (Esquema de conexión a tierra) Temperatura ambiente y altura de montaje (pueden implicar una desclasificación)

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... Selección de interruptores.

Continuidad de servicio Selectividad total Selectividad parcial

Regulación y elección de las protecciones Protección de personas contra contactos indirectos Protección de cables Protección de dispositivos eléctricos especiales

(Transformadores, grupos electrógenos, motores, bancos de condensadores,)

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Protección de cables ...

CARGA CABLE

DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN

IZ 1.45IZIB ISC

IN I2 ISCB

Corriente máxima de carga

Corriente máxima

permisible

Corriente nominal IN ó

corriente regulada Ir

Corriente de disparo de sobrecorriente

convencional

Capacidad de apertura para una

falla 3

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... Protección de Cables ...

El dispositivo de protección debe seleccionarse para que cumpla con lo siguiente:

La corriente debe ser cortada en un tiempo menor que el dado por la característica I2 t del cable.

Debe permitir que la máxima corriente de carga fluya indefinidamente IB.

222 SktIs

Para un cable aislado que conduce una Icc (t 5 s), puede determinarse aproximadamente por:

que indica que el calor generado permitido es proporcional a la sección del cable.

Valores de k2 (A2 seg/mm2)

ConductorAislamiento

Cobre AluminioPVC 13225 5776XPLE 20449 8836

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Ejemplo1. Seleccionar el interruptor para el alimentador mostrado.

800 kVAucc = 6%

10/0.46 kV

Cable XPLE3x1x150 mm2

de Cu, 10 mIz = 441 A

15 kA

U

SI TT

3

1004 A

Vamos a usar el catálogo GE 16.7 kA

Interruptor

D1250In = 1250 AIcu = 35 kAStandard

Ir = 0.8 a 1 InIm = 5 a 10 In


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Ejemplo1. (cont.)

Calculemos el esfuerzo térmico permisible para estos cables:

222 SktI 4141x106 A2 s

Esto significa que durante 5 s, (máximo tiempo de validez de la fórmula) puede soportar una intensidad de:

28.8 kAtSk

I22

O que durante 2 s, los cables pueden soportar una intensidad de:

tSk

I22 45.5 kA


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La elección del interruptor en BT, depende de: La intensidad nominal del transformador, que determina el calibre del

interruptor. La intensidad de cortocircuito máxima en el punto considerado, que

determina el poder de corte mínimo que debe tener el interruptor.

ICC

IN

Protección de transformadores MT/BT

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Protección de transformadores BT/BT ...

Potencia del Transformador

Máxima corriente de cresta

1º período (4.2 ms)



< 50 kVA 25 In 12 In 5 In

50 kVA 15 In 8 In 3.5 In

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Selección del interruptor en lado primario: No debe disparar con la corriente de inserción: la primera onda alcanza

10 a 25 veces la corriente nominal del transformador (su duración es de pocos milisegundos)

Deben proteger al transformador en caso de sobrecarga anormal.

IS.CARGA

IINSERCIÓN

ICC

... Protección de transformadores BT/BT

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Protección de motores ...

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Considerar que los valores de las corrientes sub transitorias pueden ser muy elevadas (18 In, con una duración de 10 a 15 ms).

Considerar que las corrientes de arranque pueden ser del orden de 8 In, con una duración de 0.5 a 30 s.)

Motor

Interruptor

Contactor

Relé térmico

... Protección de motores

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La elección del interruptor depende esencialmente de la regulación del magnético.

Se deba calcular la intensidad de cortocircuito en bornes del generador. Las reactancias transitorias son elevadas (entre 20 a 30%) y por lo tanto las corrientes de cortocircuito son débiles y necesitan de un ajuste mágnetico bajo.

G

ICC

uCC= 20 a 30%

Protección de Grupos Electrógenos

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Los bancos de condensadores deben ser capaces de soportar el 30% de sobrecarga debido a los armónicos.

Es recomendable adicionalmente considerar una sobrecarga del 5% debido a las tolerancias de las capacidades

El factor que debe aplicarse es por lo tanto (como mínimo):

k = 1.36

Protección de Bancos de condensadores

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Introducción

Los sistemas de distribución de energía eléctrica han evolucionado en los

últimos años.

Los interruptores automáticos combinan lo robusto y compacto con la limitación

de corriente de cortocircuito y la protección en cascada (filiación,

acompañamiento)

Las corrientes de cortocircuito se ven reducidas.

Un concepto cada vez más importante: protección de personas

Enero 2004 87

Protección de Personas

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Introducción

La corriente eléctrica puede producir: Electrocución Destrucción del equipamiento Incendios

Medios de protección Planteamiento preventivo: previniendo la ocurrencia de las fallas

mediante la utilización de materiales de calidad y la aplicación de normas exigentes.

Planteamiento activo: detectando y neutralizando todas las fallas mediante la protección de fugas a tierra

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Protección de fugas a tierra

Dependiendo del sistema de puesta a tierra del neutro la corrientes de fuga a tierra pueden ser detectadas por:

Interruptores automáticos Interruptores automáticos con protección contra corrientes

diferenciales residuales. Dispositivos diferenciales de corriente residual Dispositivos de corriente residual con toroide separado

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Dos elementos principales: El captador : suministra una señal eléctrica cuando la

suma de las corrientes que circulan por los conductores es distinta de cero

Principio de funcionamiento...

El relé de medida: para la señal eléctrica suministrada por el captador con un valor de referencia y da la orden de apertura al aparato de corte asociado.

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Una fuga de corriente provoca una corriente diferencial de defecto (Id)

...Principio de funcionamiento ...

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...Principio de funcionamiento

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Tipos de DDRs...

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... Tipos de DDRs ...

Tipo AC:

Corrientes alternas sinusoidales, generadas súbitamente o generadas lentamente

Enero 2004 95

... Tipos de DDRs...

Tipo A:

Corrientes alternas sinusoidales, continuas pulsantes o continua pulsatoria, generadas súbitamente o lentamente

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Sensibilidad de los DDRs (In).

Están normalizadas por la IEC Alta sensibilidad (AS) : 6 – 10 – 30 mA Media sensibilidad (MS): 100 – 300 – 500 mA Baja sensibilidad (BS): 1 – 3 – 5 – 10 – 20 A

Los de AS se utilizan mayormente para protección contra contactos directos

Los de MS y BS se utilizan contra contactos indirectos (esquema TT), contra los riesgos de incendio y la destrucción de las máquinas.

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Alta sensibilidad

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Media sensibilidad

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Baja sensibilidad

Enero 2004 100

Curvas de disparo

Tipo AC: según IEC 1008

0.5 In t =

1 In t 300 ms

2 In t 150 ms

5 In t 40 ms

Tipo A: según IEC 1008

0.35 In t =

1.4 In t 300 ms

2.8 In t 150 ms

7 In t 40 ms

Tienen en cuenta los estudios mundiales realizados sobre riesgo eléctrico (IEC 60479): Efectos de la corriente eléctrica para la protección contra los

contactos indirectos La tensión límite de seguridad en el caso de la protección

contra contactos indirectos

cap 3 interruptores

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