capitulo_1. complementos técnicos de protección diferencial

Indice

Complementos tcnicos de proteccin diferencialProteccin con dispositivos diferenciales Vigirex

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Proteccin de las personas ............................................................... La norma CEI 60479 ............................................................................. La norma de instalacin CEI 60364 ...................................................... Tipo de contacto ................................................................................... Esquemas de conexin a tierra ......................................................... Esquema TT .......................................................................................... Esquema TN ......................................................................................... Esquema IT ........................................................................................... Proteccin de bienes: riesgo de incendio ........................................ Anlisis del riesgo ................................................................................. Normas de instalacin ..........................................................................

1/2 1/2 1/3 1/4 1/5 1/5 1/6 1/7 1/8 1/8 1/9

Perturbaciones de las redes .............................................................. 1/10 Corrientes de fuga a tierra .................................................................... 1/10 Incidencia en la instalacin de los dispositivos diferenciales ............... 1/11

Producto VigirexPrincipio de los dispositivos diferenciales ....................................... 1/12 Clases de sensibilidad de los dispositivos diferenciales ...................... 1/12 Corriente de funcionamiento/no funcionamiento de un dispositivo diferencial .............................................................................................. 1/12 Medida de las corrientes diferenciales ................................................. 1/13 Medida de las corrientes diferenciales ............................................. 1/14 Caracterizacin de los toroidales ......................................................... 1/14 Resistencia a los cortocircuitos ............................................................ 1/15 Resistencia a las sobretensiones .......................................................... 1/15 Caracterizacin de los rels de medida: inmunidad a las corrientes de fuga natural ...................................................................................... 1/16 Medida rms ........................................................................................... 1/17 Curva In/tiempo de los rels no temporizados ................................... 1/17 Garanta de no funcionamiento hasta 0,8 In ....................................... 1/17 Caracterizacin de los rels de medida: medida de las corrientes con perturbaciones con componentes continuos ................................ 1/18 Eleccin de los dispositivos diferenciales de tipo industrial ................. 1/19 Caracterizacin del conjunto de rels y toroidales: integridad de la medida ......................................................................................... 1/20 Resistencia a los huecos de tensin .................................................... 1/21 Puesta en servicio ............................................................................... 1/22 Continuidad de servicio: selectividad de los dispositivos diferenciales .. 1/22 Protecciones particulares ..................................................................... 1/24 Proteccin de bienes ............................................................................ 1/25

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Complementos tcnicos de proteccin diferencial(continuacin)Aplicaciones ........................................................................................ 1/26 Estudio de la proteccin mediante dispositivo diferencial ................... 1/26 Imposicin normativa ............................................................................ 1/27 Esquema de nica fuente: dispositivo diferencial en cabecera de instalacin ........................................................................................ 1/28 Esquema de varias fuentes en TT ......................................................... 1/28 Esquema de varias fuentes en TN ........................................................ 1/29 Recomendaciones de instalacin de los toroidales ............................. 1/30 Entorno con perturbaciones ................................................................. 1/31 Preguntas y respuestas ...................................................................... 1/32 Ajuste de los dispositivos diferenciales en instalaciones con corrientes de fuga elevadas ................................................................................... 1/32

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Vigilancia de las corrientes de fuga mediante dispositivos diferenciales ...................................................................................... 1/34Consecuencia de un fallo de aislamiento en el conductor neutro ........ 1/35 Medidas de las corrientes de fuga ........................................................ 1/36 Esquema de aplicacin con RHUs o RHU ........................................... 1/37 Esquemas de aplicaciones RMH .......................................................... 1/38

Anexo I: Definiciones y glosario .................................................. 1/40

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Complementos tcnicos de proteccin diferencial

Proteccin con dispositivos diferenciales VigirexProteccin de las personasLos efectos fisiopatolgicos de la corriente elctrica en el hombre (tetanizacin, quemaduras externas e internas, fibrilacin ventricular y paros cardacos) dependen de distintos factores: caractersticas fisiolgicas del ser humano en cuestin y del entorno (hmedo o seco, por ejemplo), as como de las caractersticas de la corriente que recorre el cuerpo.

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La norma CEI 60479Los expertos del Comit Electrotcnico Internacional (CEI) han analizado el problema con el fin de unificar, a nivel internacional, sus puntos de vista y de crear una norma (la norma CEI 60479) que defina cientfica y concretamente los efectos de la corriente en el cuerpo humano. Incidencia de la intensidad de la corriente La siguiente figura describe los efectos de la corriente elctrica CA en el cuerpo humano. T(ms)E89509

10.000 5.000 2.000 1.000 500 1 200 100 50 20 10 0,1 0,2 1 0,5 mA 2 5 2

B

C1

C2 C3

3

4

10

30 mA

100

1.000 2.000 5.000 (mA)

Zona de tiempo/corrientes (CEI 60479-1).

Los riesgos de no soltar, de paro respiratorio o de fibrilacin cardaca aumentan proporcionalmente al tiempo de exposicin del cuerpo humano a la corriente elctrica. b Zona 1. 0,5 mA umbral de percepcin: este umbral corresponde a la percepcin de una corriente que recorre el cuerpo humano durante un tiempo infinito. Las posibles molestias no se definen. b Zona 2. Ningn efecto fisiolgico peligroso hasta el umbral de no soltar (curva B). b Zona 3 (situada entre las curvas B y C1). Para las personas que se encuentran en esta situacin, no existe por lo general ningn dao orgnico, pero las molestias que puede sentir son importantes: B - 10 mA umbral de no soltar: umbral de corriente que se sita en la asntota de una curva denominada curva de no soltar durante un tiempo infinito. C1 - 30 mA umbral de fibrilacin ventricular: por debajo de este umbral no existe riesgo de fibrilacin ventricular (esto es, no hay riesgo de paro cardaco) durante un tiempo infinito. b Zona 4 (situada a la derecha de la curva C1). Adems de los efectos de la zona 3, pueden producirse efectos fisiopatolgicos como paradas del corazn, paros respiratorios o quemaduras graves. Concretamente, la probabilidad de fibrilacin ventricular es: v De un 5% entre las curvas C1 y C2. v Inferior al 50% entre las curvas C2 y C3. v De ms del 50% por encima de la curva C3.

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Proteccin con dispositivos diferenciales VigirexProteccin de las personas (continuacin)Incidencia de la frecuencia de la corriente Las normas CEI 60479-1 y CEI 60479-2 definen la sensibilidad a la fibrilacin del cuerpo humano en funcin de la frecuencia. Umbrales de corriente en funcin de la frecuencia Frecuencia (Hz)CC 50 100 300 1.000 3.000 5.000 10.000 >10.000

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Percepcin (mA) No soltar (mA)2 0,5 0,5 0,6 1 2 4 6 100 10 10 12 17 23 32 50

Fibrilacin (mA)100 40 80 180 560

La norma de instalacin CEI 60364Tensin de contacto / tiempo de corte b La norma de instalacin CEI 60364-4-41 establece las reglas de seguridad que deben aplicarse en una instalacin elctrica de BT: v Convirtiendo los valores corriente que atraviesa / tiempo de exposicin de la curva anterior en los valores tensin de contacto / tiempo de contacto que no se deben superar. Los valores estn relacionados con las condiciones del entorno (seco o hmedo) de la instalacin. v Estableciendo las tcnicas y los esquemas de funcionamiento para evitar (o gestionar) las tensiones peligrosas relativas a un fallo de aislamiento. b Denen el valor lmite de la tensin de contacto UL peligrosa: v UL = 50 V para un entorno seco (caso general). v UL = 25 V para un entorno hmedo. b Se derivan 2 tipos de funcionamiento para una instalacin de BT: v Funcionamiento con una tensin de empleo inferior a la tensin lmite: en caso de fallo de aislamiento, sin acciones particulares. v Funcionamiento con una tensin de empleo superior a la tensin de contacto (caso general): en caso de fallo de aislamiento, desconexin automtica de la parte peligrosa de la instalacin en un tiempo determinado (ver la tabla siguiente). Tiempos de corte mximos del dispositivo de proteccin Tensin simple U0 (V)U0 i 50 50 V < U0 i 120 V 120 V < U0 i 230 V 230 V < U0 i 400 V U0 > 400 V

Corriente CA5s 0,8 s 0,4 s 0,2 s 0,1 s

Corriente CC5s 5s 5s 0,4 s 0,1 s

Las normas de instalacin de cada pas interpretan esta tabla en funcin del esquema de conexin a tierra.

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Proteccin con dispositivos diferenciales VigirexProteccin de las personas (continuacin)Tipo de contacto

1E89516

Las normas y los reglamentos distinguen dos tipos de contactos potencialmente peligrosos y precisan las medidas de proteccin correspondientes: b El contacto directo: contacto de las personas con conductores activos (fase o neutro) o elementos conductores normalmente en tensin. La proteccin contra este riesgo queda normalmente garantizada por el aislamiento de las partes activas por medio de barreras, pantallas o envolventes (segn la norma CEI 60364-4-41). Estos dispositivos tienen carcter preventivo y pueden presentar fallos. Para paliar este riesgo, se utiliza una medida de proteccin complementaria de corte automtico instalando un dispositivo diferencial de alta sensibilidad. Su umbral de disparo se fija en 30 mA en corriente alterna (CEI 60364-4-41) y en 60 mA en corriente continua. La sensibilidad de las protecciones diferenciales que se basan en el umbral de una corriente de 30 mA que atraviesa el cuerpo, permite alcanzar un nivel de seguridad muy elevado y conservar una buena continuidad de servicio.

Uc

Contacto directo.

E89656

Deteccin I(A)30

I(mA)

10

Ganancia 0,3 ms

Comparacin de la sensibilidad entre 10 mA y 30 mA Un dispositivo diferencial ajustado a un umbral de 10 mA se disparar de forma ligeramente ms rpida que un dispositivo diferencial de 30 mA. Por el contrario, un umbral a 10 mA aumentar fuertemente el riesgo de degradacin de la continuidad de servicio por disparo imprevisto debido a las corrientes de fuga natural.

220 mA

0

t(s)

t(s) Comparacin del disparo entre 10 mA y 30 mA.

b El contacto indirecto: contacto de las personas con masas conductoras, normalmente fuera de potencial, puestas accidentalmente en tensin. Esta puesta en tensin se deriva del fallo de aislamiento de un aparato o de un conductor que provoca un defecto de aislamiento. Este riesgo elctrico est en funcin de la tensin de contacto que se desarrolla entre la masa del equipo que presenta el defecto y la tierra u otras masas conductoras situadas cerca. La fabricacin de aparatos de proteccin que utilizan umbrales fisiolgicos como los definidos por la norma CEI 60479 y que cumplen las reglas de la norma CEI 60364, ha permitido realizar instalaciones elctricas seguras. Uc

E89517

Contacto indirecto.

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Proteccin con dispositivos diferenciales VigirexEsquemas de conexin a tierraPara definir las protecciones que deben instalarse, las normas de instalacin proponen, en el caso de una gestin de defectos peligrosa por corte automtico de la instalacin, diferentes esquemas de conexin a tierra. Para obtener ms informacin, ver los Cuadernos tcnicos n.os 172, 173 y 178. Para las redes elctricas de BT, existen tres tipos de esquemas de conexin a tierra (ECT) generalmente denominados regmenes de neutro. La corriente de defecto a tierra es: b Peligrosa y anloga a un fallo de cortocircuito: ECT TN o IT 2.o defecto con una sola puesta a tierra de las masas. b Peligrosa y est limitada por las impedancias de tierra: ECT TT o IT 2.o defecto con puestas a tierra distintas. b No peligrosas y muy dbiles; estn limitadas por la impedancia natural de fuga en ECT IT en el primer defecto. La utilizacin de una proteccin diferencial slo es necesaria de hecho en caso de que la corriente de defecto de aislamiento sea peligrosa y de bajo valor: por este motivo en ECT TT la proteccin diferencial es casi obligatoria y en los dems ECT slo se emplea en caso de que las dems protecciones no sean eficaces.

1

Esquema TTL1 L2 L3 N

En este tipo de esquema: b El neutro de la fuente est conectado a una toma de tierra distinta de la de las masas. b Todas las masas protegidas por un mismo dispositivo de corte deben conectarse a una misma toma de tierra. Caractersticas b La corriente de los defectos de aislamiento es baja y est limitada por las resistencias de tierra (algunos amperios). b Un defecto de aislamiento puede presentar un riesgo de electrocucin: el esquema TT obliga a realizar un corte inmediato.

E89608

PE

b Las protecciones de sobreintensidades no pueden garantizar la proteccin contra los fallos de aislamiento (ya que la corriente de defecto es demasiado baja): es necesario utilizar un dispositivo diferencial, aparato destinado a la vigilancia de defectos de aislamiento. Instalacin de los dispositivos diferenciales Un dispositivo diferencial debe colocarse en el origen de la instalacin: b Ajuste de los umbrales de los dispositivos diferenciales. La regla que debe respetarse obligatoriamente es In y UL / R: v UL es la tensin de seguridad asignada para la instalacin elctrica. v R es el valor de la resistencia de la toma de tierra de las masas situadas aguas abajo del dispositivo diferencial. Valor mximo de la toma de tierra en funcin de la corriente asignada del dispositivo diferencial Corriente diferencial-residual mxima Valor mximo de la resistencia de la asignada del dispositivo diferencial (In) toma de tierra de las masas (ohmios)Sensibilidad baja 20 A 10 A 5A 3A Sensibilidad media 1A 500 mA 300 mA 100 mA Sensibilidad alta y 30 mA > 500 Nota: Si la resistencia de tierra es > 500 el dispositivo diferencial se ajusta en 30 mA. 50 100 167 500 2,5 5 10 17

Esquema TT.

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Proteccin con dispositivos diferenciales VigirexEsquemas de conexin a tierra (continuacin)b Ajuste de las temporizaciones de los dispositivos diferenciales.

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Tiempo de corte mximo del dispositivo de proteccinECT Tensin simple U0 (V) 50 V < U0 i 120 V 120 V < U0 i 230 V 230 V < U0 i 400 V U0 > 400 V TT Corriente CA 0,3 s 0,2 s 0,07 s 0,04 s Corriente CC 5s 0,4 s 0,2 s 0,1 s

Con el fin de aplicar la selectividad entre los dispositivos diferenciales, se admite un tiempo de funcionamiento al menos igual a 5 s en los circuitos de distribucin.

Esquema TNL1 L2 L3 N PE

En este tipo de esquema: b El punto de neutro de BT de cada fuente est conectado directamente a tierra. b Todas las masas de la instalacin estn conectadas a tierra (y por lo tanto al neutro) a travs de un conductor de proteccin: v PE distinto del conductor de neutro; se trata del esquema TN-S. v O PEN comn con el conductor de neutro; se trata del esquema TN-C. Caractersticas b La corriente de fallo es muy importante y slo est limitada por las impedancias de los cables (algunos amperios). b Un fallo de aislamiento puede presentar un riesgo de electrocucin: el esquema TN obliga a realizar un corte casi inmediato; un fallo de aislamiento es anlogo a un cortocircuito monofsico fase-neutro. Las protecciones de sobreintensidades se pueden utilizar para garantizar la proteccin contra los defectos de aislamiento si respetan el tiempo de intervencin que establece la norma. Los tiempos de respuesta obligatorios se indican en la siguiente tabla. Utilizacin de dispositivos diferenciales (slo en TN-S) Tiempo de corte mximo del dispositivo de proteccinECT Tensin simple U0 (V) 50 V < U0 i 120 V 120 V < U0 i 230 V 230 V < U0 i 400 V U0 > 400 V TN Corriente CA 0,8 s 0,4 s 0,2 s 0,1 s Corriente CC 5s 5s 0,4 s 0,1 s

E89609

Esquema TN-S.

L1 L2 L3 PEN

E89518

Si la impedancia de bucle es demasiado elevada (gran longitud de cable) o si la potencia de cortocircuito de la fuente es demasiado baja (caso de un funcionamiento en un grupo electrgeno GE), la utilizacin de un dispositivo diferencial de baja sensibilidad puede resultar til. b Regulacin de los umbrales de los dispositivos diferenciales: v Para grandes longitudes de cable: el valor de disparo que se debe tener en cuenta viene determinado por el valor de la corriente de cortocircuito homopolar: sta puede estimarse por defecto igual a In y 0,8 U0 / Rf+ RPE.Esquema TN-C. Nota: No existen limitaciones de regulacin, incluso si la impedancia de bucle es elevada (no suele superar la dcima parte de un ohmio), de lo que se deriva una limitacin de la corriente de regulacin raras veces inferior a 1.000 A. Este principio de utilizacin de los dispositivos diferenciales es anlogo al que impone el NEC, denominado Ground Fault Protection (ver la proteccin contra incendios) ya que se trata en realidad de controlar en un rgimen TN-S la impedancia del bucle de defecto (ver la gua para expertos n.o 2 GFP).

v Para una proteccin en una alimentacin por GE: el clculo anterior es vlido si la salida en cuestin tiene baja potencia con respecto a la del GE, de lo contrario, ser necesario limitar el valor de regulacin a In y 3 IN. b Regulacin de las temporizaciones de los dispositivos diferenciales. Los dispositivos diferenciales se deben disparar en tiempos que sean compatibles con la tabla anterior.

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Proteccin con dispositivos diferenciales VigirexEsquemas de conexin a tierra (continuacin)Esquema IT

E89610

L1 L2 L3 N PE

En este tipo de esquema: b El neutro del transformador est: v Aislado de la tierra (neutro aislado), o bien. v Conectado a tierra a travs de una impedancia elevada (neutro impedante). b Las masas de la instalacin estn: v Todas interconectadas y conectadas a la misma toma de tierra. v Interconectadas por grupo y cada grupo de masa conectado a una misma tierra. Caractersticas b El primer defecto de aislamiento no obliga normalmente a realizar ningn corte. Este defecto debe detectarse y sealarse y a continuacin repararse para que no se produzca un segundo defecto de aislamiento en otro conductor activo, para lo que se necesitara entonces un disparo inmediato.

1

Esquema IT.

b ECT IT 2.o defecto de las tierras que no estn interconectadas. Las disposiciones que deben tomarse son idnticas a las del esquema TT con una o varias puestas a tierra. b ECT IT 2.o defecto de tierras interconectadas. Las disposiciones que deben adoptarse son idnticas a las del esquema TN-S. Utilizacin de los dispositivos diferenciales b ECT IT en el 1.er defecto. Si se instalan los dispositivos de sensibilidad media, la regulacin de los dispositivos diferenciales debe ser igual, al menos, al doble del valor de la corriente que circula cuando se produce un primer defecto.Nota: Las corrientes del 1.er defecto pueden alcanzar 1 A segn la dimensin de la red (ver el Cuaderno tcnico N.o 178).

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Proteccin con dispositivos diferenciales VigirexProteccin de bienes: riesgo de incendioLos dispositivos diferenciales son equipos eficaces que garantizan este tipo de proteccin, ya que nicamente el nivel de la corriente de fuga permite controlar el riesgo. Para los esquemas TT, IT y TN-S, el riesgo de incendio de origen elctrico queda paliado por la utilizacin de dispositivos diferenciales de 300 mA.

1

Anlisis del riesgob De un estudio realizado por una compaa de seguros contra incendios en entornos industriales y de ocinas en los aos 80-90 en Alemania se desprende: v Que el coste era muy elevado: varias centenas de millones de euros. v Un crecimiento del 600% del importe de los siniestros bastante superior al del PNB (en 20 aos > 2 veces el PNB). La percepcin del riesgo de incendio es una necesidad no slo en el plano de la seguridad sino tambin en el econmico. El anlisis de los fenmenos ha demostrado que el riesgo de incendio de origen elctrico (que es del orden del 40% de las causas de los siniestros) es una causa importante. b Del anlisis se derivan 2 causas principales: v La 1.a causa importante se debe a creaciones y recorridos de arcos elctricos en presencia de humedad. Estos arcos slo pueden desarrollarse con bucles de defectos impedantes (> 0,6 ) y aparecen nicamente con defectos de aislamiento o con corrientes parsitas. Es suciente poca energa para activar este fenmeno (algunos julios), es decir, una corriente de defecto de aislamiento o una corriente parsita u 300 mA presentan un riesgo real de incendio.E89660

E89655

Fuego 37%

Rayos 7%

Explosin 1%

Aislante Salida de incendios Pequea descargaE89659

Conductor

Cigarrillos 6% Accidentes 7%

Electricidad 41% Otros 7%

Origen de los incendios en los edificios.

Polvo hmedo

Id < 300 mA

Masa metlica

Polvo hmedo

Id < 300 mA

Algunos ensayos han demostrado que puede desarrollarse una corriente de fuga de aislamiento de bajo valor (algunos mA) y, a partir de una corriente de 300 mA, generar en un entorno de polvo hmedo una salida de incendio.

v La 2.a causa est relacionada con los calentamientos no controlados generados por protecciones de canalizaciones mal ajustadas o impedancias de bucle de defecto mal evaluadas (principalmente debidas a la obsolescencia y falta de mantenimiento de la instalacin). Las protecciones trmicas que no desempean correctamente su funcin y los calentamientos excesivos debidos a las sobreintensidades o a los cortocircuitos se producen en la instalacin y conllevan un incendio.

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Proteccin con dispositivos diferenciales VigirexProteccin de bienes: riesgo de incendio (continuacin)Normas de instalacinb La norma de instalacin CEI 60364-3 dene las diferentes categoras de edicios. Concretamente, en su apartado 322.5, las caracteriza con respecto a los riesgos, es decir: v BE2: riesgo de incendio. v BE3: riesgo de explosin. Precisa las exigencias particulares que deben aplicarse, bien para esta categora de edificios, o bien: v En el apartado 422.3.10 de la norma CEI 60364-4-42, la utilizacin de dispositivos diferenciales con umbral regulado a 500 mA: est en curso una evolucin hacia el valor de 300 mA. v En el apartado 422.3.13 de la norma CEI 60364-4-42, prohibicin de instalacin del esquema TN-C. De forma general, recomienda la utilizacin de los dispositivos diferenciales para todos los tipos de instalacin de BT, como los dispositivos de prevencin de riesgos de incendio. b El National Electrical Code (NEC) (norma de instalacin en EE.UU.) obliga a utilizar GFP. El esquema TN-S segn NEC no permite controlar la impedancia de bucle de defecto de aislamiento (es el caso tpico de la segunda causa de defecto que conlleva disparos de incendio). Con este equipo GFP se pretende obtener un disparo rpido antes de que el defecto genere una corriente importante y destructiva. Los ajustes de los umbrales abarcan desde algunos centenares de amperios hasta 1.200 amperios.Nota: La proteccin GFP, para valores de umbrales de hasta 250 A, puede realizarse mediante un dispositivo diferencial de tipo Vigirex.

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E89658

N

Tornillo mal apretado calentamiento inicio de incendio

Bucle de defecto mal controlado en un esquema NEC.

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Proteccin con dispositivos diferenciales VigirexPerturbaciones de las redesCorriente de fuga a tierra

1E89505

Capacidad de fuga de los cablesLas capacidades parsitas de los cables originan una corriente de fuga permanente denominada corriente de fuga natural; una parte de la corriente de las capacidades no vuelve a la fuente en los conductores activos.L1

N

Corriente de fuga permanente por las capacidades parsitas de los conductores (lnea discontinua).

Esta corriente de fuga se reparte por toda la instalacin. El orden de magnitud de la capacidad entre un cable y la tierra es de 150 pF/m. En los equipos trifsicos, las asimetras entre fases acentan los fenmenos.

Capacidad de fuga de los receptoresLas cargas no lineales, principalmente las que conllevan rectificadores estticos, generan corrientes armnicas de BF y AF. Para limitar la contaminacin EM (y respetar los niveles de entorno EM de las normas CEI 61000), estos equipos cuentan con filtros RFI que estn directamente conectados a tierra. Estos filtros aumentan la corriente permanente de fuga a tierra. La corriente de fuga se denomina corriente de fuga intencional.Nota: Este fenmeno aumenta con la presencia de tensiones armnicas de BF, que acentan la circulacin de las corrientes de modo comn. EquipoE89508

Capacidades entre conductores activos y tierra.

Los condensadores situados en la entrada de equipos electrnicos tienen una capacidad del orden de 10 a 100 nF.Nota: En IT, deben tomarse precauciones adicionales relativas a la colocacin de los filtros RFI.

Capacidades de fuga / orden de magnitudDispositivo Cable estndar (sin blindar) Cable blindado Convertidor de frecuencia Capacidad de modo diferencial 20 pF/m Capacidad de modo comn 150 pF/m

30 pF/m 200 pF/m Aprox. 100 F (con De 10 a 100 nF rectificador) PC, impresora, caja registradora Aprox. 10 F (con rectificador) 10 nF Luminaria fluorescente 1 F /10 W (capacidad de compensacin) 1 nF (balasto electrnico)

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Proteccin con dispositivos diferenciales VigirexPerturbaciones de las redes (continuacin)El entorno y las cargas de una red elctrica de BT generan 3 tipos principales de perturbaciones que influyen en las corrientes de fuga a tierra de las redes:

AE89507

6 10 4 2 0 -2 -4 -6 0 0,02 0,04 t(s) Ir1E89506

b Perturbaciones de tipo sobretensin. Rayos, sobretensin de maniobra.L1 L2 L3 N

1

Receptor I modo comn Ejemplo de perturbacin de modo comn.

Sobretensin

Corriente diferencial residual al manejar un interruptor.

Niveles de sobretensin / orden de magnitud Tipo Amplitud ( Un) Duracin o kVDefecto de aislamiento y 1,7 Maniobra Rayo 2-4 de 2 a 8 kV (1) 30 - 1000 ms 1 - 100 ms 1 - 100 s 1-10 s

Frecuencia o tiempo de subida50 Hz 1 - 200 kHz 1 s 25 ns

Descarga 8 kV electrosttica (1) Segn la posicin en la instalacin.

stas, a travs de las capacidades de fuga naturales de la red, conllevan corrientes de fuga transitorias ms o menos importantes.Amplitud % 100 80 60 40 20 0 1 3 5 7 9 11 13 Rango de armnicos

b Corrientes armnicas. Las corrientes de BF y AF pueden ser significativas (ver el diagrama contiguo variador de frecuencia). Estas corrientes armnicas deben considerarse para evaluar la corriente de fuga a tierra natural y/o intencional y aplicar un ajuste del umbral de los dispositivos diferenciales que no provoque funcionamientos defectuosos.

E92124

Espectro de armnicos de corriente.

b Forma de onda de las corrientes de defecto. Adems de los problemas de las corrientes de fuga a tierra, en caso de defecto de aislamiento, pueden crearse corrientes de defecto con componente continua. El dispositivo diferencial no debe verse perturbado ni afectado por este tipo de defecto.

E92112

Incidencia en la instalacin de los dispositivos diferencialesEstos fenmenos tienen como consecuencia la creacin de corrientes de fuga a tierra importantes (transitorias o permanentes). El dispositivo diferencial no debe disparar por estas corrientes de fuga cuando no sean peligrosas. Es necesario configurar la regulacin de la proteccin de las personas en caso de contacto indirecto en funcin de la corriente de fuga presunta.

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Producto VigirexPrincipio de los dispositivos diferenciales

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Los Vigirex estn principalmente destinados a proteger los bienes y las personas en entornos industriales, terciarios o similares. Los dispositivos diferenciales de las gamas Vigirex utilizan el principio: b De un rel electrnico alimentado por una fuente auxiliar. b De una medida por un toroidal separado. En ausencia de defecto de aislamiento, la suma algebraica de las corrientes en los conductores activos es nula. En caso de defecto de aislamiento, esta suma ya no es nula y la corriente de defecto induce en el toroidal un campo magntico que genera una corriente en el secundario. Esta corriente se controla a travs de un circuito de medida y, si supera un umbral fijado durante un intervalo de tiempo superior a la temporizacin intencional establecida, se transmite una orden de apertura al elemento de corte de la corriente. Cumplen la norma CEI 60947-2. Dichas normas definen las diferentes caractersticas y los tests de conformidad que se deben realizar para estos productos.L1 L2 L3 NE90125

Disparo

Fuente auxiliar

Deteccin Rel diferencial MedidaPrincipio de los dispositivos diferenciales.

Clases de sensibilidad de los dispositivos diferencialesLa puesta en servicio de un rel electrnico permite contar con una amplia gama de regulacin de sensibilidades y temporizaciones. Las normas de instalacin caracterizan la sensibilidad necesaria para los dispositivos diferenciales en funcin de la necesidad de proteccin que se va a garantizar. Sensibilidad en funcin de las distintas necesidades Sensibilidad alta30 mA

Sensibilidad mediade 100 mA a 3 A

Sensibilidad baja>10 A

Corriente de funcionamiento/no funcionamiento de un dispositivo diferencialLas normas indican los valores preferentes de la corriente de regulacin. Corriente de funcionamiento In en A: 0,006 - 0,01 - 0,03 - 0,1 - 0,3 - 0,5 - 1 - 3 - 10 - 30. Para tener en cuenta las tolerancias (temperaturas, dispersin de los componentes), las normas indican que un dispositivo diferencial ajustado a un valor In debe tener: v Un no funcionamiento para toda corriente de defecto y In/2. v Un funcionamiento para toda corriente de defecto u In.E90211

In 2

0,8 In

In Diferencial estndar Vigirex

Idefecto

No funcionamiento Funcionamiento Las tecnologas utilizadas en los Vigirex garantizan un no funcionamiento seguro para 0,8 In. La norma CEI 60947-2 deja al fabricante la libertad de indicar el nivel de no funcionamiento, si es distinto de la regla general.1/12

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Producto VigirexPrincipio de los dispositivos diferenciales(continuacin)

Medida de las corrientes diferencialesLas limitaciones principales de los dispositivos diferenciales de tipo industrial proceden de la calidad de la medida: b La medida de las corrientes de defecto en presencia de cargas lineales no presentan dicultades: v La corriente de defecto es de 50/60 Hz. v Las corrientes de fuga suelen ser bajas. b Por el contrario, la medida de las corrientes de defecto en presencia de cargas no lineales debe realizarse con dispositivos diferenciales que presenten caractersticas que permitan: v Distinguir la corriente de defecto de las corrientes de fuga. v No verse afectado por los componentes continuos.

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Producto VigirexMedida de las corrientes diferenciales

Caracterizacin de los toroidales

1

Los toroidales de las gamas Vigirex permiten al rel electrnico medir las diferentes corrientes homopolares que circulan en la salida que se va a controlar. Estn caracterizados por: b La medida de las corrientes. b La resistencia a las sobretensiones. b La resistencia a las corrientes de cortocircuito.

Medida de las corrientes homopolaresb Dinmica de medida. La realizacin de esta dinmica de medida requiere un circuito magntico particular para medir corrientes muy bajas y adaptar correctamente la impedancia (a fin de evitar su saturacin) para medir las corrientes ms fuertes. Para ello, es preciso establecer la relacin correcta entre: v Un material de permeabilidad magntica r elevada y los fenmenos de saturacin. v Una seccin de toroidal importante y unas dimensiones aceptables. v Un nmero de espiras n elevado y: Una resistencia suficientemente baja. Una amplitud de seales suficiente (ganancia 1/n). b Lmites de medidas. Cuando una corriente trifsica pasa por el toroidal de medida cuando no hay ningn defecto de aislamiento (la suma de las corrientes es nula) se crea (debido a los flujos de fuga generados por las tolerancias de fabricacin) una corriente secundaria equivalente a una falsa corriente homopolar de defecto. Es necesario caracterizar este fenmeno indicando la corriente nominal de empleo para una corriente homopolar de fuga determinada.Nota: Es indispensable respetar rigurosamente las reglas de instalacin de los cables a travs del toroidal. Aadir un manguito regulador del campo magntico permite aumentar ligeramente la corriente nominal de empleo.

BE90116

Medida de las corrientes con perturbacionesLa captura de ondas de corriente compuestas de armnicos de baja frecuencia no plantea ningn problema para los toroidales. El objetivo principal es garantizar la medida de la corriente con componentes continuos: stos pueden saturar el circuito magntico y, como consecuencia de ello, reducir la sensibilidad de la medida; en tal caso, una corriente de defecto peligrosa corre el riesgo de no tenerse en cuenta. Para ello y con el fin de que el toroidal emita una seal de salida correcta, es preciso utilizar un material magntico que no presente una curva de saturacin horizontal, es decir, un material de ciclo en pendiente con baja induccin remanente Br. Esto garantiza una medida de clase A.

Br H Id

0 Ih 10

Id

20 Ih 30

t Ciclo de histresis del toroidal.

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Producto VigirexMedida de las corrientes diferenciales (continuacin)

Resistencia a los cortocircuitosEl dispositivo diferencial debe dimensionarse para niveles de corriente de cortocircuito en relacin con la proteccin que controla, en el punto de la instalacin en el que se encuentra. La norma CEI 60947-2 exige declarar las diferentes corrientes de cortocircuito que deber soportar el dispositivo diferencial con el fin de garantizar un funcionamiento correcto y sin degradar la asociacin. b Icc: corriente de cortocircuito asignada. b Icw: corriente de cortocircuito asignada de corta duracin. b Ic: corriente de cortocircuito de defecto a tierra.Nota: Las caractersticas solicitadas se exigen para la asociacin dispositivo diferencial-interruptor automtico. En el caso de una asociacin interruptor-dispositivo diferencial, es necesario realizar un estudio ms detallado si las corrientes de defecto que se van a cortar son superiores a 6 In (In es el dimensionamiento del interruptor). Para la gama Vigirex, Schneider Electric garantiza valores prcticos y homogneos con las caractersticas de los circuitos controlados y los interruptores automticos que los protegen. Vigirex con toroidales TA30, PA50, IA80, MA120 asociado a un interruptor automtico de la marca Schneider Electric, de calibre y 630 A Icw Icc Ic 50 kA/1 s 150 kA 85 kA/0,5 s Vigirex con toroidales SA200 y GA300 asociado a un interruptor automtico Compact NS630b de 3.200 A, Masterpact NT o NW hasta 6.300 A 100 kA/0,5 s 100 kA 85 kA/0,5 s

1

Por consiguiente, la asociacin de un Vigirex y un interruptor automtico Compact NS o Masterpact est perfectamente coordinada y garantizada independientemente del ECT elegido (en concreto en TN-S).

Resistencia a las sobretensionesLos Vigirex se han ensayado para resistir a las sobretensiones, segn las disposiciones de la norma CEI 60947-1, anexo H (que recoge las de la norma CEI 60664-1, coordinacin del aislamiento). b Nivel de resistencia a los choques de tensin. La tensin de la red y la posicin de la aparamenta en la red elctrica determinan los niveles de sobretensin a los que puede estar sometida la aparamenta elctrica (tabla H1 de la norma CEI 60947-1). Un dispositivo diferencial Vigirex (rel + toroidal) puede estar situado en la cabecera de la instalacin. Por este motivo, Schneider Electric garantiza la resistencia a las sobretensiones de los toroidales para los esfuerzos mximos de una red de BT con tensin nominal mxima admisible (1.000 V).Tensin nominal Utilizaciones de la instalacinE92270

M

230/400 V 400/690 V /1.000 V Categora

En el origen de la instalacin de BT 6 kV 8 kV 12 kV IV

En los circuitos de distribucin 4 kV 6 kV 8 kV III

En los receptores 2,5 kV 4 kV 6 kV II

b Instalacin en Vigirex. Se especifican las siguientes caractersticas: ToroidalesTensin de referencia Categora Uimp 1.000 V IV 12 kV

Alimentacin (para Us > 48 V)525 V IV 8 kV

Contactos de salida rel400 V IV 6 kV

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1

Caracterizacin de los rels de medida: inmunidad a las corrientes de fuga naturalVigirex aplica 4 principios: b Para controlar la medida de las corrientes de fuga sin disparos intempestivos. b Y para garantizar la proteccin de las personas mediante un disparo inmediato por fallo peligroso.

Filtrado de las frecuencias de armnicosb Corriente de fuga no peligrosa: v Los convertidores de frecuencia provocan las corrientes de fuga ms especficas por analizar. La forma de tensin generada por el convertidor de frecuencia y en concreto la presencia de frentes de tensin creados por la conmutacin de los IGBT est en el origen de las corrientes de fuga de alta frecuencia que circulan por los cables de alimentacin. EnvolventeE90127

M

Cr

Cy

Cc

Cs

Cm

Circulacin de las corrientes de fuga en un convertidor de frecuencia.

Estas corrientes pueden alcanzar varias decenas o centenas de miliamperios en valor eficaz. b Defecto peligroso. La norma CEI 60479 ha traducido la sensibilidad del cuerpo humano en funcin de la frecuencia. Por consiguiente, la interpretacin de la tabla demuestra que: v La proteccin de las personas frente a las frecuencias industriales de 50/60 Hz es el caso ms crtico. v La utilizacin de ltros que respondan a esta curva de reduccin de la sensibilidad es perfectamente segura. La siguiente figura muestra la instalacin de los filtros en los Vigirex para reducir los efectos de las corrientes de armnicos y los malos funcionamientos en corrientes transitorias.InE90115

15 30 mA Curva Vigirex 5 30 mA

1 30 mA

50/60 Hz

1.000 Hz

10 kHz

Factor de frecuencia del umbral de fibrilacin (CEI 60479-2). Envolventes de las corrientes de fuga naturales aguas abajo de un rectificador.

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Medida rmsLos Vigirex efectan la medida rms de las corrientes homopolares, lo que permite: b Medir de forma precisa las corrientes de armnicos y evitar disparos intempestivos debidos a corrientes (no peligrosas) con un factor de cresta importante. b Calibrar correctamente la energa de estas corrientes de defecto, ya que, para un riesgo de incendio o para garantizar la proteccin de los bienes, es la energa de la corriente de defecto la que debe tenerse en cuenta.

1

Curva In / tiempo de los rels no temporizadost(s)E90128

1 0,3 0,15 0,1 0,04

Para la proteccin de las personas se necesitan rels no temporizados. stos deben cumplir las normas para garantizar la seguridad. La norma CEI 60947-2 proporciona los valores preferentes de la corriente de regulacin. Establece los tiempos de intervencin mximos que se deben respetar en funcin del nivel de la corriente diferencial de defecto: Tabla B1 de la norma CEI 60947-2.If = Tps In 0,3 s 2 In 0,15 s 5 In 0,04 s 10 In 0,04 s

0,01 1 2 5 10 In

Leyenda: Tps: tiempo total de interrupcin de la corriente (incluido el tiempo de apertura del elemento asociado). If: corriente de fuga. In: ajuste del umbral del rel de proteccin.

Curva de respuesta de un dispositivo diferencial normalizada de la tabla. Curvas de corriente de fuga, en la activacin de una carga con capacidad de fuga.

Vigirex utiliza este tipo de curva de respuesta para controlar las falsas corrientes de defecto relativas a la activacin de cargas (puesta en tensin del transformador, arranque de motor). Schneider Electric garantiza todos estos tiempos de intervencin para asociar los Vigirex con sus interruptores automticos de calibre y 630 A. Concretamente, en el caso del ajuste al umbral 30 mA.

Garanta de no funcionamiento hasta 0,8 InEsta medida, instalada en los rels Vigirex, permite aumentar ligeramente (de 0,5 In a 0,8 In) la inmunidad de los rels a las corrientes de fuga (naturales o intencionales) permanentes.

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1E90126

Caracterizacin de los rels de medida: medida de las corrientes con perturbaciones con componentes continuosEn caso de defecto de aislamiento aguas abajo de un rectificador, se establece una corriente con la presencia de un componente continuo. A pesar de dicho componente, los dispositivos de proteccin deben permanecer operativos.

Idefecto

M

Defecto en el circuito de CC de un variador.

Clasificacin en funcin de la corriente diferencial que se va a controlarLas normas definen 3 clases de protecciones diferenciales segn la corriente que se va a analizar: b Clase AC: para las corrientes alternas sinusoidales. b Clase A: para las corrientes alternas con componente continuo. Estos aparatos son adecuados para detectar corrientes monofsicas recticadas. b Clase B: para las corrientes continuas. Estos aparatos son adecuados para todo tipo de corriente y son necesarios en concreto para las corrientes trifsicas recticadas.E90114

y

y 90

y 135 Forma de onda de las corrientes de test de los dispositivos diferenciales de tipo A.

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Eleccin de los dispositivos diferenciales de tipo industrialSchneider Electric ha realizado varios ensayos de caracterizacin de las necesidades. El anlisis completo de los fenmenos figura en el Cuaderno tcnico n.o 204. La tabla siguiente (copia del captulo 6 del CT 204) presenta la sntesis: indica el tipo de dispositivo diferencial que se debe utilizar en funcin de los ECT, del equipo que se va a controlar y de las protecciones que se van a realizar. Tabla resumen Tipo de circuitoRectificador monofsico de diodos

1

Aplicacin Convertidores de frecuencia, variadores de velocidad Alimentaciones para circuitos de corriente continua

Esquema

Tipo de dispositivo diferencial adaptadoA

Graduador

ProteccinAlimentacin Caractersticas de los equipos y de instalacin

Contra contactos indirectosTrifsica Sin doble aislamiento del Con doble aislamiento circuito de CC del circuito de CC Monofsica

E92118

Convertidor AC-AC de alimentacin trifsica

Variador de velocidad Equipo de soldadura

E92117

Convertidor AC-AC de alimentacin monofsica

Variador de velocidad

E92116

Variador de luz Regulador de calentamiento

E92115

Rectificador monofsico de tiristores Variadores de velocidad Cargadores de batera

E92114

A

AC

A

B A (en ausencia de riesgo de defecto en el bucle de CC)

Contra contactos directos

ECT: TT o IT con masas no interconectadas

ECT: TN-S ECT: IT (1) El defecto de aislamiento es similar a un cortocircuito. El disparo debe normalmente estar garantizado por la proteccin contra los cortocircuitos, pero se recomienda utilizar un dispositivo diferencial en caso de riesgo de no disparo de las protecciones de mxima corriente.

Trifsica Monofsica Si fuera necesaria una medida de proteccin adicional, en caso de fallar las dems medidas contra los contactos o en caso de imprudencia de los usuarios (ver las normas de instalacin) Tipo B, baja sensibilidad Tipo A, baja sensibilidad Tipo A, baja sensibilidad Tipo A (30 mA) o tipo B Tipo A (u 300 mA) (u 300 mA) (u 300 mA) (30 mA) si se puede 30 mA acceder a la resistencia de frenado Tipo A, baja sensibilidad (u 300 mA) (1)

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1E92001

Caracterizacin del conjunto de rels y toroidales: integridad de la medidaN 1 2 3 Q3

Q2

La integridad de la medida se basa en la capacidad de los dispositivos diferenciales para soportar las diferentes perturbaciones de las redes. La norma genrica de inmunidad CEM CEI 61000-6-2 define el nivel mnimo de inmunidad. Las normas de ensayos de la serie CEI 61000 definen los diferentes niveles de exigencias. La norma CEI 60947-2 determina el nivel necesario para los dispositivos diferenciales de toroidal separado. Schneider ha establecido para los dispositivos diferenciales Vigirex sus propios niveles de exigencias, anlogas o superiores a los definidos en la norma del producto. La siguiente tabla indica los diferentes ensayos que se deben realizar:T1 T2 A1 A2

Q1

MN

T2 T1

RH10M, RH21M o RH99M

25 26 27 11 14 32 31 34

Cableado de un Vigirex de seguridad ptima.

Descripcin de los fenmenos

Normas de ensayos Ttulos Referencias

Ensayos normalizados CEI 60947-28 kV al contacto 8 kV en el aire 10 V/m de 80 a 1.000 MHz modulado a 1 kHz 4 kV en alimentacin 2 kV en E/S onda a 5 kHz en rfagas de 15 ms de duracin cada 300 ms En alimentacin > 100 V CA 4 kV entre lnea y tierra 4 kV entre lnea En alimentacin < 100 V CA 2 kV entre lnea y tierra 1 kV entre lneas En alimentacin de CC 0,5 kV entre lnea y tierra 0,5 kV entre lneas En entrada/salida (E/S) 2 kV entre lnea y tierra 1 kV entre lneas onda 1,2/50 s circuito abierto 8/20 s cortocircuito 10 V de 150 kHz a 80 MHz modulado a 1 kHz

Ensayos Vigirex

Las descargas, unidas a la acumulacin de electricidad esttica, pueden conllevar mal funcionamiento y deterioros Los campos EM irradiados (radiotelfonos, emisores...) pueden perturbar el funcionamiento de los aparatos Las maniobras de aparamenta de BT (contactores, rebote de contactos, cortes de carga inductiva) pueden conllevar fallos y deterioros Las sobretensiones de origen atmosfrico y las maniobras de aparamenta de MT pueden conllevar mal funcionamiento y deterioros

Ensayo de inmunidad a CEI 61000-4-2 las descargas electrostticas Ensayo de inmunidad CEI 61000-4-3 campos EM irradiados (radiofrecuencia) Ensayo de inmunidad a CEI 61000-4-4 los transitorios elctricos en rfagas Ensayo de inmunidad a CEI 61000-4-5 las ondas de choque energticas

8 kV al contacto 15 kV en el aire 12 V/m de 80 a 1.000 MHz modulado a 1 kHz 4 kV en alimentacin 2 kV en E/S onda a 5 kHz en rfagas de 15 ms de duracin cada 300 ms En alimentacin > 100 V CA 4 kV entre lnea y tierra 4 kV entre lnea En alimentacin < 100 V CA (1) 4 kV entre lnea y tierra 4 kV entre lneas En alimentacin de CC 2 kV entre lnea y tierra 1 kV entre lneas En entrada/salida (E/S) 2 kV entre lnea y tierra 1 kV entre lneas onda 1,2/50 s circuito abierto 8/20 s cortocircuito 10 V de 150 kHz a 80 MHz modulado a 1 kHz

Los campos EM (radiotelfonos, Ensayo de inmunidad a CEI 61000-4-6 emisores) pueden inducir corrientes de AF las perturbaciones que pueden conllevar fallos en los aparatos conducidas por los campos EM (radiofrecuencia) Los fallos de la red de alimentacin pueden Ensayos de inmunidad a CEI 61000-4-11 conllevar mal funcionamiento los huecos de tensin (1) V CA < 48 V, el rel Vigirex no tiene transformador en la alimentacin.

Ensayos especficos para los dispositivos diferenciales

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Resistencia a los huecos de tensinLa norma CEI 60947-2 define criterios precisos de resistencia a los huecos de tensin para los dispositivos diferenciales que dependen de la tensin de alimentacin. Con el fin de garantizar la seguridad, incluso si desaparece esta fuente auxiliar, se requiere un correcto funcionamiento del dispositivo diferencial hasta el 70% de la tensin asignada de la fuente auxiliar. Los Vigirex cumplen esta norma. b Funcionamiento en caso de degradacin de la tensin. Se ofrecen de serie funciones adicionales para garantizar mejor la seguridad de la proteccin: v Seguridad positiva posible: por el cableado del rel. v Piloto de tensin que permite visualizar localmente una falta de tensin.

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Producto VigirexPuesta en servicio

1

Continuidad de servicio: selectividad de los dispositivos diferencialesLa selectividad de las protecciones diferenciales se realiza empleando dispositivos diferenciales temporizados. Caractersticas normativas de los dispositivos diferenciales temporizados Se definen 2 categoras de dispositivos diferenciales temporizados: b Dispositivos diferenciales de temporizacin y 0,06 s. Estos dispositivos diferenciales son principalmente de temporizacin nica y no ajustable. Estn destinados a garantizar de serie la selectividad con dispositivos diferenciales no temporizados. Las normas exigen las siguientes caractersticas: v Tiempo de no funcionamiento. Denicin de la temporizacin a 2 In; debe ser como mximo de 0,06 s. v Tiempo de funcionamiento (rel solo). Deben estar indicados por el fabricante. v Tiempos combinados (rel asociado a un elemento de corte). El fabricante debe indicar el elemento de corte asociado y garantizar los tiempos combinados mximos conforme a la siguiente tabla:If = In 2 In 5 In 0,15 s 10 In 0,15 s Tps 0,5 s 0,2 s Leyenda: Tps: tiempo total de interrupcin de la corriente. If: corriente de fuga. In: ajuste del umbral del rel de proteccin.

Nota: En caso de ajuste del umbral en el valor < 30 mA, el rel debe funcionar instantneamente.

E92000

Dconnecter A1-A2 avant test dilectrique Disconnect A1-A2 before dielectric test

Los Vigirex en el escaln I estn conformes con este tipo de dispositivos diferenciales temporizados.A1 A2220 / 240 VAC 50 / 60 / 400 Hz

Vigirex

RH99M

Reset

on fault

Test0.5 0.3

1

3

0.25 5 0.15 10 0.06

0.31

0.5 0.8 1

b Dispositivos diferenciales de temporizacin > 0,06 s. Son principalmente los dispositivos diferenciales temporizados de tipo industrial que permiten instalar la selectividad en varios niveles: v Tiempo de no funcionamiento preferente (en s). La norma propone los siguientes valores de temporizacin: 0,1 - 0,2 - 0,3 - 0,4 - 0,5 - 1. El tiempo de funcionamiento debe estar indicado en el rel y garantizado por el fabricante. v Tiempo de funcionamiento (rel solo). Estn indicados y garantizados por el fabricante. v Tiempos combinados (rel asociado a un elemento de corte). Pueden estar indicados por el fabricante.

Test no trip 0.10.03 30

0

4.5

In (A)

t (s)

Dispositivos diferenciales VigirexLos rels Vigirex ofrecen amplias posibilidades de temporizacin y responden a los ensayos a los que obliga la norma CEI 60947-2. b Tiempos de no funcionamiento mnimos: se indican por la posicin del conmutador de ajuste de la temporizacin de la parte frontal del rel como se muestra en la gura contigua. b Tiempos de funcionamiento/tiempos combinados: se indican en las tablas de caractersticas. Para la posicin I (= 0,06 s) y las dems posiciones de temporizacin, Schneider Electric garantiza los tiempos combinados de los rels Vigirex asociados a los rganos de corte (interruptores, interruptores automticos) de la marca Schneider Electric.

Puesta en servicio de la selectividadLa selectividad entre un dispositivo diferencial aguas arriba y los dispositivos diferenciales situados aguas abajo debe ser obligatoriamente de tipo amperimtrico y cronomtrico. Se obtiene mediante el escalonamiento: b De los valores de ajuste de las sensibilidades. b De los valores de los tiempos combinados. Las normas de selectividad generales siguientes garantizan el escalonamiento correcto de las regulaciones: b En corriente, el ajuste de la sensibilidad del aparato aguas arriba debe ser el doble de la del aparato aguas abajo (segn la normativa de corrientes de funcionamiento/ no funcionamiento).1/22 Schneider Electric


Producto VigirexPuesta en servicio (continuacin)

E92325

t(s) 10

t = 4,5 s

t = 2 s

1

t = 1 s t = 0,8 s t = 0,5 s t = 0,31 s t = 0,25 s t = 0,15 s

b En tiempo, el tiempo de no funcionamiento (temporizacin) del aparato aguas arriba debe ser superior al tiempo combinado (el tiempo total de corte incluye el retraso intencionado del dispositivo diferencial y el tiempo de intervencin del aparato de corte). A continuacin se resumen estas dos condiciones: Umbral In aguas arriba u 2 umbral In aguas abajo. Tiempo de no funcionamiento T aguas arriba u tiempo combinado T aguas abajo. Por ello es interesante utilizar dispositivos diferenciales que respeten los valores preferentes normalizados.Nota: El dispositivo diferencial no limita la corriente de defecto, por lo que no es posible explotar una selectividad amperimtrica nicamente.

1

0,1

t = 0,06 s

Las curvas de Tiempo/Corriente ofrecen valores de corriente de disparo de los Vigirex en funcin de sus caractersticas normalizadas: la superposicin de las curvas ofrece directamente los valores de ajuste de las protecciones para garantizar la selectividad total. Los Vigirex asociados a los dispositivos de corte (interruptores, interruptores automticos) de las marcas Merlin Gerin y Telemecanique cuentan con ajustes de umbrales y temporizaciones sucesivos que mejoran las normas de selectividad mencionadas anteriormente. Normas de selectividad Vigirex Dispositivo (Dispositivo diferencial + dispositivo de corte Schneider Electric)

Regulacin

0,01 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

(I/In)

Curvas de tiempo/corriente Vigirex.

Proporcin Temporizacin In Vigirex Dispositivo diferencial 1,5 1 escaln de diferencia Schneider salvo (1) Dispositivo diferencial Vigirex 2 1 escaln de diferencia salvo (1) Schneider (1) Tomar 2 escalones de diferencia para 0,25 s (es decir, las posiciones 0,25 s y 0,5 s).

Aguas arriba

Aguas abajo

Schneider Electric garantiza la correcta coordinacin de un Vigirex asociado a un interruptor automtico Compact NS con todos los dems dispositivos diferenciales desde el momento en el que se cumplen las condiciones de ajuste generales o propias de los rels Vigirex. Ejemplo: Un rel Vigirex RHU ajustado a In = 100 mA / T = 1 s y asociado a un Compact NS630 es totalmente selectivo con un Vigirex RH99 ajustado a In = 30 mA / T = 0,8 s y asociado a un Compact NS250.

Ajustes de los dispositivos diferenciales segn los ECTDisparo/inmunidad de los dispositivos diferenciales segn las cargas y ECT ECTI defecto Valor tpico Proteccin de las personas Proteccin de las personas adicional Umbral

TTDbil Algunos A Dispositivo diferencial y UL/R

TN-SElevado Algunos kA Interruptor automtico Dispositivo diferencial De 3 a 250 A

TN-CElevado Algunos kA Interruptor automtico

IT (1.er fallo)Muy dbil Inferior a 1 A 1.er defecto no necesario Si dispositivo diferencial > 2 veces la corriente de fuga del 1.er defecto Dispositivo diferencial 300 mA

IT (2.o fallo) IT cambia a esquema de tipo TT o TN Igual que TN Igual que TT o TN

Temporizacin Proteccin contra incendios Umbral Temporizacin

RU2

Puesta a tierra mltiple y circulacin de corriente.

ECT IT 2.o defecto de proteccin del neutro El conductor neutro puede protegerse mediante un dispositivo diferencial en sustitucin de un rel en el polo neutro (utilizacin de un interruptor automtico 4P 3D); si la regulacin In del dispositivo diferencial es como mximo igual a 0,15 veces la corriente admisible en el conductor neutro, la accin del dispositivo diferencial corta todos los conductores activos incluido el neutro.NE92119

L1

L2

L3

L1 L2 L3 N

DPN

DPN

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Producto VigirexPuesta en servicio (continuacin)

Proteccin de bienesProteccin de los receptores Un fallo de aislamiento de bajo valor puede desarrollarse rpidamente y terminarse con un cortocircuito que genere degradaciones importantes, incluso el deterioro del receptor. Un dispositivo diferencial de sensibilidad media (algunos amperios) garantiza una proteccin correcta al poner fuera de servicio al receptor antes de que se produzcan daos importantes. b Ajuste de los umbrales de los dispositivos diferenciales. De 3 a 30 A segn el tipo de receptores. b Ajustes de las temporizaciones de los dispositivos diferenciales. 1 s es un valor tpico. Aplicacin motor La utilizacin de un rel Vigirex en una salida de motor evita en caso de fallo de aislamiento daos importantes (rebobinado de los estatores, destruccin de los aislantes). La instalacin en carril resulta sencilla gracias a la modularidad del producto. Proteccin de los generadores en paralelo Un fallo de aislamiento en el interior de la carcasa metlica de un grupo generador puede daar gravemente el alternador de dicho grupo. El defecto debe detectarse y eliminarse rpidamente. Adems, si se ponen en paralelo otros alternadores, derivarn en el defecto y podrn provocar un disparo por sobrecarga. La continuidad de servicio ya no est garantizada. Alternador n.o 1 Zona protegida Alternador n.o 2E92226

1

R

M

E92002

Vigirex 1

Vigirex 2

PE

Zona no protegida

PE

PEN

PE

PEN L N PE

Por ello, un dispositivo diferencial integrado en el circuito del alternador permite: b Desacoplar rpidamente el generador con defecto y preservar la continuidad de servicio. b Actuar en los circuitos de control del alternador con defecto para pararlo y reducir el riesgo de deterioro. Este dispositivo diferencial se instala lo ms cerca posible de la proteccin segn el esquema de la figura en cada uno de los grupos generadores. El esquema es de tipo TN-S para el GE considerado como receptor y de tipo TN-C para los GE considerados como generador. b En caso de defecto del alternador n.o 1: v Se establece una corriente de defecto homopolar en PE1 Id1 + Id2 debido a la aportacin de las fuentes 1 y 2 en el defecto. v Esta corriente es detectada por el Vigirex 1 que dar la orden de desacoplamiento instantneo del alternador 1 (apertura del interruptor automtico D1). b El Vigirex 2 no detecta esta corriente por el esquema TN-C. Ajuste de los umbrales de los dispositivos diferenciales De 3 a 100 A segn el calibre del GE. Ajustes de las temporizaciones de los dispositivos diferenciales Instantneo o de baja temporizacin (< 100 ms).Schneider Electric 1/25


Producto VigirexAplicaciones

Estudio de la proteccin mediante dispositivos diferenciales

1E92003

En el siguiente esquema se representa una distribucin de BT realizada en ECT TT de un edificio de planta baja con varios talleres. La resistencia de las tomas de tierra medida en el transformador es de 1 , en el GE de 1 y la de los usuarios (en cada taller) es de 1,5 . El taller B incluye mquinas con corrientes de fuga intencionales importantes (filtros).Vigirex GE 1 TGBT Vigirex TT Masterpact M32 RH99 30 A/500 ms 1 Masterpact M16 RH99 10 A/500 ms

Compact NS630b Vigi 1 A/150 ms

Compact NS250 Vigi 3 A/150 ms

Taller A

Oficina

NG125 Vigi 300 s 1,5

Taller B

1,5

multi 9 ID63 30 mA

M

Toma

Esquema de distribucin con selectividad.

Regulacin de los umbrales de los dispositivos diferenciales: el valor mximo autorizado es de 50 V/1,5 , es decir 33,3 A. Nota: Aunque el valor de la RT en el CGBT sea de 1 , el dispositivo diferencial de cabecera debetambin garantizar la proteccin en caso de defecto aguas abajo (por ejemplo, en la llegada del cuadro divisionario).

Las regulaciones de los dispositivos diferenciales como los realizados en el esquema: b Garantizan la seguridad de los bienes y de las personas. b Garantizan la selectividad total en caso de defecto de aislamiento en la instalacin. b Eliminan los problemas de funcionamiento incorrecto debidos a las corrientes de fuga naturales.

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Producto VigirexAplicaciones (continuacin)

Imposicin normativaProteccin contra los contactos indirectosUn dispositivo diferencial debe colocarse en cabecera de instalacin. Las regulaciones autorizadas son: b Umbral. La regulacin mxima es In = 50 V/10 = 5 A.Nota: Aunque el valor de la resistencia de Tierra RT del CGBT sea de 1 , el dispositivo diferencial de cabecera debe asegurar la proteccin en caso de defecto aguas abajo sea cual sea su posicin, por tanto es necesario considerar la RT del utilizador ms importante, es decir 10 .

1

b Tiempo de no funcionamiento (temporizacin). El tiempo de no funcionamiento es como mximo de t = 1 s para asegurar la selectividad.

Proteccin contra los contactos directosConsideracin de las corrientes de fuga Es imperativo medir/estimar las corrientes de fuga: las tablas de valores para distintos receptores y para materiales informticos permiten realizar una estimacin. La regulacin mnima de un dispositivo diferencial es entonces: In > 2 IL (IL es la corriente de fuga total aguas abajo del dispositivo diferencial). b En las salidas consideradas, la corriente de fuga debe ser limitada, es decir IL < 30 mA/2 = 15 mA. Ejemplo: aguas debajo de ID63 - 30 mA, el nmero de PC instalados no puede ser superior a 4 (la corriente de fuga tolerada para una PC es de 3,5 mA, es decir, 4 3,5 = 14 mA < 15 mA). b En las otras salidas, la regulacin en umbral del dispositivo diferencial est realizada en relacin a la proteccin contra los contactos indirectos: se verica que la suma de corrientes de fuga sea inferior a In/2. Ejemplo: aguas abajo del NS250 hay 20 variadores equipados de filtros de 100 nF, esto corresponde a una corriente de fuga del orden de 21 mA por variador. La suma de las corrientes IL de fuga es pues de 420 mA. La regulacin del Vigicompact debe ser como mnimo de 2 IL, es decir, 1 A. Consideracin de las reglas de selectividad b Selectividad amperimtrica. Las dos condiciones siguientes deben considerarse: v In aguas arriba > 2 In aguas abajo (regulacin de selectividad). v In aguas arriba > 2 IL (corriente total de fuga). Ejemplo: el Vigicompact NS250 situado aguas arriba y las protecciones diferenciales multi 9 C60 reguladas a 30 mA o 300 mA. La corriente de fuga total calculada es de 420 mA: la regulacin a 1 A cumple perfectamente las 2 condiciones. b Selectividad cronomtrica. La condicin a cumplir es: Tiempo de no disparo aguas arriba > tiempo combinado aguas abajo siendo las protecciones del tipo multi 9 y Vigicompact, es nicamente necesario regular el Vigicompact de aguas arriba a un escaln por encima, es decir el escaln I (60 ms). b Validacin. La proteccin Vigicompact as regulada debe satisfacer las reglas normativas desarrolladas anteriormente por regulacin y tiempo de no funcionamiento. Ejemplo: la proteccin de pesonas contra los contactos indirectos est asegurada para el taller B si: In < 5 A y In < 1 s La regulacin del Vigicompact In = 1 A y It = 60 ms es correcta.Nota 1: Con los dispositivos diferenciales de la gama Vigirex, Vigicompact y multi 9, la temporizacin es como mximo de 1 s, respetndose siempre la condicin t. Nota 2: Si la condicin de umbral no es factible, la utilizacin de un dispositivo diferencial Vigirex puede hacerla realizable.

Ejemplo: el dispositivo diferencial de cabecera debe estar regulado segn las reglas generales aplicadas a los dispositivos diferenciales, es decir, 6 A. Este valor no es compatible con la proteccin de personas (5 A) para esta instalacin: la utilizacin de un Vigirex permite paliar este problema ya que con la regla especfica Vigirex, la coordinacin est asegurada a 1,5 In aguas abajo, es decir, 4,5 A.

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1Vigirex o Instalacin del toroidal de medida de Vigirex en cabecera de la instalacin.

Esquema de nica fuente: dispositivo diferencial en cabecera de instalacinEn la llegada del transformador, la corriente de defecto puede calcularse de 2 formas: b Midiendo la suma de las corrientes de los conductores activos (3 F + N). b Midiendo la corriente de defecto directamente en la puesta a tierra. Esta segunda forma resulta til, ya que en cabecera de la instalacin de una determinada potencia, el dimensionamiento de los cables o de los juegos de barras es importante y el toroidal de medida no se puede instalar fcilmente en los conductores activos. VentajasToroidal rectangular Toroidal de medida en la conexin a tierra Solucin estndar Ensayos realizados en fbrica Tamao del toroidal, Instalacin del toroidal sencilla incluso despus de la puesta en servicio

DesventajasDifcil de instalar

Comentariostil en instalaciones nuevas Interesante en las instalaciones existentes El montaje slo se puede realizar con dispositivos diferenciales de toroidal separado

Solucin a medida Montaje y cableado especficos del toroidal en el exterior del cuadro Ensayos en la instalacin

Nota: Los toroidales de rectangulares de la gama Vigirex estn destinados a este tipo de instalacin.

Esquema de varias fuentes en TTEn este nivel de la instalacin, en caso de fallo de aislamiento, la continuidad de servicio se obtiene: b Por la selectividad de los dispositivos diferenciales para los defectos situados en las salidas. b Por la redundancia de las fuentes para los defectos situados en los juegos de barras principales. Las fuentes no deben eliminarse simultneamente.

Cada fuente tiene una conexin a tierraEl toroidal de medida del dispositivo diferencial de cabecera est colocado como para un esquema de nica fuente: b Las 2 fuentes no se acoplan nunca. Es la aplicacin tpica de una fuente normal con un grupo electrgeno como red de reserva. Cada dispositivo diferencial controla la corriente de defecto para la red en la que est instalado.Vigirex o

GEVigirex o Las 2 fuentes no se acoplan nunca. F Vigirex

F

F

Vigirex B

b Las 2 fuentes pueden acoplarse. El esquema anterior no puede aplicarse porque en caso de defecto cada uno de los toroidales de medida de los dispositivos diferenciales slo detecta una parte de la corriente de defecto: la proteccin de las personas no est garantizada correctamente. Para realizar correctamente la proteccin mediante dispositivos diferenciales, es necesario hacer pasar las dos puestas a tierra por cada uno de los toroidales de medida de los 2 dispositivos diferenciales de cabecera: En realidad, este esquema es idntico a un esquema de nica fuente con 2 transformadores en paralelo (para tener en cuenta los fallos de aislamiento).Nota: En caso de defecto, incluso cuando las fuentes no estn acopladas, las 2 protecciones disparan: no hay eliminacin selectiva de la fuente en defecto. Este esquema degrada la continuidad de servicio.

Las 2 fuentes pueden acoplarse. 1/28 Schneider Electric



Las fuentes tienen una misma conexin a tierraFE92006

La instalacin de los dispositivos diferenciales debe realizarse con precaucin:O

Vigirex A o

b Las 2 fuentes no se acoplan nunca. La instalacin de los toroidales en A permite controlar correctamente el fallo de aislamiento con eliminacin selectiva de la parte defectuosa de la instalacin.

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F

Vigirex A o

Las 2 fuentes no se acoplan nunca. FE92007

Vigirex

F

b Las 2 fuentes pueden acoplarse. La misma limitacin (cada fuente tiene una conexin a tierra, 2 fuentes con acoplamiento cerrado), obliga a colocar los 2 toroidales de medida en B, en el enlace comn a tierra. Este esquema presenta los mismos inconvenientes (ausencia de eliminacin selectiva de las fuentes).

F Vigirex B

Las 2 fuentes pueden acoplarse. +E92009

IMPORTANTE: El acoplamiento puede efectuarse mediante una aparamenta de acoplamiento de las fuentes (caso ms frecuente) pero tambin en relacin con la existencia de un bus continuo aguas abajo. Ejemplo: bus continuo comn a varios rectificadores.

I

Acoplamiento por la carga y bus continuo.

Esquema de varias fuentes en TNLa utilizacin de dispositivos diferenciales para la proteccin de personas en TN en cabecera de instalacin es poco frecuente: las grandes longitudes de cables y/o el dbil valor de la Icc son la razn de esta utilizacin. Es posible la puesta en servicio de la proteccin de bienes con impedancia de defecto sin supervisar. El esquema funcional es idntico al del esquema TT con varias fuentes y una nica puesta a tierra: las limitaciones anteriormente mencionadas permanecen idnticas (excepto el hecho de que las regulaciones son a muy baja sensibilidad y por tanto sin medida comn con las corrientes naturales de fuga o las corrientes de acoplamiento). La principal limitacin es la eventual circulacin de la corriente de neutro en los circuitos de puesta a tierra. Con el fin de asegurar una selectividad y de evitar los malos funcionamientos es necesario considerar precisamente cada uno de los esquemas.

Vigirex PE o

Vigirex PE o

Esquema de varias fuentes en TN. Schneider Electric 1/29



Recomendaciones de instalacin de los toroidales

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La medida de las corrientes diferenciales por dispositivos diferenciales con toroidal separado obliga a cumplir reglas sencillas para evitar problemas de disparo intempestivo: b Centrar los conductores en los toroidales de medida. b Respetar la corriente de empleo de los toroidales. b Instalar el toroidal en una parte lineal de los conductores. Estas reglas se detallan en el captulo relativo a la instalacin del catlogo de Medida y control en las instalaciones elctricas.

Intensidad asignada de empleo de los toroidalesPara instalar los toroidales pueden ser necesarias precauciones particulares de instalacin. En efecto, corrientes importantes sin defecto de aislamiento pueden saturar localmente el circuito magntico del toroidal y crear as anomalas de flujos que el secundario interpreta como corrientes homopolares. La intensidad asignada de empleo para los toroidales asociados al Vigirex: b Est dada para el valor mnimo de ajuste a 30 mA. b Tiene en cuenta las corrientes de conexin (hasta 6 In). Eleccin de los toroidales y de los toroidales rectangulares en funcin del circuito de potencia Ejemplo 1: una salida de motor de 150 kW/280 A a 400 V debe controlarse con un Vigirex asociado a un toroidal con un dimetro mnimo de 200 (SA200). Esto significa que el ajuste del umbral del dispositivo diferencial puede realizarse en 30 mA instantneo sin riesgo de disparo intempestivo. La intensidad asignada de empleo debe respetarse para evitar disparos intempestivos; no obstante, el hecho de hacer pasar una corriente ms importante no crea degradaciones del toroidal. Ejemplo 2: en la salida de motor del ejemplo 1, la corriente de conexin es en realidad claramente superior a 6 In. Para evitar un posible disparo, puede ser necesario: b Utilizar el mismo toroidal y colocar un manguito magntico que canalice el ujo. b Utilizar un toroidal de dimetro ms grande. b Colocar una temporizacin respetando las reglas de seguridad (< 1 s) y de selectividad con los dispositivos diferenciales aguas arriba. Estas 3 medidas pueden aplicarse simultneamente.Manguito magntico en los conductores.

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Entorno con perturbacionesLa media en entornos con perturbaciones requiere eventualmente adoptar precauciones particulares: b Alejamiento del cableado de los toroidales de los circuitos de potencia. b Utilizacin de cables trenzados blindados cuyo blindaje est conectado a los 2 extremos. Es necesario vericar si el enlace equipotencial se ha realizado correctamente entre la masa en la que est conectado el blindaje del toroidal y aquella en la que est conectado el blindaje del Vigirex. En caso contrario, es el blindaje el que puede hacer de conductor de equipotencialidad de las corrientes de BF y no es su funcin: riesgo de deterioro del cable y/o funcionamiento incorrecto del Vigirex. Es necesario realizarlo mediante un conductor PE. b Reduccin de la longitud de cableado entre toroidal y rel lo mximo posible. b Utilizacin de una alimentacin dedicada con aislamiento galvnico para eliminar mediante desacoplamiento las perturbaciones conducidas. Masa metlica del equipo en el que est instalado el toroidal L i 10 m Masa metlica del armario en el que est instalado el rel

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PE

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Producto VigirexPreguntas y respuestas

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Ajuste de los dispositivos diferenciales en instalaciones con corrientes de fuga elevadasEn ECT TTb Regulacin del umbral mximo In1. En primer lugar es necesario verificar el valor de la resistencia de tierra (RT) de las masas de los consumos: El valor de ajuste mximo In1 se obtiene a travs de UL/RT (UL es igual a 50 V para entornos estndar y 25 V para entornos hmedos). b Ajuste del umbral mnimo In2. A continuacin, es necesario establecer para las diferentes partes de la instalacin protegidas con un mismo dispositivo diferencial el nivel de la corriente de fuga natural (baja ya que las capacidades de fuga estn equilibradas) e intencional (creada por los filtros de los receptores): en la siguiente tabla se indican los valores tpicos de las corrientes de fuga de los receptores especialmente contaminantes. Considrese II dicho valor. La regulacin mnima In2 se obtiene a travs de 2 II.Nota: La regulacin de fbrica especfica y las tolerancias de funcionamiento a las solicitaciones mximas (temperatura, tensin de la fuente aux., etc.) permite utilizar un Vigirex con un umbral de no disparo garantizado a 0,8 In: la regulacin mnima de un Vigirex puede descender hasta II /0,8, es decir 1,25 II .

b Tabla de las corrientes de fuga. Equipos elctricosFax Impresora Puesto de trabajo informtico (UC, pantalla e impresora) Fotocopiadora Suelos radiantes Filtros monofsicos y trifsicos

Corriente de fuga leda (mA)de 0,5 a 1

capitulo_1. complementos técnicos de protección diferencial

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