CONTENIDOGENERALIDADES81.1Choques elctricos81.1.1Choque elctrico81.1.2El corazn humano81.1.3EFECTOS DE LA CORRIENTE ELCTRICA101.1.4Proteccin contra los contactos indirectos131.2Contactos directos e indirectos142PROTECCIN CONTRA LOS CONTACTOS DIRECTOS152.1Medidas de proteccin contra los contactos directos e indirectos153PROTECCION CONTRA SOBRETENSIONES193.1Causas de las sobretensiones193.1.1Tipos de sobretensiones193.2Terminologa de las caractersticas elctricas223.3Seleccin - Eleccin de Iimp del dispositivo protector contra sobretensiones por descargas de rayos253.4Reglas de instalacin263.5Principio de coordinacin273.6Eleccin de dispositivo de interrupcin de energa elctrica asociado (fusible / interruptor automtico)293.6.1Eleccin del dispositivo de corte294COORDINACION DE PROTECCIONES304.1Zonas de selectividad324.2Las tcnicas de selectividad en cortocircuito334.2.1Selectividad amperimtrica334.2.2Selectividad cronomtrica335FALLAS ELECTRICAS EN MOTORES ELCTRICOS365.1Zonas de Falla I.375.2Calidad de energa385.2.1Desbalance de Voltaje385.2.2Armnicas385.3Aislamiento396FALLAS ELECTRICAS EN TRANSFORMADORES397PROTECCIN ELCTRICA DE MOTORES417.1Rels trmicos:417.2Guardamotores magnticos:457.3Fusibles:487.4Guardamotores magnetotrmicos487.5Otros dispositivos de proteccin188PROTECCIN ELCTRICA DE TRANSFORMADORES19

1 de 60GENERALIDADES

Choques elctricosEn el momento que una corriente, superior a 30 mA, transcurre por un cuerpo humano, la persona en cuestin puede sufrir lesiones irreparables si no se desconecta a tiempo esta corriente.Choque elctricoEs el efecto fisicopatolgico resultante del paso de una corriente elctrica a travs del cuerpo humano. El paso de una corriente elctrica por un cuerpo humano afecta esencialmente las funciones circulatoria y respiratoria, y produce muchas veces quemaduras.La gravedad de las lesiones est en funcin de la intensidad y el tiempo de circulacin de la corriente y de su trayecto por el cuerpo humano. La CEI distingue tres niveles de efectos producidos sobre el cuerpo humano en funcin de la intensidad y el tiempo de circulacin de la corriente elctrica. Toda persona que entra en contacto con un cuerpo metlico bajo tensin contrae el riesgo de un choque elctrico.La CEI 60479-1 o la UNE 20572-92, parte 1, precisan los lmites de exposicin a los contactos elctricos.El corazn humanoLas clulas del corazn: La membrana de una clula define un espacio interno con cargas mayoritariamente negativas, comportndose como una carga negativa en su interior y por correspondencia positiva en su entorno.Las neuronas: Las neuronas del corazn se cargan y descargan por estmulos propios polarizando a las clulas de los tejidos.

En el electrocardiograma corresponde al espacio entre 5 y 1.

En este funcionamiento, con polarizaciones y despolarizaciones, la presencia de una corriente elctrica debe tener alguna influencia, sobre todo en los campos elctricos de las propias polarizaciones. El electrocardiograma de la siguiente figura nos presenta, en la segunda pulsacin, la intervencin de una corriente elctrica que perturba el funcionamiento normal fibrilacin ventricular, disminuyendo la presin arterial y por tanto el riego sanguneo.

EFECTOS DE LA CORRIENTE ELCTRICALos efectos de la corriente sobre el cuerpo humano dependen de varios parmetros: La zona del cuerpo en que se produce el contacto. La superficie de contacto. Las condiciones en el contacto: humedad, presin y temperatura. Las condiciones fisiolgicas, en el momento, del individuo.

Umbral de percepcin:En corriente alterna de 15 a 100 Hz. Se toma en consideracin un umbral de 0,5 mA, sin limitacin de tiempo.Corriente continua. En condiciones parecidas para las definidas en corriente alterna el umbral de percepcin es de 2 mA.Umbral de no soltar:En corriente alterna de 15 a 100 Hz. Se toma en consideracin un valor de unos 10 mA.En corriente continua. Es difcil especificar un valor de no soltar con corrientes inferiores a 300 mA.nicamente al contacto y a la interrupcin producen dolores y contracciones musculares. Para corrientes superiores a 300 mA, la posibilidad de soltar puede aparecer despus de algunos segundos o minutos del contacto, o no aparecer.Umbral de fibrilacin ventricular: En corriente alterna (50 Hz o 60 Hz).El umbral de fibrilacin decrece considerablemente si la duracin del paso de la corriente se prolonga ms all de un ciclo cardaco. Este efecto resulta del aumento de la heterogeneidad del estado de excitacin del corazn, debido a las extrasstoles producidas por la corriente.Para duraciones de choque inferiores a 0,1 s, la fibrilacin ventricular puede producirse para corrientes de intensidad superior a 500 mA, y se produce frecuentemente para corrientes de intensidad del orden de algn amperio, si el choque se produce durante el perodo vulnerable.Para choques de la misma intensidad y de duracin superior a un ciclo cardaco, puede producirse una parada cardaca reversible.El umbral elevado, para cortos perodos de exposicin entre 10 ms y 100 ms, se sita sobre una recta que va de 500 mA a 400 mA.Sobre la base de informaciones de accidentes elctricos, el umbral inferior para duraciones superiores a 1 s se sita sobre una recta que va de 50 mA para un segundo, a 40 mA para duraciones superiores a 3 s. Los dos umbrales estn unidos por una curva continua deducida de resultados experimentales.Adecuando los resultados de las experiencias efectuadas sobre animales a los seres humanos, se ha establecido una curva por debajo de la cual la fibrilacin no es susceptible que se produzca. El umbral elevado para cortos perodos de exposicin, entre 10 ms y 100 ms, se sita sobre una recta que va de 500 mA a 400 mA. Sobre la base de informaciones de accidentes elctricos, el umbral inferior para tiempos superiores a 1 s se sita sobre una recta de 50 mA para 1 s y 40 mA para tiempos superiores a 3 s. Los dos umbrales estn unidos por una curva continua deducida de resultados experimentales. En corriente continua.Experiencias efectuadas sobre animales e informaciones que provienen de accidentes elctricos muestran que el umbral de fibrilacin ventricular, para una corriente descendente, es aproximadamente 2 veces mayor que para una corriente ascendente. La fibrilacin ventricular no es susceptible de producirse para el paso de la corriente mano a mano. Para tiempos de choque superiores a la duracin de un ciclo cardaco, el umbral de fibrilacin con corriente continua es varias veces mayor que con corriente alterna.Para tiempos de choque inferiores a 200 minutos, el umbral de fibrilacin es aproximadamente el mismo que en ca, expresada en corriente eficaz. En analoga a la ca, el grfico de la fig. G1-013 de la pgina G/38 expresa los valores de los umbrales en cc, longitudinalmente ascendente. Para las corrientes longitudinalmente descendentes, aplicar un factor de correccin de 2 de desplazamiento hacia las corrientes ms elevadas.Otros efectos de la corriente: En corriente alterna.La fibrilacin ventricular est considerada como la causa principal de muerte por choque elctrico. Existen adems los casos de muerte por asfixia o parada cardaca. Efectos patofisiolgicos tales como contracciones musculares, dificultades de respiracin, aumento de la presin sangunea, perturbaciones en la formacin y la propagacin de los impulsos en el corazn, incluida la fibrilacin auricular y la parada provisional del corazn, pueden producirse sin fibrilacin ventricular. Tales efectos no son mortales y son normalmente reversibles, pero pueden producirse marcas propias de la corriente.Para corrientes de varios amperios pueden producirse quemaduras graves capaces de provocar incluso la muerte. En corriente continua.Para corrientes inferiores a 300 mA aproximadamente, una sensacin de calor es sentida en las extremidades durante el paso de la corriente. Las corrientes transversales de intensidad como mximo igual a 300 mA, que pasan a travs del cuerpo humano durante varios minutos, pueden provocar arritmias cardacas reversibles, marcas de corriente, quemaduras, vrtigos y a veces inconsciencia. Por encima de 300 mA, la inconsciencia se produce frecuentemente.

Proteccin contra los contactos indirectosLa normativa (UNE 20460-90, parte 4-41) prev la solucin de la proteccin contra los contactos indirectos por corte automtico de la alimentacin. Las curvas de la figura relacionan la tensin eficaz de contacto indirecto con el tiempo mximo de corte de la proteccin, para ca y cc, en lugares secos (BB3), hmedos (BB2) o mojados (BB1).

Contactos directos e indirectosLas normas y los reglamentos distinguen dos tipos de contactos peligrosos, as como las medidas de proteccin correspondientesContactos directosSe refiere a los contactos de las personas con los conductores activos (fase o neutro) o las piezas metlicas normalmente en tensin.Contactos indirectosSe refiere a los contactos de las personas con carcasas que accidentalmente estn bajo tensin.Esta puesta accidental bajo tensin es consecuencia de un defecto de aislamiento.La corriente de fuga pone bajo una tensin, que puede ser peligrosa, a la masa susceptible de ser tocada por una persona, y por tanto exponerla a un peligro.

PROTECCIN CONTRA LOS CONTACTOS DIRECTOS

Las partes activas peligrosas no deben ser accesibles y las partes conductoras accesibles no deben ser peligrosas.La Directiva de BT, la de proteccin a los trabajadores y el Reglamento de BT ITC-BT-24, regulan las condiciones de seguridad distinguiendo:Proteccin por aislamiento de partes activas.Proteccin por medio de barreras o envolventes.Proteccin por medio de obstculos.Proteccin por alejamiento, fuera del alcance de las personas y animales.Proteccin complementaria por dispositivos a corriente diferencial residual.La proteccin contra los contactos indirectos, por medio de tcnicas tiles en condiciones de defecto:Corte automtico de la alimentacin por medio de fusibles, interruptores automticos o interruptores a corriente diferencial residual.Por el empleo de materiales de Clase II o medidas de aislamiento equivalentes.Por la utilizacin de locales o emplazamientos no conductores.Por la utilizacin de enlaces equipotenciales locales sin conexin a tierra.Por separacin elctrica.Medidas de proteccin contra los contactos directos e indirectosBasada en la utilizacin de Muy Bajas Tensiones, las cuales no son capaces de llegar a poder establecer un circuito a travs del cuerpo humano.Distinguiremos tres niveles de circuitos:MBTS. Muy Bajas Tensiones de Seguridad: nos referimos a circuitos alimentados a travs de un transformador de seguridad (aislamiento y separacin de bobinados) de conformidad a la normas de construccin UNE-EN 60742 o UNE-EN 61558-2-4 o fuentes equivalentes. Cuya tensin de salida no sea superior a 50 V en corriente alterna o 75 V en corriente continua alisada y las masas no estn conectadas a un circuito de proteccin.MBTP. Muy Bajas Tensiones de Proteccin: nos referimos a circuitos alimentados a travs de un transformador de seguridad (aislamiento y separacin de bobinados) de conformidad a la normas de construccin UNE-EN 60742 o UNEEN 61558-2-4 o fuentes equivalentes. Cuya tensin de salida no sea superior a 50 V en corriente alterna o 75 V en corriente continua alisada y las masas estn conectadas a un circuito de proteccin (tierra) y esta conexin puede ser realizada a travs del conductor de proteccin del circuito del primario.MBTF. Muy Bajas Tensiones Funcionales: nos referimos a circuitos alimentados a travs de un transformador o fuente que no son de seguridad o sus circuitos no disponen de aislamiento de proteccin frente a otros circuitos.Cuya tensin de salida no sea superior a 50 V en corriente alterna o 75 V en corriente continua alisada.Para estos circuitos deberemos aplicar tcnicas de proteccin contra contactos indirectos.

Requisitos para los circuitos MBTS (SELV):Las partes activas de los circuitos MBTS (SELV) no deben ir conectadas elctricamente a tierra, ni a partes activas, ni a conductores de proteccin que pertenezcan a circuitos distintos.Las masas no deben conectarse intencionadamente: Ni a tierra. Ni a conductores de proteccin o masas de circuitos distintos. Ni a elementos conductores; no obstante, para los materiales que, por su disposicin estn fuertemente conectados a elementos conductores, la presente medida sigue siendo vlida, si puede asegurarse que estas partes no pueden conectarse a un potencial superior a la tensin nominal definida en la CEI 60449.Nota: si hay masas de circuitos MBTS (SELV) que son susceptibles de encontrarse en contacto con masas de otros circuitos, la proteccin contra los choques elctricos ya no se basa en la medida exclusiva de proteccin para MBTS (SELV), sino en las medidas de proteccin correspondientes a estas ltimas masas.Cuando la tensin nominal del circuito es superior a 25 V de valor eficaz en ca, o 60 V en corriente continua sin ondulacin, debe asegurarse la proteccin contra los contactos directos bien:Mediante barreras o envolventes que presenten por lo menos un grado de proteccin IP2X o IPXXB.Por un aislamiento que pueda soportar una tensin alterna con un valor eficaz de 500 V durante 1 minuto. Por lo general, cuando la tensin nominal no es superior a 25 V de valor eficaz en ca, o 60 V en cc, sin ondulacin, no se requiere ninguna proteccin contra los contactos directos; no obstante, puede ser necesaria para determinadas condiciones de influencias externas.Nota: la corriente continua sin ondulacin est definida convencionalmente por un porcentaje no superior al 10% del valor eficaz; el valor mximo de cresta no ser superior a 140 V para una tensin nominal de 120 V en corriente continua sin ondulacin, y de 70 V para una tensin nominal de 60 V en c.c., sin ondulacin.Requisitos para circuitos MBTP (PELV)Cuando los circuitos estn conectados a tierra y no se requiera la MBTS (SELV), es conveniente satisfacer las condiciones siguientes:La proteccin contra los contactos directos debe quedar garantizada bien:Mediante envolventes que presten un grado de proteccin, al menos de IP2X o IPXXB.Mediante un aislamiento que pueda soportar una tensin alternativa con un valor eficaz de 500 V durante 1 minuto.A pesar de lo especificado, no se requiere una proteccin contra los contactos directos para los materiales situados en el interior de un edificio, en el cual las masas y los elementos conductores, simultneamente accesibles, estn conectados a la misma toma de tierra y si la tensin nominal no es superior a:25 V eff. ca, o 60 V CC, sin ondulacin, si el material normalmente se utiliza nicamente en emplazamientos secos y si se prevn contactos importantes de partes activas con el cuerpo humano o de un animal.6 V eff. ca, o 15 V CC, sin ondulacin, en los dems casos.

PROTECCION CONTRA SOBRETENSIONES

Causas de las sobretensionesTipos de sobretensionesSobretensiones temporales (permanentes)Son aquellas sobretensiones originadas por incrementos en la tensin de red, generalmente superiores al 10% de su valor nominal y duraciones variables entre dcimas de segundo y minutos. Suelen estar ocasionadas por prdida de neutro y algunos otros fenmenos como la conexin / desconexin de condensadores.

Sobretensiones transitorias

Sobretensiones debidas al funcionamiento de equipos o a conmutaciones (semiconductores). Los equipos que contienen componentes electrnicos de conmutacin tambin pueden generar perturbaciones elctricas comparables a las sobretensiones. Sus consecuencias en equipos sensibles, aunque no sean visibles, no son menos importantes: envejecimiento prematuro o averas impredecibles o transitorias. Las sobretensiones por funcionamiento se producen cuando se encienden o se apagan equipos reactivos o capacitivos. Adems, la interrupcin de las actividades de produccin en una fbrica, los rayos o los transformadores pueden generar sobretensiones que por s mismas causan grandes daos en equipos elctricos cercanos.Sobretensiones debidas a descargas directas de rayosPueden adoptar las dos formas siguientes: Cuando un rayo produce una descarga en un pararrayos o en el tejado de un edificio que est conectado a tierra, la corriente del rayo se disipa en el suelo. La impedancia del suelo y la corriente que fluye a travs del mismo crea una diferencia de potencial elevada: la sobretensin. De este modo, esta sobretensin inducida se propaga por el edificio a travs de los cables, lo que produce daos en los equipos. Cuando un rayo produce una descarga en una linea aerea de tendido electrico de baja tension, sta conduce corrientes altas que penetran en el edificio creando sobretensiones grandes. Este tipo de sobretensiones suele causar daos muy importantes (por ejemplo, un fuego en el cuadro elctrico que provoca la destruccin de edificios y equipos industriales), as como terminar con explosiones.

Sobretensiones debidas a los efectos indirectos de las descargas de rayosLas sobretensiones citadas anteriormente tambin se generan cuando se producen descargas de rayos en las inmediaciones de un edificio, debido al incremento en el potencial del suelo en el punto de impacto. Los campos electromagnticos creados por la corriente del rayo generan un acoplamiento inductivo y capacitivo, que provoca otras sobretensiones. El campo electromagntico causado por un rayo en las nubes tambin puede generar aumentos de tensin repentinos en un radio que puede alcanzar hasta varios kilmetros.Aunque de forma menos espectacular que en el caso anterior, tambin puede causar daos irreparables a los equipos llamados sensibles, como los equipos de fax, las fuentes de alimentacin de ordenadores y los sistemas de seguridad y comunicaciones.

Terminologa de las caractersticas elctricasDispositivo protector contra sobretensiones:Dispositivo diseado para limitar sobretensiones transitorias y regular los flujos de corriente originados por rayos y maniobras en la red. Consiste en al menos un componente no lineal. Debe cumplir con el estndar europeo EN 61643-11.Onda 1.2/50:Forma de onda estndar de sobretensin generada en redes, y que se suma a la tensin de la red. Onda 8/20: Forma de onda de corriente que fluye a travs de equipos cuando stos estn bajo los efectos de una sobretensin (energa baja).Onda 10/350:Forma de onda de corriente que fluye a travs de equipos cuando stos estn bajo los efectos de una sobretensin producida por la descarga directa de un rayo Dispositivo protector contra sobretensiones del tipo 1:Protector contra sobretensiones diseado para reducir la energa provocada por una sobretensin comparable a la producida por una descarga directa de rayo. Ha pasado con xito las pruebas estndar con la Onda 10/350 (test clase I)Dispositivo protector contra sobretensiones del tipo 2:Protector contra sobretensiones diseado para reducir la energa provocada por una sobre tensin comparable a la producida por la descarga indirecta de un rayo o una sobretensin de funcionamiento.Ha pasado con xito las pruebas estndar con la Onda 8/20 (test clase II)Up: Nivel de proteccin de tensin.Parmetro que determina el funcionamiento del protector contra sobretensiones por el nivel de limitacin de tensin entre sus terminales y que se selecciona de la lista de valores del estndar. Este valor es mayor que el valor ms alto obtenido durante las mediciones de limitacin de tensin (en In para los tests clase I y II)In: Corriente nominal de descarga.Valor de la corriente de pico de una forma de onda 8/20 (15 veces) fluyendo en el protector contra sobretensiones. Se utiliza para determinar el valor de Up del protector contra sobretensiones.Imax: Corriente mxima de descarga para el test clase II.Valor de la corriente de pico de una forma de onda 8/20 fluyendo en el protector contra sobretensiones con una amplitud de acuerdo con la secuencia de operacin del test clase II. Imax es mayor que In.Iimp: Corriente de impulso para el test clase I.La corriente de impulso Iimp se define por una corriente de pico Ipeak y una carga Q, y comprobada de acuerdo con la secuencia de operacin del test. Se usa para clasificar los protectores contra sobretensiones para el test clase I (la onda 10/350 correponde a esta definicin).Un: Tensin nominal AC de la red:Tensin nominal entre la fase y el neutro (valor eficaz de AC). Uc: Tension mxima de servicio (IEC 61643-1).Tensin eficaz o continua mxima que puede aplicarse de forma continua en modo de proteccin contra sobretensiones. Es igual a la tensin nominal.Ng:Densidad de descargas de rayos expresada como el nmero de descargas de rayos sobre el suelo por km2 y por ao.UT: Resistencia a la sobretensin temporal.Sobretensin eficaz o continua mxima que el protector contra sobretensiones puede resistir y que sobrepasa la tensin mxima de servicio Uc durante un periodo de tiempo especificado.Ifi: Corriente de seguimiento Ifi (kA).ste parmetro se emplea en protectores contra sobretensiones OVR con tecnologa no varistor. Ifi es un valor rms de la corriente de seguimiento que puede ser interrumpida por el protector contra sobretensiones bajo Uc. Esta corriente de cortocircuito es la que es capaz de interrumpir el protector contra sobretensiones por s mismo. La Ifi del protector contra sobretensiones debe ser igual o mayor que la posible corriente de cortocircuito en el punto de la instalacin (Ip), sino, el fusible aguas arriba se fundir cada vez que el protector acte.Ip: Corriente de cortocircuito prevista en la instalacin (kA).Ip es la corriente que circula en caso de cortocircuito.

Seleccin - Eleccin de Iimp del dispositivo protector contra sobretensiones por descargas de rayosLa capacidad de actuacin de un protector contra sobretensiones est determinada por sus caractersticas elctricas, y se debe elegir de acuerdo con el nivel de riesgo.La eleccin de Iimp para protectores contra sobretensiones del Tipo 1 en caso de una descarga directa de rayo de 200 kA (alrededor del 95 % de las descargas son de menos de 200 kA IEC 62 305-1, Valores bsicos de los parmetros de descargas de rayos), es de 25 kA para cada lnea de alimentacin elctrica.

ABB recomienda una Iimp minima de 25 kA para protectores contra sobretensiones del Tipo 1 a partir del siguiente calculo: Corriente por descarga directa de rayo considerada I: 200 kA (solamente el 1% de las descarga > 200 kA). Distribucin de la corriente dentro del edificio: 50 % a tierra y 50 % a la red elctrica (de acuerdo con los estndares internacionales IEC 61643-12 Anexo I-1-2). Distribucin igual de la corriente en cada uno de los conductores (3 L + N):

Reglas de instalacin

Norma N 1La corriente limp (10/350) o Imax (8/20) es la mxima corriente que es capaz de soportar el descargador sin degradarse. Si se sobrepasa ste valor el protector actuar de forma correcta pero se destruir. Cada limitador debe asociarse con un interruptor automtico capaz de garantizar la continuidad de servicio y mxima seguridad.Norma N 2La distancia entre el bornero de tierra del limitador y las bornas aguas arriba del interruptor automtico de desconexin debe ser lo menor posible (recomendable menor de 50 cm).

Norma N 3Si se instala ms de un protector contra sobretensiones, se debe coordinar la distancia entre ellos (ver pagina siguiente):Norma N 4Las tomas de tierra de los receptores deben conectarse al mismo bornero de tierra que el protector contra sobretensiones.Norma N 5En vivienda: Instalar el dispositivo de proteccin contra sobretensiones entre ICP y diferencial (independientemente al cumplimiento de la norma 1) En Terciario/Industrial: Tenemos dos opciones. La primera opcin es instalar el dispositivo de proteccin contra sobretensiones exactamente igual que en vivienda. La segunda opcin instalar dispositivo de proteccin contra sobretensiones despus de un diferencial selectivo. Cada protector contra sobretensiones estar protegido por un interruptor automtico o fusible, exactamente igual que en vivienda.

Principio de coordinacinDespus de definir las caractersticas del dispositivo protector contra sobretensiones de entrada, la proteccin puede completarse con uno o ms protectores contra sobretensiones adicionales si el protector contra sobretensiones de entrada no proporciona una proteccin eficaz por s solo para la totalidad de la instalacin.Ciertos fenmenos elctricos pueden multiplicar por dos la tensin residual de la proteccin si la longitud del cable excede los 10 m. Los protectores contra sobretensiones deben coordinarse cuando se hayan instalado. (Vanse las siguientes tablas).Coordinacin necesaria si:El dispositivo protector contra sobretensiones de entrada no alcanza la tensin de proteccin (Up) por s solo. El dispositivo protector contra sobretensiones de entrada est a ms de 10 m de distancia del equipo que debe ser protegido.Solucin recomendadaUso de dispositivos protectores contra sobretensiones modulares del Tipo 2.Nota:El anlisis de la coordinacin de los dispositivos protectores contra sobretensiones del Tipo 2 se lleva a cabo utilizando sus corrientes mximas de descarga respectivas Imax (8/20) comenzando desde el cuadro de entrada de la instalacin y procediendo hacia el equipo que se desea proteger, tomando en consideracin la reduccin progresiva en la Imax. Por ejemplo: 70 kA seguido de 40 kA. Todos los protectores ABB del Tipo 2 coordinados unos con respecto de los otros, respetando una distancia mnima de 1 m entre ellos.

Eleccin de dispositivo de interrupcin de energa elctrica asociado (fusible / interruptor automtico)Eleccin del dispositivo de corteLos dispositivos protectores contra sobretensiones deben estar asociados a la proteccin de corto-circuito de entrada y a la proteccin de corriente residual contra contactos indirectos (normalmente ya existente en la instalacin).

COORDINACION DE PROTECCIONES

En una instalacin elctrica los receptores estn unidos a los generadores a travs de una sucesin de dispositivos de proteccin, seccionamiento y mando. Este Cuaderno Tcnico trata esencialmente de la funcin de proteccin por interruptor automtico. En el cuadro de la distribucin radial, el objetivo de la selectividad es desconectar de la red el receptor o derivacin con defecto y slo ello, para conseguir el objetivo de continuidad de servicio en su grado mximo.Si no se realiza un estudio de selectividad o ste est mal realizado, un defecto elctrico puede solicitar a varios dispositivos de proteccin. Es por ello que un nico defecto puede provocar la falta de tensin en una parte ms o menos grande de una instalacin. De ello resulta una prdida anormal de disponibilidad de energa elctrica en derivaciones correctas, es decir, sin defecto. Las sobreintensidades que pueden producirse en una instalacin son de tipos diferentes: Sobrecarga, Cortocircuito, Punta de corriente de arranque, y tambin, Derivacin de corriente a tierra, Corriente transitoria debida a una cada de tensin o a una ausencia momentnea de tensin.Para garantizar una continuidad mxima de servicio es necesario emplear dispositivos de proteccin coordinados entre s.Hay que considerar que las cadas de tensin pueden provocar la apertura intempestiva de interruptores automticos por accin de los rels de mnima tensin.Contribucin al objetivo de seguridad y de disponibilidadA cada tipo de defecto corresponde un dispositivo especfico de proteccin, (proteccin contra las corrientes de sobrecarga, de cortocircuito, de defecto a tierra, o de ausencia de tensin...) pero un defecto puede, por sus caractersticas, solicitar simultneamente a varios tipos de dispositivos de proteccin, bien directamente o por efecto secundario.Ejemplos:n una corriente de cortocircuito elevada crea una cada de tensin y puede solicitar al dispositivo de proteccin contra las bajadas de tensin o mnimos de tensin, n un defecto de aislamiento puede detectarse simultneamente como defecto homopolar por un dispositivo de proteccin diferencial y como defecto de sobreintensidad por el dispositivo de proteccin contra los cortocircuitos (este caso depende de los regmenes de neutro a tierra; IT y TN),n una elevada corriente de cortocircuito puede provocar el funcionamiento del dispositivo de proteccin contra los defectos a tierra (en los casos de rgimen de neutro TT) por las saturaciones locales del toro que puedan crear falsas corrientes homopolares.Para una red determinada, el estudio de la selectividad, o ms generalmente, del plan de proteccin de una instalacin, se basa en las caractersticas de los dispositivos de proteccin publicadas por los constructores.

Este estudio se inicia por el anlisis de las necesidades en dispositivos especficos de proteccin para cada tipo de defecto y sigue un anlisis de la coordinacin de las diferentes protecciones que pueden verse solicitadas. Ello permite obtener la mejor continuidad de servicio simultaneando la garanta de proteccin de los bienes y las personas.En el prximo captulo trataremos el problema de la selectividad en el caso de sobreintensidad (sobrecargas y cortocircuitos).La selectividad entre interruptores automticos se materializa simplemente por la apertura o no de varios interruptores automticosSelectividad totalUna distribucin la consideraremos totalmente selectiva si, para cualquier valor de corriente de defecto, slo el dispositivo de proteccin situado ms abajo, de entre los solicitados por la corriente del defecto, abre y permanece abierto.Selectividad parcialDecimos que hay selectividad parcial si la condicin anterior no se cumple a partir de un cierto valor de la corriente de defecto.Zonas de selectividadEn una instalacin de distribucin elctrica pueden presentarse dos tipos de defectos por sobre intensidad:n las sobrecargas,n los cortocircuitos.Generalmente consideramos que las sobrecargas son las sobreintensidades comprendidas entre 1,1 y 10 veces la intensidad de servicio. A partir de este valor, se trata de cortocircuitos que conviene eliminar en el menor tiempo posible, por la intervencin de los rels instantneos (INS), o de corto retardo (CR) de los interruptores automticos.El estudio de la selectividad difiere segn sea el tipo de defecto. En la zona de las sobrecargasEsta zona se sita a partir del umbral de funcionamiento ILR del dispositivo de largo retardo (LR). La curva de disparo tc = f (Ip) es generalmente de tiempo inverso para adaptarse mejor a la curva trmica admisible de los cables.El mtodo conocido y extensamente difundido consiste en trazar, en un sistema de coordenadas logaritmologaritmo las curvas de los rels LR afectados por el defecto.Para un valor cualquiera de la sobreintensidad, la selectividad queda asegurada, en sobrecarga, si el tiempo de no desconexin del interruptor situado, aguas arriba D1 es superior al tiempo mximo de ruptura del interruptor automtico D2 (comprendiendo el tiempo de arco). Esta condicin se realiza en la prctica si se cumple que ILR1 / ILR2 > 1,6.En la zona de los cortocircuitosLa selectividad se trata por comparacin de las curvas del interruptor aguas arriba y del interruptor aguas abajo.Las tcnicas que permiten llegar a la selectividad en cortocircuito entre dos interruptores automticos se apoyan en el empleo de interruptores automticos y rels de tipo o regulaciones diferentes, evitando que las curvas se superpongan o sean secantes entre s.

Las tcnicas de selectividad en cortocircuitoSelectividad amperimtricaEs el resultado de la separacin entre los umbrales de los rels instantneo o de corto retardo de los interruptores automticos sucesivos.Se usa, sobre todo, en distribucin terminal, con la instalacin de los interruptores automticos rpidos, desprovistos de dispositivo de retardo intencional a la desconexin. Se aplica a los casos de cortocircuito y conduce generalmente a una selectividad parcial.Es tanto ms eficaz cuanto ms diferentes son las corrientes de defecto en uno u otro punto de una red, debido a la impedancia no despreciable de los conductores, sobre todo los de seccin dbil. La zona de selectividad es tanto ms importante cuanto mayor es la separacin entre los umbrales de los rels instantneos de D1 y D2 y que el punto del defecto est alejado de D2 (Icc dbil < Iins de D1).La relacin mnima entre Iins1 e Iins2 es de 1,5 teniendo en cuenta la precisin de los valores de umbral.Selectividad cronomtricaPara garantizar una selectividad total, las curvas de disparo de los dos interruptores automticos no deben superponerse en ningn punto, cualquiera que sea el valor de corriente presunta.Para corrientes de defecto importantes, la selectividad total est garantizada si las dos partes horizontales de las curvas, a la derecha de Iins1, son distintas. Para alcanzar esta condicin podemos usar varias soluciones:n la ms clsica consiste en elegir interruptores automticos selectivos, equipados con un dispositivo de retardo intencional,n la segunda se aplica solamente al ltimo nivel de la distribucin y consiste en la utilizacin de un interruptor automtico limitador.Empleo de interruptores automticos selectivosEl trmino selectivo tiene dos significados: n el rel del interruptor automtico est equipado con un sistema de temporizacin fijo o regulable;n la instalacin y el interruptor automtico son capaces de soportar la corriente de defecto durante el tiempo del retardo intencional (umbral trmico y umbral electrodinmico).Un interruptor automtico selectivo va precedido normalmente, aguas arriba, de otro interruptor automtico selectivo cuyo retardo intencional es ms importante.El empleo de este tipo de interruptores automticos que corresponde a la selectividad cronomtrica conduce, en caso de defecto, a tiempos totales de ruptura superiores a 20 ms (un perodo), pudiendo llegar hasta algunos centenares de ms.Cuando la instalacin y, eventualmente, el interruptor automtico no son capaces de soportar durante la temporizacin un alto valor de Icc, es necesario que el interruptor automtico D1 est equipado con un rel instantneo de umbral alto (DIN).En este caso, la zona de selectividad est limitada al umbral del (DIN) del interruptor automtico situado aguas arrib.Empleo de interruptores automticos limitadores y selectividad pseudo-cronomtricaEstos interruptores automticos estn caracterizados por:n el hecho de que limitan fuertemente la corriente de cortocircuito gracias a su velocidad de apertura y a su tensin de arco elevada,

n el hecho de que cuanto mayor es la corriente de cortocircuito presunta, tanto ms rpidos son.Con ello, la eleccin de un interruptor automtico limitador aguas abajo permite obtener una selectividad pseudo-cronomtrica entre dos niveles de proteccin. Esta solucin,por su efecto de limitacin y rapidez en eliminar el defecto, permite adems limitar las solicitaciones trmicas y electrodinmicas en las instalaciones.

FALLAS ELECTRICAS EN MOTORES ELCTRICOS

Comnmente las nicas herramientas usadas por el personal de mantenimiento para detectar fallas en motores han sido un megger (medidor de aislamiento) y un ohmimetro. Desdichadamente la informacin brindada es muy general y no precisa la zona de falla del motor en estudio. Es muy fcil el diagnstico errneamente si se confa solo en los resultados de un megger. Por ejemplo, un corto entre espiras o entre fases puede perfectamente estar disparando un motor y al medir el aislamiento este esta en buen estado. Ya que estas fallas aunque son un problema de aislamiento en el devanado podran estar aisladas completamente de tierra y por lo tanto el megger no las detecta. Este tipo de anomalas deteriora rpidamente el devanado lo cual resultara en un futuro reemplazo u overhaul del motor. Tambin se ha usado el anlisis por vibraciones para detectar fallas en el rotor, estator y excentricidad. Por ejemplo en el rotor se encuentran a la frecuencia de paso de polo (barra) para el caso de motores con rotor jaula de ardilla (motores de induccin de CA), con bandas laterales alrededor de esa frecuencia, y excentricidad y cortos en el estator a 2 veces la frecuencia de lnea sin ninguna banda lateral. Sin embargo, el anlisis a 2 veces la frecuencia de lnea no detalla cual de las dos fallas es la que esta afectando mas al motor. Y estas son determinadas por Ilustracin 1: Estudio de Fallas en Motores Elctricos 2 especialistas en vibraciones muy experimentados y pueden ya sea pasar desapercibidas por completo o confundirse con otro tipo de influencia. La ilustracin 1 muestra un estudio realizado entre el Electric Power Research Institute (EPRI) y General Electric en 1985. El propsito de este estudio fue el mostrar las verdaderas fuentes de falla en motores elctricos. Entonces no preguntamos, estamos realmente diagnosticando todas las zonas posibles de falla en un motor? Realmente la respuesta es simple, ni vibraciones, ni un ohmimetro ni un megger logran revisar todas las zonas de falla de un motor, entonces, la tecnologa predictiva que esta aplicando en su planta es suficiente para evaluar todos los componentes que pueden causar la falla de un motor?. Las pruebas elctricas aplicadas a un motor deben de ser confiables y nos deben dar un diagnostico completo de todas las zonas o reas de falla de un motor. Las pruebas a realizar deben incluir pruebas tanto con motor energizado como con motor detenido. Las pruebas con motor detenido son de particular importancia en aquellos casos en que un motor s este disparando y su puesta en funcionamiento puede terminar de daarlo, o en el caso de pruebas de puesta en marcha al instalarse un nuevo equipo de produccin. Para el diagnstico de un motor, se han establecido las siguientes zonas o reas de fallas. Circuito de Potencia Aislamiento Estator Rotor Excentricidad (entrehierro) Calidad de energa El anlisis de estas 6 zonas nos permite distinguir entre un problema mecnico o elctrico. Y en el caso de un problema elctrico detallar la solucin.Zonas de Falla I.Circuito de Potencia Generalmente se establece desde el Centro de Control del Motor (CCM) hasta la caja de bornes del mismo, e involucra a todos los conductores con sus bornes, interruptores, protecciones trmicas, fusibles, contactores y cuchillas. La ilustracin 2 muestra un tpico circuito de potencia, se ha demostrado por EPRI que los falsos contactos han sido la fuente de un 46% de las fallas en motores, por lo que aunque muchas veces el motor este en excelente estado, este se instala en un circuito de potencia defectuoso, que a la postre lo daa. Los problemas de conexiones de alta resistencia (se oponen al paso de la corriente) son variados, entre ellos,Generacin de armnicas Desbalances de voltaje Desbalances de corrienteTpicamente las conexiones de alta resistencia son causadas por: Terminales corrodos Cables sueltos Barras sueltas Prensa fusibles corrodos Hilos abiertos Conexiones entre Aluminio cobre Diferentes tamaos de conductoresUno de los mtodos que usamos para detectar defectos en el circuito de potencia en un motor / generador, trifsico es la medicin de resistencia entre fases, es una prueba esttica con motor detenido. En un equipo en buen estado las tres lecturas entre las fases deberan ser casi idnticas, su desbalance resistivo debe ser menor a un 5%. Dinmicamente, con motor energizado el circuito es evaluado completamente al detectarse desbalances de voltaje en cualquiera de las fases. Otro de los mtodos utilizados para complementar el diagnostico del circuito de potencia es la termografa IR, sin duda una de las tcnicas mas conocidas para detectar falsos contactos.Calidad de energa La calidad de energa ha sido ignorada en muchos casos por el personal de mantenimiento y sin duda es una zona de falla con mucha influencia en la vida de un motor. Existen varios factores involucrados en la calidad de energa; distorsin armnica tanto de voltaje como de corriente, picos de voltaje, desbalances de voltaje y factor de potencia son algunos de estos. Sin embargo, con relacin a las fallas en motores elctricos nos concentraremos en dos de estos factores:

Desbalance de Voltaje Cuando los voltajes de lnea aplicados a un motor no son equilibrados se desarrollan corrientes desbalanceadas en los devanados del estator, a estas se les conoce como corrientes de secuencia negativa y reducen el torque del motor. Se producen dos efectos importantes, aumenta la temperatura en el devanado y aumenta su vibracin. Un aumento de la temperatura por encima de su valor permitido provocara danos al aislamiento, y el aumento en los niveles de vibracin provocara en algn grado solturas mecnicas rodamientos y aflojamiento de las bobinas. Con desbalances de voltaje presentes, la potencia de placa de un motor debe ser multiplicado por un factor de reduccin tal y como se observa en la ilustracin 4. De acuerdo a NEMA ningn motor debe ser operado con desbalances de voltaje mayores a un 5%.Armnicas Con la popularidad de los "drives" de CA y CD para motores (Aresep habla ulacin especfica) se crean distorsiones importantes en la forma de onda de voltaje, a estas se les conoce como armnicas. El parmetro ms conocido es la distorsin armnica Total (THD, en ingls) en trminos simples es el valor RMS de la seal con la frecuencia fundamental HP Derating Factor 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 0 1 2 3 4 5 % Voltage Unbalance Derating Factor Ilustracin 4: Factor de reduccion de potencia (NEMA) Ilustracin 5: Armonicas removida. O sea, una onda sinusoidal perfecta de 60Hz tendra un THD de 0%. Cualquier otra onda presente junto con la fundamental se le considera distorsin armnica. Entonces, los armnicas son seales que distorsionan a la onda fundamental, tienen una forma sinusoidal y estn presentes en mltiplos de la fundamental. El siguiente grfico muestra la onda fundamental a 60Hz pero con otra onda sobrepuesta, esta ltima completa 2 ciclos en el mismo tiempo que la fundamental completa uno. Si se observa la fase 1 de la fundamental (gris), la armnica forma los dos ciclos (verde) A la onda sobrepuesta se le conoce como la 2da. Armnica 2x60Hz = 120Hz Las armnicas existen en todos los sistemas trifsicos y son generadas por cargas no-lineales como: o Convertidores de potencia electrnicos: rectificadores y vaciadores de frecuencia (VFD) o Fluorescentes o Hornos de arco o UPS o etc. Existen tres tipos de armnicas: Secuencia positiva: Crea un campo magntico en la direccin de rotacin, por lo tanto ayuda al torque del motor. Secuencia negativa: Se opone a la rotacin del motor e incrementa la demanda de corriente a una carga determinada. Secuencia cero: No produce ningn trabajo, pero causa calentamiento y retorna al transformador de alimentacin y sobre carga al nuestro. Produce por lo tanto calentamiento en el transformador tambin. La siguiente tabla muestra la clasificacin de cada armnica para un sistemaAislamiento Cuando hablamos de la condicin de aislamiento nos referimos a la resistencia que existe entre este a tierra (RTG, en ingles). La RTG indica que tan limpio o sano esta un aislamiento. Para que se de una falla a tierra, deben de ocurrir dos cosas. Primero debe crearse un camino de conduccin a travs del aislamiento. Conforme el aislamiento envejece se fisura y posibilita que se acumule material conductivo. Segundo, la superficie exterior del aislamiento se contamina de material conductivo y conduce suficiente corriente a la carcaza o ncleo del motor que esta conectado a tierra. Hoy en da los sistemas de aislamiento han mejorado notablemente y son capaces de soportar mayores temperaturas sin sacrificar su vida esperada. La mxima temperatura de operacin de un motor / generador depende principalmente de los materiales usados en su construccin, existen varias clases, pero las ms usadas son: Aislamiento clase B, temperatura mxima 130C Aislamiento clase F, Temperatura mxima 155C Aislamiento clase H, temperatura mxima 180C Dichas temperaturas mximas, son a las cuales el aislamiento podra colapsar. En termografa IR es posible detectar una falla en el aislamiento de un motor si se tiene la clase de aislamiento del mismo (dato de placa). Generalmente al medir la temperatura de la carcaza del motor, asumimos que el aislamiento esta en 20C ms alto que esta. Por ejemplo, si observamos que la temperatura de la carcaza de un motor clase B es de 120C, podra estar muy seguro que la temperatura del aislamiento esta a por lo menos 140C excediendo la temperatura mxima permitida para esa clase de aislamiento. El aislamiento pierde muy rpido sus propiedades al aumentar la temperatura, este mismo motor en vez de durar aproximadamente 15 aos, durara alrededor de 3 aos. La termografa IR es una herramienta muy til para detectar un sobrecalentamiento en el motor, y aunque podra precisar el rea donde se produce el calentamiento (corto entre espiras), sin embargo es todava bastante limitada en su capacidad de indicar el porque se produce este.

FALLAS ELECTRICAS EN TRANSFORMADORESLostransformadoressondispositivos estticosque no tienenpartes giratoriasysontotalmente cerrados.Por lo tanto,las posibilidades defallas que se producenen los transformadoresson menos comunesen comparacin conlas fallasque se presentan en losgeneradores.Pero a pesar dequela posibilidad defallaes baja,estas ocurren,si esto sucede, eltransformador debe serrpidamentedesconectado del sistema.Las fallas, si nopuedendespejarse rpidamente se pueden convertir en muy graves.Por lo tanto se debe proporcionaral transformador de proteccincontra posibles fallas.Las fallas internassonlas fallasque se producen enla zona de proteccindel transformador.Esta clasificacinincluye noslolas fallasdentro del tanquedel transformador, sino tambinlas fallas externasque se producendentro de loslugaresde los transformadores de corriente.Lasfallas internasse dividen endos clasificaciones:fallas incipientesyfallas activas.Las fallas incipientessonlas fallasque se desarrollanlentamente, peroque pueden convertirse engrandes fallas, si la causano se detecta ycorrige.Las fallas activasson causadas por laavera en el aislamientou otros componentes quecrean unasituacin de estrsrepentino querequiereuna accin inmediatapara limitar el daoy prevenir una fuerzadestructivaadicional.Fallas incipientes:SobrecalentamientoEl sobrecalentamientopuedeser debido avariascondicionescomo:1.Malas conexionesinternas,ya sea en elcircuitoelctrico omagntico.2.La prdida derefrigerante(aceite)debido afugas.3.El bloqueodel flujo de refrigerante.4.La prdida deventiladores o bombasque estn diseadospara proporcionar el enfriamiento.En general, losrelevadores trmicos de sobrecargayrelevadores detemperatura,sonutilizados para proporcionarproteccincontrasobrecalentamientodando una alarma.Tambin se proporcionan indicadores de temperatura. En los transformadores, cuando la temperatura se eleva, se activa la alarma y se encienden los ventiladores. Algunos termocoples o resistencia indicadores de temperatura se colocan cerca de los devanados, cuando la temperatura se eleva por arriba de niveles seguros, se activa la alarma. Si no se toman acciones correctivas para reducir la temperatura dentro de un tiempo determinado, se manda disparar el interruptor para desenrizar el transformador.Sobreflujo MagnticoLadensidad de flujo magntico enel ncleo del transformadoresproporcional a la relacinde la tensin y frecuencia,es decir,V/f.Los Transformadores depotenciaestn diseados para trabajarconcierto valor dedensidad deflujo magntico en el ncleo.Mayorflujo en el ncleosignifica msprdidasy sobrecalentamiento del ncleo.El relevador deV/fllamadorelevadorvoltios/hertzse ofrecepara dar laproteccin contrael el sobreflujo.SobrepresinLa sobrepresinen eltanque del transformadorse produce debido ala emisin de gaseso productosque acompaan alcalentamiento localdebido a cualquier causa.Por ejemplo,unafalla entre vueltas del devanado puedequemarselentamente,liberando gases decalentamientoen el proceso.Estos gasesse acumulan en eltanque cerrado deltransformadoraumentando la presin, lo cual puede sucederrepentinamente odurante unlargoperodo de tiempo.Las fallasanterioresse llamanfallas incipientes, ya quegeneralmente se desarrollanlentamente, a menudo enla forma deundeteriorogradual delaislamientodebidoa alguna causa.Estedeteriorocon el tiempopuede llegar a serlo suficientemente grave comopara causar unafalla de arqueoqueserdetectada porlos relevadores de proteccin.Si la condicinse puede detectarantes del daograve,lasreparaciones necesariasa menudosonmsrpidas yla unidadsecolocade nuevo en serviciosinunainterrupcin prolongada.Los daos ms grandespueden requerirel envode la unidadafabrica para una reparacin mayor,lo que resulta enunperodo deinterrupcin prolongada.

Fallas activas.Las fallas activassonlas fallas queocurren de repente yque por lo generalrequieren una accinrpidapor los relevadoresde proteccinpara desconectarel transformador delsistema depoder ylimitar el daoa la unidad.En su mayor parte,estos errores soncortocircuitos enel transformador,perotambinotras dificultadespueden ser citadosquerequierenuna accin rpidade algn tipo.Lassiguientes clasificaciones delas fallas activasse consideran:1) Los cortocircuitos enlos devanadosconectadosen estrellaAterrizadoa travs deunaresistenciaSlidamente aterrizado.Sin conexin a tierra2) Los cortocircuitos enbobinasconectadas en delta3) Cortos circuitos fasea fasecortocircuitos(transformadores trifsicos)4) Cortos en vueltas del devanado.5) Fallasen el ncleo.6) Fallasdel tanqueAdems deestas fallas,algunasotras fallas,comolas fallasdel cambiador de taps,sobrevoltaje debido a descargas elctricas y aperturas/cierres de interruptores son comunes en los transformadores.

PROTECCIN ELCTRICA DE MOTORESRels trmicos:Estos rels cumplen con la funcin de proteccin trmica del motor contra sobrecargas y van asociados a un contactor que es el que realiza la apertura del circuito de potencia. Puesto que protegen solamente contra sobrecargas, los rels trmicos deben complementarse con una proteccin contra cortocircuitos.El rel de imagen trmica simula, a travs de la utilizacin de un bimetal, el calentamiento y enfriamiento del motor protegido en base a sus constantes de tiempo, vigilando las temperaturas alcanzadas en comparacin con la mxima admisible como funcin de la duracin de la sobrecarga. La temperatura es obtenida de forma indirecta, a travs de la medicin de la corriente.A continuacin se muestra un dibujo que ilustra el principio de funcionamiento del rel trmico:10

Suponiendo que el proceso trmico que tiene lugar en un motor de induccin sometido a un rgimen de sobrecarga es un proceso adiabtico, es decir que todo el calor desarrollado contribuye a la elevacin de temperatura de los arrollamientos, se llega a que el tiempo de sobrecarga admisible ta del motor est dado por:

Siendo m la constante de tiempo trmica de la mquina, I la corriente de sobrecarga en pu, Icp la intensidad de precarga en pu y A un coeficiente mayor que 1, usualmente 1.3.

A continuacin se muestra una expresin grfica de la ecuacin anteriormente expresada:

Se observa entonces que el tiempo de sobrecarga admisible est relacionado con la condicin de precarga del motor, por lo que el rel trmico deber ser sensible al estado de precarga. Es por esto que la mayora de los rels trmicos dan sus curvas para distintos estados de precarga.La temperatura ambiente es un parmetro muy importante y variaciones de la misma pueden influir en el comportamiento del rel. Es por este motivo que la mayora de los rels trmicos actuales estn compensados, utilizando un elemento bimetlico de compensacin independiente del elemento principal y sometido nicamente a la temperatura ambiente el cual balancea el comportamiento del bimetlico principal. Con esta compensacin, se garantiza el comportamiento uniforme del rel para un rango de temperatura de 40C a +60C aproximadamente.Adicionalmente, los rels trmicos pueden ser trmico-diferenciales, agregando a la proteccin contra sobrecargas la proteccin contra desbalance de corrientes.Los rels trmicos deben proteger el motor pero deben a su vez soportar la corriente de arranque durante el tiempo de arranque sin disparar.La norma que especifica este tipo de rels es la IEC 947-4 y establece distintas clases de rels, especificando tiempos de no apertura y de apertura para cada una de ellas como sigue:

ClaseTiempos de intervencin

No disparoDisparo

1.05 Ir1.20 Ir1.5 Ir7.2 Ir

10A> 2hs.< 2hs.< 2min.2 a 10 seg.

10> 2hs.< 2hs.< 4min.4 a 10 seg.

20> 2hs.< 2hs.< 8min.6 a 20 seg.

30> 2hs.< 2hs.< 12min.9 a 30 seg.

La seleccin de la clase del rel trmico a utilizar para la proteccin de un motor deber tener en cuenta la clase de aislacin del motor as como su rgimen de funcionamiento: ciclo de operacin, arranque, parada, etc.Los rangos de corrientes nominales de los rels trmicos van desde 0.10A a 200 aproximadamente.A continuacin se muestran curvas de disparo para los rels clase 10A y 20.

Guardamotores magnticos:Son dispositivos de proteccin contra cortocircuito, de corte tripolar.Los guardamotores magnticos cumplen la funcin de proteccin contra cortocircuitos, cumpliendo adicionalmente la funcin de seccionamiento.Los requisitos para que cumplan con la funcin de proteccin contra cortocircuito son bsicamente una pronta deteccin de la corriente de defecto y una rpida apertura de los contactos. Esto conduce a que los guardamotores magnticos sean aparatos limitadores.A continuacin se presenta la curva tpica de un guardamotor magntico Siendo Ind el umbral de no disparo e Id el umbral de disparo. El umbral de disparo se ubica en promedio en los 13In, dependiendo de los modelos.El guardamotor magntico presenta un elevado poder de corte, siendo el rango del mismo desde 10kA hasta 100kA aproximadamente.Usualmente, para completar la funcin de proteccin de una salida motor, el guardamotor magntico debe acompaarse de un contactor con rel trmico. A continuacin, se muestra a modo de ejemplo la curva de disparo de un conjunto guardamotor magntico rel trmico:

La norma que especifica las caractersticas tcnicas de los guardamotores es la norma IEC947-4-1 - Contactores y Guardamotores Contactores y Guardamotores electromecnicos.Fusibles:El fusible, utilizado como elemento componente de una salida a motor, solo debe actuar frente a cortocircuitos. Es decir, las sobrecargas no deben producir la operacin del fusible, por lo cual debe emplearse el fusible de respaldo, llamado para baja tensin tipo aM.La curva caracterstica del fusible aM lo hace insensible a las sobrecargas, siendo diseado el elemento fusible de este tipo de fusibles ms resistente a la fatiga mecnica debida a los esfuerzos de contraccin y dilatacin trmica causadas por las sobrecorrientes de los sucesivos arranques.Se muestra a continuacin una figura donde se comparan las curvas de los fusibles tipo aM y gL (uso general).

.Guardamotores magnetotrmicosSon dispositivos que agrupan en un mismo aparato las funciones de proteccin contra cortocircuitos y contra sobrecargas.A continuacin, se adjuntan a modo de ejemplo, curvas de disparo, curvas de limitacin de corriente y curvas de I2t de un guardamotor magnetotrmico.

Otros dispositivos de proteccinLos dispositivos estudiados hasta ahora calculan la temperatura en forma indirecta, a travs de mediciones de corriente.Para aquellos motores que por ser crticos para el proceso del que forman parte se entiende que deben ser protegidos de forma an ms eficiente, la proteccin contra sobrecargas se realiza mediante dispositivos trmicos o sensores de temperatura, termistores (resistencias variables con la temperatura), colocados dentro del bobinado del motor, procurando censar la temperatura del punto ms caliente. Las sondas empleadas son del tipo de coeficiente de temperatura positivo (PTC), emplendose tambin en ciertos casos sondas de coeficientes negativos (NTC).Igualmente, para estos motores puede emplearse adicionalmente, rels diferenciales, rels de desbalance de fases, rels de subtensiones, etc.Cuando para arrancar el motor o cuando debido a que la aplicacin requiere control de velocidad del motor se utiliza un arrancador suave o un variador de velocidad, dichos equipamientos ya traen usualmente integrada la proteccin contra sobrecarga del motor, por lo que, de utilizarse los mismos, puede seleccionarse una salida motor que obvie la funcin proteccin contra sobrecargas. Conclusiones:A continuacin se presenta un cuadro con los distintos dispositivos de proteccin y comando y las funciones que cumplen los mismos:

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Luego de definidas las 4 funciones principales que debe cumplir toda salida a motor y de estudiados los distintos aparatos que se utilizan para cumplir con las mismas se llega a que existen distintas opciones para una salida a motor:1) Salida a 3 aparatos: CONTACTOR + RELE TERMICO + GUARDAMOTOR MAGNETICO o CONTACTOR + RELE TERMICO + SECCIONADOR PORTA FUSIBLE2) Salida a 2 aparatos: CONTACTOR + GUARDAMOTOR MAGNETOTERMICO 3) Salida a 1 aparato: algunos fabricantes han comenzado a ofrecer un rel electrnico multifuncin que cumple con todas las funciones requeridas.

COORDINACION DE LAS PROTECCIONES DE UNA SALIDA A MOTOR

La norma IEC 947-4-1 establece los requisitos a cumplir por la combinacin de elementos que constituyen una salida a motor y especifica 3 tipos de coordinacin:Coordinacin tipo 1(IEC 947-4-1): Este tipo de coordinacin permite, ante una falta, dao a todos o a algn elemento componente del arranque motor, pero el citado deterioro debe ser contenido dentro del gabinete. No deben existir riesgos ni para la instalacin ni para el personal involucrado. Para continuar con el servicio se requerir la reparacin o el reemplazo de partes componentes.Coordinacin tipo 2 (IEC 947-4-1) : Los nicos daos permitidos ante una falta para este tipo de coordinacin son la soldadura leve de los contactos, sin riesgo para el personal e instalacin, debiendo poder continuar con el servicio sin necesidad de ningn recambio o reparacin.

Coordinacin tipo 3 o total (IEC 947-6-2) en la cual no se permite dao alguno a ningn componente del arranque motor, impidiendo incluso la soldadura de los contactos del contactor o arrancador.

El estudio de la coordinacin entre los distintos dispositivos se efecta en forma grfica. Para poder realizar el mismo se deben tener los siguientes datos:- Curva corriente tiempo del rel trmico- Curva corriente tiempo del fusible de respaldo o guardamotor magntico- Curva de corriente de arranque del motor- Capacidad de ruptura del contactor- Capacidad de sobrecarga y resistencia al cortocircuito del cable de alimentacinLas condiciones que se deben cumplir con la coordinacin son las siguientes:-Se debe permitir el arranque del motor, pero si el arranque se demora o el motor queda calado debe operar el rel trmico.-Para corrientes de falla mayores que la capacidad de ruptura del contactor, debe actuar primero la proteccin magntica (fusible o guardamotor magntico) que el rel trmico, puesto que de lo contrario, el contactor no estara en condiciones de abrir la corriente indicada por el rel trmico.-Para corrientes superiores a 25In, la recta de I2t del rel trmico debe estar siempre por encima de la correspondiente del dispositivo que lo protege contra cortocircuitos (fusible o guardamotor magntico)-La corriente de arranque con un factor de seguridad 2 en tiempo, durante el tiempo de arranque, no debe alcanzar la curva caracterstica de la proteccin contra cortocircuito, para as tener en cuenta el estado de precarga y los arranques sucesivos.A continuacin, veremos grficamente, la coordinacin para distinto tipo de salidas: Solucin 3 productos: contactor + rel trmico + seccionador portafusibles

Solucin 3 productos: contactor + rel trmico + guardamotor magntico

Solucin 2 productos: contactor +guardamotor magnetotrmico

7.- CONEXIN DE LOS DISTINTOS ELEMENTOS DE UNA SALIDA A MOTOR (Diagramas de comando)

Existen muchas formas de comandar uno o varios motores, dependiendo de los elementos que se utilicen para su arranque y proteccin as como del funcionamiento previsto del motor (un sentido de marcha, dos sentidos de marcha, comando por botoneras, comando remoto, etc.)

A continuacin se presenta un esquema de comando estandar para arranque directo y otro para arranque estrella tringulo.Arranque directo:

Siendo:F1F y F3F: Fusibles de proteccin contra cortocircuito del circuito de potencia y del circuito de comando respectivamenteK1M: contactor de comandoF2F: rel trmico, c / un contacto NC S1Q: Pulsador NA de arranqueS0Q: Pulsador NC de parada

Explicacin del funcionamiento del diagrama de comando: Inicialmente, el contactor K1M se encuentra abierto.Marcha: Al presionar el pulsador S1 y no haber falla trmica en el motor, el contacto F2F del rel trmico est cerrado; como el pulsador S0Q es NC y no est presionado el contacto S0Q est cerrado y al cerrarse el contacto S1Q se energiza la bobina del contactor K1M cerrndose entonces sus contactos principales.Al cerrarse el contactor K1M, se cierran sus contactos auxiliares, entonces, independientemente que se deje de presionar S1Q, la bobina se mantiene alimentada a travs del contacto auxiliar de K1M en paralelo con S1Q y el contactor permanece cerrado. A este contacto de K1M en paralelo con el pulsador de marcha se le denomina usualmente contacto de autoretencin.Parada: Al presionar el pulsador S0Q, como es un contacto NC, el contacto S0Q que aparece en el diagrama de comando se abre, dejando sin alimentacin a la bobina del contactor K1M. K1M, con su bobina desenergizada, se abre.

Parada por disparo del rel trmico: En caso de detectarse una sobrecarga, el contacto NC de F2F que figura en el diagrama de comando se abre, dejando sin alimentacin a la bobina del contactor K1M. K1M, con su bobina desenergizada, se abre.

Observar que en caso de desear comandar el contactor desde ms de un punto, alcanzar con poner contactos NA de los comandos de apertura adicionales que se desee en paralelo con el contacto de S1Q y contactos NC de los comandos de cierre adicionales que se desee en serie con el contacto de S0Q.

Arranque estrella - tringulo:

Siendo:F1F y F3F: Fusibles de proteccin contra cortocircuito del circuito de potencia y del circuito de comando respectivamenteK1M, K2M: contactores de comando c/ 2NA+1NC c/noK3M: contactor de comando c/ 1NC F2F: rel trmico, c / un contacto NC S1A: Pulsador NA de arranque, 1NA S0A: Pulsador NC de parada, 1NCK4A: temporizador c/retardo a la conexin, 1NC Explicacin del funcionamiento del diagrama de comando:La conexin en estrella de los bobinados del motor se logra cerrando el contactor K2My la conexin en tringulo cerrando el contactor K3M. Inicialmente, los tres contactores estn abiertos.Marcha: Al pulsar S1A, como el NC del rel trmico F2F est cerrado puesto que no hay falla por sobrecarga, el NC de S0A est cerrado puesto que no est presionado el pulsador de parada, los contactos NC de K1M y K3M estn cerrados puesto que ambos contactores estn abiertos y el contacto NC del temporizador K4A est cerrado puesto que el temporizador no est funcionando, se energiza la bobina del contactor K2M, cerrndose el contactor K2M y se activa el temporizador. En este momento se ha conectado los bobinados del motor en estrella.Al energizarse K2M, se cierran sus contactos auxiliares NA y se energiza entonces la bobina de K1M, cerrndose el contactor K1M y entregando tensin al motor.

Tanto K1M como K2M permanecen cerrados, an luego de mantener S1A pulsado, a travs de los contactos de autoretencin de K2M. Al estar K2M cerrado, su contacto NC est abierto y la bobina de K3M no est alimentada, por lo que K3M est abierto.

Cuando el temporizador lleg a su valor de seteo el contacto NC de K4A se abre, desenergizando la bobina de K2M, lo que provoca la apertura de K2M.

K1M permanece cerrado, entonces su contacto NA est cerrado y como K2M abri, su contacto NC se cerr, por lo que se energiza la bobina de K3M, provocando el cierre de K3M y la conexin de los bobinados del motor en tringulo, lo que implica el fin del arranque.

Parada: Al presionar el pulsador S0A, como es un contacto NC, el contacto S0A que aparece en el diagrama de comando se abre, dejando sin alimentacin a las bobinas que estuvieran activadas (sean K1M, K2M y K4A o solamente K1M). K1M y K2M, con su bobina desenergizada, se abren. Al abrir K1M, su contacto NA se abre por lo que se desenergiza la bobina de K3M.

Parada por disparo del rel trmico: En caso de detectarse una sobrecarga, el contacto NC de F2F que figura en el diagrama de comando se abre, dejando sin alimentacin a las bobinas que estuvieran activadas (sean K1M, K2M y K4A o solamente K1M). K1M y K2M, con su bobina desenergizada, se abren. Al abrir K1M, su contacto NA se abre por lo que se desenergiza la bobina de K3M.

PROTECCIN ELCTRICA DE TRANSFORMADORESEste capitulo describe las prcticas de proteccin para transformadores de los tipos siguientes cuyo valor nominal de banco trifasico es de 501 kva y mayores:Transformadores de potenciaAutotransformadores de potenciaTransformadores de regulacidnReguladores de tensin escalonadosTransformadores de puesta a tierraTransformadores de horno de arcoTransformadores de rectificador de potenciaEn contraste con los generadores, en los que pueden surgir .muchas circunstancias anormales, los transformadores solo pueden sufrir cortocircuitos, circuitos abiertos y sobrecalentamiento en los arrollamientos. En la prctica no est previsto el relevador de proteccin contra circuitos abiertos debido a que stos en si no son perjudiciales. En la prctica general, aun para transformadores no atendidos tampoco est prevista la proteccin contra sobrecalentamiento o sobrecarga; puede haber accesorios trmicos para hacer sonar una alarma o para controlar bancos de ventiladores, pero con solo pocas excepciones, por lo general no se practica el disparo automtico de los interruptores de los transformadores. Una excepcin es cuando el transformador proporciona una carga definida predecible. Puede considerarse la proteccin de respaldo para fallas externas como una forma de proteccin de sobrecarga, pero la puesta en marcha de dicho equipo de proteccin es por lo general muy elevada para proporcionar una proteccin eficaz al transformador, excepto en el caso de cortocircuitos prolongados. Resta, entonces, solo la proteccin contra cortocircuitos en los transformaclores o en sus conexiones, y Ia proteccin de respaldo contra falla externa. Adems, en la prctica los casos son los mismos si los transformadores estn o no atendidos.TRANSFORMADORES Y AUTOTRANSFORMADORES DE POTENCIALa seleccin de La proteccin diferencial de porcentaje para proteccin contra cortocircuitosEn la prctica los fabricantes acostumbran recomendar proteccin diferencial de porcentaje para la proteccin contra cortocircuitos para todos los bancos de transformadores de potencia cuya capacidad trifsica es 1 000 kva y mayores. Un muestreo de un gran numero representativo de compalas de potencia demostr que una minora favorecla la proteccin diferencial para bancos tan bajos como 1 000 kva, pero que prcticainente era unnme la aprobacin de dicha proteccin para bancos designados a 5 000 kva y mayores.Para aplicar estas recomendaciones a autotransformadores de potencia, debern tomarse las capacidades nominales anteriores como el tarnao flsico equivalente' de bancos de autotransformadores, donde dicho tamao iguala la capacidad nominal multiplicada por 1 (V3VA),y dondeV3yVAson los valores nominales de las tensiones en los lados de baja y alta tension, respectivamente.En el informe de una primera encuesta se incluy una recomendacion para que los interruptores se instalasen en las conexiones de todos los arrollamientos, cuando se conecten en paralelo bancos mayores de 5000 kva. Un informe ms reciente no es muy claro acerca de esto, pero nada se ha dicho que cambie la primera recomendacion. Ms adelante se considerar la proteccin de bancos en paralelo sin Interruptores separados y la deunsolo banco en el que finaliza una linea de transmision sin Interruptor de alta tension.El relevador diferencial deber hacer funcionar un relevador auxiliar de reposicin manual que dispara todos los Interruptores de los transformadores. La caracterIstica de reposicion manual es para disrninuir La probabilidad de que un interruptor de transformador se recierre en forma inadvertida, sujetando asl al transformador a un dao adicional innecesarlo.Donde las Lneas de transmisin con proteccin de alta velocidad finalizan en la misma barra colectora que la de un banco de transformadores, ste deber tener proteccin de alta velocidad. Esto no, solo es necesario por la razn que la propia lnea lo exige, sino tambin porque permite que el tiempo de La segunda zona de los relevadores de distancia que en hacia la barra colectora esto con un ajuste ms bajo y sin embargo sea selectivo.Conexiones de los transformadores de corriente para relevadores diferencialesUna regla simple es que los TC en cualquier arrollamiento en estrella de un transformador de potencia debern conectarse en delta, y los TC en cualquier arrollamiento en delta debern conectarse en estrella. Esta regla es raramente quebrantada. Ms adelante, demostraremos su base. El problema que resta es cmo hacer las Interconexiones requeridas entre los TC y el relevador diferencial.Dos requisitos bsicos que deben satisfacer las conexiones del relevador diferencial son: (1) no debe funcionar para carga o fallas externas; y (2) debe funcionar para fallas internas bastante severas.Si no se sabe cules son las conexiones apropiadas, el procedimiento consiste en hacer primero las conexiones que satisfagan el requisito de no disparar en fallas externas. Despus, las conexiones se pueden probar en su capacidad para proporcionar el disparo en fallas intemas.Tomemos como ejemplo, el transformador de potencia estrelladelta de Ia Fig. 1. El primer paso es suponer en forma arbitraria las corrientes que fluyen en los arrollamientos de ste en cualquier direccin que se desee, solo para observar los requisitos impuestos por las marcas de polaridad para que las corrientes fluyan en direcciones opuestas en los arrolla.mientos en el mismo nucleo, como se muestra en la Fig. 1. Supondremos tambin que todos los arrollamientos tienen el mismo numero de espiras de tal manera que las magnitudes de las corrientes sean iguales, despreciando la cornponente muy pequea de la corriente de excitaciOn. (Una vez que se han determinado las conexiones apropiadas, pueden tomarse en cuenta muy fcilmente las relaciones reales de espiras.)Con base en lo anterior, la Fig. 2 muestra las corrientes que fluyen en las terminales del transformador de potencia y en los prirnarios de los TC para el caso de falla externa en el que el relevador no debe disparar. Estamos suponiendo que no fluye corriente por la tierra del neutro del arollamiento estrella; en otras palabras, estamos suponiendo que la suma vectorial de las corrientes de las tres fases es igual a cero.El siguiente paso es conectar uno de los conjuntos de los TC en delta o en estrelia, de acuerdo con Ia regla ya discutida; sin importar cmo est hecha la conexin, esto es, en un sentido o invertida. Despus, debe conectarse el otro conjunto de TC tambin de acuerdo con la regla, pero ya que se han escogido las conexiones del primer conjunto de TC, no importa cmo se conecte el segundo; esta conexin debe hacerse en tal forma que las corrientes secundarias circulen entre los TC como se requiere en el caso de falla externa. En la Fig. 3 se demuestra un diagrama completo de Conexiones que satisface los requisitos. Las conexiones se rnantendan correctas aun si se invirtieran las de ambos conjuntos de TC.No se darn aqul pruebas de que el relevador tender a funcionar en las fallas internas, pero el lector puede satisfacerse fcilmcnte dibujando los diagramas del flujo de corriente para las fallas supuestas. Se encontrar que la proteccin es tii en caso de fallas entre espiras asI como en caso de fallas entre fases o a tierra, si la corriente de falla es bastante elevada.Examinemos ahora la regla que nos dice cmo conectar los TC en estrella o en delta. En realidad, para Ia suposicin hecha a! ilegar a la Fig. 2, es decir, que la suma de las corrientes de las tres fases es igual a cero, podriamos haber utilizado TC conectados en estrella en ci lado estrella y TC conectados en delta en ci lado delta. En otras palabras, no importarla cul par de combinaciones de los TC fuera utilizada en todas las condiciones de falla externa, excepto para fallas a tierra en el lado estrella del banco. 0 bien, esto no importarla, si el neutro del transformador no estuviera puesto a tierra. El punto significativo es que, en una falia externa, debemos utilizar la conexin delta cuando puede influir corriente de tierra en los arrollamientos en estrella (o recurrir a la derivacin de la corriente de secuencia cero que se discutir ms adelante). La conexin delta de los TC hace circular dentro de sta a las componentes de secuencia cero de las corrientes y no las deja pasar por las conexiones externas del relevador. Esto es necesario debido a que no hay cornponentes de secuencia cero de la corriente en ci lado de la delta del transformador de potencia para fallas a tierra en el lado de Ia estrella; por lo tarito, no hay posibilidad de que circulen en forma sencila las corrientes de secuencia cero entre los conjuntos de los TC, y silos TC en el lado de la estreila no estuvieran conectados en delta, los componentes de secuencia cero fluiri an en las bobinas de funcionamiento y originarIan que ci relevador funcionase en forma indeseada en las fallas a tierra externas.El hecho de que la conexin en delta de los TC excluya las corrientes de secuencia cero del circuito secundario externo no significa que el relevador diferencial no pueda funcionar en forma accidental en las fallas monofsicas a tierra en el transformador de potencia; el relevador no recibir componentes de secuencia cero, pero recibir y funcionar, a partir de las componentes de secuencia positiva y negativa de la corriente de falla.Las indicaciones anteriores para hacer las interconexiones de los TC y el relevador se aplican por igual en los transformadores con ms de dos arrollamientos por fase; solo es necesario considerar dos arrollrnientos a un tiempo como si fueran los nicos. Por ejemplo, para transformadores de tres arrollamientos considrense primero los arrollamientosHy X. Despus, considrenseHy Y, utilizando las conexiones de los TC ya escogidas para elH,y determinense las conexiones de los TC del Y. Si esto se hace en una forma adecuada, las conexiones para los arrollarnientos X yYseran automticamente.La Fig. 4 muestra las conexiones esquemticas para Ia proteccin del transformador principal y el transformador de potencia de servicios propios de la estacin en donde Un generador y su transformador de potencia funcionan como una unidad. Para simplificar la figura, solo se muestra el diagrama unifilar con las conexiones indicadas de los TC y el transformador de potencia. Se notar que una bobina de retencion est alimentada por la corriente del interruptor de la barra colectora de servicios propios, en ci lado de baja tensiOn del transformadOr de dichos servicios, en paralelo con ci TC en ci extremo neutro del arrollamiento del generador; esto es para obtener la ventaja de superponer las zonas de proteccin adyacentes alrededor de un interruptor, como se explico en el Cap. 1. Se utiliza un relevador diferencial separado para proteger transformador de potencia de servicios propios, debido a que el relevador que protege al transformador de potencia principal no es lo suficientemente sensible para proporcionar esta proteccin; con un generador de turbina de vapor, y banco de servicios propios no es mayor de 10% del tamao del banco principal, y en consecuencia, los TC utilizados para ste tienen relaciones que son casi 10 veces las que se desearian para la proteccion ms sensible del transformador de servicios propios. Con un gene rador de turbina hidrulica, el transformador de servicios propios se acerca ms a! 1% del tamao del transformador principal; en consecuencia, la impedancia del primero es tan elevada que una falla en su lado de baja tension no puede hacer funcionar ci relevador que protege a! transformador principal aun si se omiten los TC del lado de baja tensiOn del transformador de servicios propios; por Jo tanto, para generadores hidroelctricos la prctica cs omitir estos TC y conservar la proteccin diferencial separada para ci banco de servicios propios. Para disminuir ci dao que ocurre como consecuencia de una falla en ci transformador de servicios propios, deber utilizarse proteccin diferencial de aita velocidad de porcentaje tanto en ste como en el transformador de potencia principal.La Fig. 5 muestra la forma usual de proteger un banco con conexin Scott. Este arreglo no protegeria contra una falla a tierra en la faseFY,pero, ya que sta est en ci lado de baja tension donde es improbable una fuente de corriente de tierra, dlicha posibilidad en dos o ms puntos diferentes aun en una barra colectora de baja resistencia, las corrientes de falla que fluyen en la tierra o barra colectora de tierra pueden producir grandes diferencias de potencial entre las tierras de los TC, y originar asl que la corriente fluya en el circuito diferencial. Dicho flujo de corriente puede originar el disparo innecesario de los relevadores diferenciales o causar dao a los conductores del circuito.La derivacin de Ia corriente de secuencia ceroLa derivacin de la corriente de secuencia cero se describi en el Cap. 7. Dicha derivacin es til donde se necesite excluir las cornponentes de secuencia cero de la corriente de los circuitos secundarios externos de los TC conectados en estrella. Dicha derivacin perrnitir conectar los TC en estrella en el lado de la estrella de un transformador de potencia y en delta en el lado de la delta. Rara vez se aprovecha esta posibilidad debido a que par lo general no hay impedimento en utllizar las conexiones convencionales, y de hecho se prefieren stas. La derivacin es util algunas veces para la aplicacin de la Fig. 7, en donde se va a incluir en la zona de protecdon del banco principal un transforinador de puesta a tierra en el lado de la delta de un transformador de potencia estrella-delta. Se hace resaltar que como se indica en la Fig. 7, el neutro de la conexion del relevador no deber estar conectado al neutro de los TC pues esto disminuirla la eficacia de la derivacin. Tampoco los TC escogidos para la derivacin se saturarn para las tensiones que pueden aplicarse cuando fluyan grandes corrientes de fase.Relaciones de los transformadores de corrientepara relevadores diferencialesLa mayora de los relevadores diferenciales para proteccin de transformadoreS de potencia tienen tomas, o se utilizan con autotransformadores auxiliares que las tienen, para cornpensar las relaciones de los TC que no sean tan exactas como se desean. En donde se puede seleccionar la relacin del TC, como con los TC de proteccin del tipo boquilla, la mejor es escoger la relacin mxima del TC que dar una corriente secundaria lo ms cercana posible a la toma nominal ms baja del relevador. El propsito de esto es disminuir el efecto del circuito que se conecta entre los TC y ci relevdor (por la misma razn que utilizamos alta tension para disminuir las perdidas de la linea de trnsmision). Para cuaiquier toma que se utilice del relevador, la corriente proporcionada a ste en condiciones de maxima carga lo ms cercana posibie a la capacidad continua para esa toma; esto supone que el relevador estar funcionaudo con su maxima sensibilidad cuando ocurren fallas. Si la corriente proporcionada es solo de la mitad del valor nominal de la torna, el relevador solo tendr la mitad de su sensibilidad, etc.Cuando se seleccionan las relaciones de los TC para transformadores de potencia que tienen ms de dos arroilamientos por fase, se deber suponer que cada arrollamiento puede conducir la carga nominal total de fase. El ajuste adecuado de las relaciones de los TC y de las tomas del relevador o del autotransformador depende de las relaciones de transformacin de la corriente entre los diversos arrollamientos del transformador de potencia y no de sus valores nominales de plena carga. Esto se debe a que las relaciones entre las corrientes que fluirn en los arrollamientos durante fallas externas no dependern de sus valores nomiriales sino de las relaciones de transformacin de las mismas.Requisitos de precision del transformador de corriente para relevadores diferencialesPor lo general se necesitan hacer ciertos clculos de precision del TC cuando se aplican relevadores diferenciales de transformado res de potencia. Estos calculos requieren el conocimiento caracteristicas del TC ya sea en forma de las curvas del factor de correccin de relacin o las curvas de excitacin y datos de impedancia.Por lo general se precisan dos tipos de clculos. Primero, es necesario conocer en forma aproximada qu errores se esperan del TC para las fallas externas. Los relevadores diferenciales de porcentaje para proteccin de transformadores de potencia tienen por lo general pendientes de porcentaje ajustable. Este tema se tratar. con ms detafle ms adelante, pero el conocimiento de cules sern los errores del TC es un factor que determina Ia seleccin de la pendiente en porcentaje. El otro tipo de c1culo es para evitar la po-sibiidad del bloqueo en fallas internas, como se describi en el Cap. 10 para la proteccin diferencial del generador; dicho calculo es particularmente necesario en el relevador de restriccin de armnicas, que se describir ms adelante. Para procedimientos detaflados de ap1icacin debern seguirse los instnictivos de los fabricantes.El metodo dado en el ejemplo del Cap. 10 para el clculo de los errores del TC en estado estable en un circuito del relevador diferencial del generador tarnbin se aplica al del transforniador de potencia, con menos excepciones. El hecho de que algunos TC puedan estar en delta introduce una ligera complicacin, pero el clculo del circuito es simpleUn estudio basado en cierto equipo del fabricante con el que est asociado el autor mostr que los requisitos minimos pala los TC de boquilla son los de la tabla que se acompaa. El hecho de que los TC de proteccin del tipo boquila puedan funcionar en su torna minima de relacin de espiras hace necesario que el valor nominal Seleccin de Ia pendiente en porcentaje para relevadores diferencialesPor lo general se dispone de relevadores diferenciales de porcentaje con diferentes pendientes de porcentaje; stos pueden ajustarse de tal forma que un solo relevador puede tener cualquiera de las distintas pendientes. El propsito de Ia caracteristica de la pendiente en porcentaje es impedir un funcionarniento inadecuado del relevador debido a desequilibrios entre los TC durante fallas externas que surgen de una acumuiacin de desequilibrios por las razones siguientes: (1) conmutacin de tomas de regulacin en el transformador de potencia; (2) desequilibrio entre las corrientes del TC y Ia capacidad de las tomas del relevador; y (3) la diferencia entre los errores de los TC en cualquier lado del transforrnador de potencia. Muchos transformadores de potencia tienen tomas que darn X% de cambio en la rclacin de transformacion. La prctica es seleccionar las relaciones del TC y las tomas del relevador o autotransformador para equilibrar las corrientes en el punto medio de Ia zona de conmutacin de las tomas de regulacin; en esa base, el desequilibrio mximo que puede ocurrir por esta causa es X%. El desequilibrio mximo inevitable entre las corrientes del TC y los valores nominales de las tomas del relevador es Ia niitad de Ia diferencja entre dos valores nominales dc las tornas del relevador, expresada en porcentaje. El porcentaje de Ia diferencia entre los errores del TC debe determinarse en la falla externa que produzca el error mximo; lo mejor que podemos hacer es calcularla con base al estado estable. Deberiamos suponer que los tres descquilibrios estria en la misma direccin para obtener el desequilibrio mximo posible. Despus sumese un 5% a este valor, y el nuevo total es Ia pendiente minima en porcentaje que deberia utilizarse.Proteccin de un transformador de tres arrollamientoscon un relevador diferencial de porcentaje para dos arrollamientosUn relevador diferencial de porcentaje para dos arrollamientos no se utilizarIa para proteger un transformador de tres arroliamientos, a menos que solo haya una fuente de generadn detrs de un lado de un transformador de potencia. La Fig. 8 muestra que, cuando se utiliza un relevador para dos arrollamientos, los secundarios de los TC en dos lados del transformador de potencia deben estar en paralelo. Si hay una fuente de generacin detrs de unode estos lados, podrian darse las condiciones mostradas por las flechas de Ia Fig. 8. En caso de una falla externa en el otro lado puede haber suficiente desequiiibrio entre las corrientes del TC, ya sea debido a! desequilibrio o a errores o bien a ambos, para originar que el relevador diferencial funcione en forma inadecuada. El relevador no tendrfa el beneficio de Ia retencin de la corriente de paso, que es Ia base para utilizar el principio diferencial de porcentaje. En lugar de eso, solo fluirla Ia corriente de desequilibrio en todas las bobinas de funcionamiento y en Ia mitad de la bobina de retencin; de hecho, esto constituye un desequilibrio de 200%, y solo es necesario que Ia corriente de desequilibrio est arriba de Ia puesta en marcha mInima del relevador para que ste funcione.Desde luego, puede utilizarse un solo relevador para dos arrollarnientos, si los dos lados de los TC que estn en paralelo en Ia Fig. 8 solo suministran carga y no se conectan a una fuente de generacion.La Fig. 9 muestra que, si se utiliza un relevador de tres arrollamientos, habr siempre retencin de corriente de paso para Ia retendon del relevador contra funcionamiento indeseado.Una ventaja adicional de un relevador para tres arrollamientos con un transformador de tres arrollamientos es que, donde existe el tipo de relevador que tiene tomas para el ajuste de las corrientes secundarias del TC, es a menudo innecesario utilizar algunos TC auxiliares. De este modo, un relevador de tres arrollarnientos puede utilizarse satisfactoriamente donde es suficiente uno de dos arrollamientos. No hay ms desventaja que un ligero aumento en el costo, al utilizar un relevador de tres arrollamientos en un transformador de dos; y no se causa ningn dao al equipo si la Linea de los circuitos de retencin se deja desconectado.Efecto de Ia corriente magnetizante transitoria de conexion en relevadores diferencialesLa forma en que se conectan los TC y Ia forma en que sse asocionan las relaciones de stos y las tomas del relevador para la proteccin diferencial desprecia la componente de la corriente do excitacin del transformador do potencia. En realidad, esta componente origina que la corriente fluya en la bobina de funcionamiento del relevador, pero sta es tan pequea bajo coridiciones normales de carga que el relevador no tiene tendencia a funcionar. Sin embargo, cualquier condicin que determine un cambio instantneo en los flujos de induccin en un transformador de potencia originar el flujo de grandes corrientes magnetizantes en forma anormal, y stas produciran una tendencia dc funcionamiento en un relevador diferencial.La corriente transitoria maxima de conexin y la mayor tendencia de funcionamiento del relevador ocurren cuando se ha dejado desconectado un banco de transformadores y se cierra entonces Un interruptor, con lo cual se aplica tension a los arrollamientos en un lado, con los del otro desconectados de la carga o de la fuente. La Ref. 5 proporciona datos como los de las magnitudes y duracin de dichas corrientes transitorias de conexion. Cuando se alimenta un transformador con carga conectadaT o cuando ocurre o se desconecta un cortocircuito se originan transitorios de conexin menores en consideracin pero an problemticos.El problema de estos transitorios de conexin problemticos se discutir ms adelante bajo el encabezado Proteccin de Bancos de Transformadores en Paralelo.El disparo ocasional debido a! transitorlo de conexin cuando se conecta un transformador es objetable debido a que ste se retarda al poner en servicio el transformador. Solo se sabe que el transformador puede tener una falla interna. En consecuencia, la cosa ms segura es hacer las pruebas y Ia inspeccion necesarias para localizar el disturbio si lo hay, y esto ileva un tiempo considerable.Los relevadores diferenciales de porcentaje que funcionan con accin retardada de casi 0.2 seg o ms pasarn por encirna del periodo transitorio de conexion sin funcionar. En donde se requieren relevadores de alta velocidad, es necesarlo utilizar por lo general un equipo de relevadores que est disenado especialmente para evitar el disparo indeseado en la corriente transitoria de conexin.Hay tres mtodos que se emplean para impedir el funcionamiento en corrientes transitorias, los cuales se describirn enseguida.Desensibilizacin.Un tipo de equipo de desensibilizacin consiste en un relevador de baja tension con contactosby que tiene el sistema de puesta en trabajo y reposicion, de accin retardada; estos contactos estn conectados en serie con una resistencla de bajo valor que pone en derivacin la bobina de funcionamiento del relevador diferencial en cada fase. Esto se muestra en forma esquematica en Ia Fig. 10 para el relevador cliferencial de una fase. El relevador de baja tension se alimenta de un transformador de potencial conectado a las terminales del transformador de potencia entre ste y su interruptor de baja tension. Cuando el trarisformador de potencia est desconectado, el relevador de baja tension se repone, y sus contactos completan el circuito en derivaciOn a travs de la bobina de funcionamiento del relevador diferencial. El relevador de baja tension no se pondr en trabajo y no abri