FACULTAD DE INGENIERA ELECTRICA Y ELECTRNICA

3.- NORMALIZACION DE INTERRUPTORES AUTOMTICOS

En el presente trabajo se pretende dar a conocer el contenido de las Normas Internacionales IEC y VDE. Estas normas presentan una terminologa clara y cabal sobre los equipos y elementos que conforman los SISTEMAS DE PROTECCION. Adems se definen los conceptos de :

Seleccionar en forma adecuada el equipo elctrico.

Proteccin de los equipos que gobiernan las cargas.

Realizar la coordinacin y el ajuste de la proteccin.

Los aparatos de proteccin tienen la funcin de interrumpir el flujo de energa elctrica (sacando fuera de servicio a la carga, desconectndolo de la lnea de alimentacin), cuando se presentan :

. Irregularidades en su funcionamiento de la carga

. Variaciones de V, I y F nominales del sistema elctrico.

3.1.- PERTURBACIONES EN LOS SISTEMAS ELECTRICOS.

Son alteraciones de los principales parmetros de los sistemas elctricos de corriente continua alterna. Los parmetros elctricos principales son : Tensin, corriente y frecuencia siendo sus unidades Voltios, Amperios y frecuencia respectivamente.

Corrientes anormales.- Alteracin de la corriente nominal por encima de los valores establecidos estos pueden ser:

Alta intensidad.- Estn conformados por las corrientes de cortocircuitos asimtricos y simtricos. Se dan entre 2In < Inominal < 10 In . El tiempo de duracin 50 - 250 mseg. Baja intensidad.- Cuando se sobrepasa la corriente nominal emtre 1In < Inominal < 1.5 In . Conformados por las corrientes de sobre carga.

El tiempo de duracin es de hasta muchos segundos y/o uno o varios minutos segn sea el caso.

Tensiones anormales.- Se denominan as cuando los niveles de la tensin estn fuera de los valores normalizados. En los sistemas industriales se dan dos casos:

Sobre tensiones.- Deterioran los aislamientos de los equipos y sistema elctrico y pueden producir fuertes descargas a tierra.

Pueden ser de origen:

Externo.- Descargas atmosfricas (Corta duracin).

Interno.- Maniobras y frecuencia industrial.

Sub tensiones.- Aparecen debido a perturbaciones ocurridas dentro del sistema elctrico. Su origen se debe a:

. Sobrecarga en la lnea del sistema elctrico.

. La central de generacin entrega una baja tensin.

. En el arranque de los motores de induccin.

Frecuencias anormales.- Cuando la frecuencia de operacin se halla fuera del margen establecido se dan :

. Sub frecuencia ( inferior a la frecuencia nominal ), se debe a un

desbalance KWgeneracin < KWcarga.

. Sobre frecuencia ( superios a la frecuencia nominal ), se debe a un

desbalance KWgeneracin > KWcarga.

Inversion de potencia.- El flujo de potencia activa debe estar predeterminado en un solo sentido. El cambio de sentido del flujo implica una situacin anormal por lo que se debe utilizar un rel de potencia inversa.

Otras.- Para aplicaciones particulares es posible detectar condiciones anormales de : Impedancias, temperaturas, presiones, vibraciones, comparaciones de corrientes y tensiones de entrada y salida, corrientes de secuencia a cero entre otros.3.2.- MISIN DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION

Los equipos de proteccin, instalados dentro de un circuito elctrico, son muy importantes por:

. Proteger fsicamente al personal tcnico.

. Prevenir atenuar los daos al conjunto de equipos.

. Minimizar el tiempo de indisponibilidad de los equipos y las

interrupciones a los sistema servidos.

. Minimizar el efecto de las perturbaciones sobre el resto de la red.

. Asla rpidamente los elementos fallados evitando la prdida de la

estabilidad del sistema elctrico.

. Utilizacin de equipos adecuados para que el sistema trabaje bien y

por ende tengamos una energa de alta calidad.

3.3.- CARACTERSTICAS DE FUNCIONAMIENTO

Las caractersticas de funcionamiento de los interruptores automticos dependen directamente de los parmetros que a continuacin presentamos:

Fiabilidad.- Es la seguridad de funcionamiento cuando se necesita y su accionamiento innecesario. Se le conoce tambin con el nombre de confiabilidad. Atentan contra la fiabilidad:

. Diseos incorrectos.

. Malos ajustes.

. Instalacin inadecuada.

. Deterioro de los equipos debido a:

. Fallas envejecimiento del rel.

. Mantenimiento inadecuado no existente.

Una medida para incrementar la confiabilidad del equipo es duplicar la proteccin ( incluyendo transductores de medida y servicios auxiliares ).

Rapidez.- Los cortocircuitos producen grandes corrientes las que ocasionan la formacin de arcos elctricos muy grandes y por ende destructivos que pueden daar los equipos y ocasionar incendios.

La permanencia prolongada de los cortocircuitos puede afectar la estabilidad del sistema elctrico. En consecuencia el tiempo de actuacin del equipo debe ser el mas corto posible. El tiempo de actuacin de la proteccin esta compuesto por:

. Tiempo de actuacin del equipo.

. Tiempo de actuacin de los interruptores.

. Tiempo de la temporizacin.

Se presentan los siguientes rels y/o equipos:

Equipos estticos ( tiempo de accionamiento < 17 mseg.).

Equipos electromecnicos ( tiempo > 2 a 3 ciclos ).

Selectividad.- El diseo y coordinacin de la proteccin debe ser tal que an en condiciones mas desfavorables y extremas, solamente se asle la parte del sistema equipo afectado quedando operativo el resto del sistema. Es necesario que en la ocurrencia de fallas acten los interruptores mas cerca-nos al equipo protegido para lo cual se utilizan varios tipos de proteccin a saber:

. Unitarios y/o restringidos.

. Escalonados ( rels de impedancia sobrecorriente ).

Sensibilidad.- Se refiere a la mas pequea variacin de la magnitud controlada que el sistema puede detectar. Esta magnitud debe ser plenamente conocida por el Ingeniero especialista en proteccin con el objeto de controlar la correcta operacin de los rels.

En caso de tratarse de rels, se refiere a los voltios amperios que operar (consume) a dicho equipo.Estabilidad.- Es la habilidad de los equipos de no actuar ante condiciones normales de carga y ante fallas externas a su zona de influencia. As mismo deben ser estables ante oscilaciones de tensin, corriente y frecuencia, etc.

Simplicidad.- Debe ser de fcil manejo teniendo pocos elementos que puedan fallar, aumentando as la fiabilidad. Tener en cuenta que no necesariamente el sistema mas simple es el mas econmico.

Otros.- Se refieren a otras caractersticas tales como:

. Bajo consumo.

. Facilidad de mantenimiento.

. Economa global del sistema.

. Criticidad del sistema.

La IEC 947 ( INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMISSION ) tiene el objetivo de armonizar en todas las formas posibles el conjunto de reglas y de disposiciones aplicables al sector de baja tensin.

La IEC 947 es dividida en varios artculos como sigue:. . 947 - 1 Reglas generales.

. 947 - 2 Interruptores automticos.

. 947 - 3 Interrupt. seccionad., Interrup - seccionad. - fusibles. . 947 - 4 Contactores y arrancadores.

. 947 - 5 Equipos y elementos para circuitos de mando.

(Sensores de proximidad, temperatura, etc).

. 947 - 6 Equipos de conexin a funciones mltiples.

(Arrancador integral o transferencia automtica).

. 947 - 7 Materiales accesorios

(Bloques de unin para conductores de cobre)Estas normas nos brinda los procedimientos adecuados para la seleccin y dimensionamiento de los interruptores automticos en baja y media tensin. Esta norma nos proporciona los parmetros mas exactos aplicable a generadores, transformadores, lneas y usuarios en baja tensin.

IEC 947 parte 2

Vn < 1Kv

Baja tensin.

IEC 898

Vn < 1Kv Instalaciones domiciliarias

IEC 364

Vn < 1Kv Instalaciones domiciliarias

IEC 479

Vn < 1Kv Efectos fisiolgicos de la

electricidad

Estas normas son aplicadas exclusivamente en la seleccin de interruptores automticos.

Por otro lado contamos con las normas internacionales VDE que son mucho mas estrictas que las IEC en la seleccin y dimensionamiento de interruptores automticos en baja y media tensin.

VDE 0102, parte 1

Vn > 1 Kv Media tensin

VDE 0102, parte 2

Vn < 1Kv

Baja tensin.

3.4.- PROTECCIN CONTRA SOBRECORRIENTES Y CORTOCIRCUITO

Seccionamiento.- A fin de trabajar en forma segura en instalaciones, mquinas y su equipamiento elctrico, debe ser posible aislar elctrica y fsicamente todos los circuitos de potencia y de control de la lnea de distribucin. El seccionamiento se realiza sin carga (IEC 947 3).

Las desventajas que presentan son las siguientes:

. Abre y cierra sin carga.

. El equipo es fijo.

. Poco selectivo.

. Al destruirse es reemplazable.

. Cuando se instala ocupa mucho espacio.

. Al producirse un corto circuito el arco deteriora su entorno.

. Ya estn descontinuados.

. Es una fuente constante de peligro.

La nica ventaja es su costo barato.Interruptor.- Permite la conexin y desconexin de un circuito con carga, as como la parada de emergencia (IEC 947 - 2). Las ventajas que presentan son las siguientes:

. Abre y cierra con carga.

. Es regulable, muy selectivo.

. Al accionar frente a un corto circuito es rearmable.

. Ocupa poco espacio.

. Tiene cmara de extincin.

. Estn actualizados y proporcionan gran seguridad mecnica.

La nica desventaja es su costo relativamente caro y caro.Proteccin contra cortocircuito.- Cualquier instalacin puede estar sujeta a fallas elctricas y mecnicas. Con el fin de evitar que stas fallas causen daos a la carga y a su equipamiento es necesario prever protecciones contra corto circuitos y sobrecargas. El objetivo de la proteccin contra corto circuitos es detectar y cortar, lo mas pronto posibles, corrientes anmalas de 2 a 10 veces la corriente nominal de la carga. Funcin incluida en:

. Interruptores magnticos para motores.

. Interruptores termomagnticos para motores.

. Interruptores para cargas diversas.

Proteccin contra sobrecargas.- La proteccin contra sobrecargas permite detectar incrementos de corriente entre 1 a 1.5 veces la corriente nominal de la carga; y desconectar el sistema para evitar el deterioro de los materiales aislantes de los conductores y carga evitando as un corto circuito. Es tambin posible aadir otras protecciones, como la proteccin contra fallas de aislamiento, prdida de fase , desbalance de tensiones y corrientes, etc.

Los dispositivos especficos son :

. Rel trmico contra sobrecarga para motores.

. Interruptores termomagnticos para cualquier carga.Cuando se tiene una mquina con una muy alta criticidad es conveniente protegerlo contra todo posible dao, para ello se tendrn que gobernar los parmetros siguientes: Corriente, Tensin y Frecuencia.

Los censores de los circuitos de los parmetros de la mquina deben ser instalados en las tres fases, adems deben tener un circuito de gobierno comn, que me permita controlar la totalidad de las caractersticas de la mquina.

El diseo deber considerar que cuando acten los elementos de proteccin, no debern ser reseteados automticamente, es recomendable detectar cual ha sido la causa o motivo por el cual ha actuado.

Los rels de sobrecarga deben ser seleccionados de modo que permitan el arranque y parada de la carga, as mismo nos indique el tipo de falla en su panel frontal.

Antiguamente los sistemas de proteccin dependan de los fusibles y de su respectivo seccionador tenindose una muy pobre selectividad, sensibilidad y confiabilidad del sistema de proteccin del circuito elctrico.

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