protecciones baja tension

7/26/2019 Protecciones BAJA TENSION

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Clculos de protecciones para Baja Tensin

Fuente DIN INSTRUMENTOS CHIEOCTUBRE 2001

Introduccin

En las instalaciones elctricas podemos distinguir dos mbitos que influyen en las caractersticas deeleccin de los aparatos y en su instalacin:

Instalacin residencial

Se trata de instalaciones domiciliarias unifamiliares, mltiples y comercios de pequea envergadura!as caractersticas de los aparatos son fi"adas por la norma #E$ %&%

!a operacin de los sistemas es reali'ada, generalmente por personal no calificado (usuarios) !aalimentacin es siempre en ba"a tensin, y los consumos de energa son pequeos El concepto ms

importante a considerar cuando se reali'a un proyecto para este mbito es el de seguridad para eloperador

El operador es siempre el usuario del sistema y no posee conocimientos tcnicos, e*ponindose a lareali'acin de maniobras incorrectas y peligrosas para su vida

!a e"ecucin de una instalacin elctrica en este mbito, sin considerar las m*imas seguridades, puedeocasionar per"uicios en personas y bienes que involucran la responsabilidad del instalador

!os aparatos a instalar en los tableros de distribucin domiciliarios son modulares, para monta"e sobreriel simtrico de + mm

En un mismo tablero, conservando un aspecto armonioso, pueden asociarse interruptores, interruptores

diferenciales, contadores, interruptores -orarios, automticos de escalera y muc-os otros equipos

En particular, los interruptores termomagnticos que -emos incluido son los que poseen la curva dedisparo tipo ., $ y /

Instalaciones industriales

#nstalaciones industriales son aquellas donde se manufactura y procesa materiales 0dems, seconsidera como tales a las instalaciones de infraestructura (aeropuertos, puertos, ferrocarril, etc) ygrandes centros de servicio (-ipermercados, centros de compras, bancos, edificios para oficinas, etc)!as caractersticas de los aparatos son fi"adas por la norma #E$ &12

!a operacin de los sistemas es reali'ada por personal especiali'ado e idneo

En estos casos los consumos de energa son importantes, y puede -aber suministro en alta y3o mediatensin

En el sistema de ba"a tensin, la instalacin comien'a en el tablero general de distribucin, que contienelos aparatos de corte y seccionamiento que alimentan a los tableros secundarios

Eleccin de aparatos

En cualquiera de los dos mbitos e*isten reglamentos de instalacin y e*igencias para la eleccin deaparatos que son necesarios conocer:

4unciones de la salida

$aractersticas de la red

$aractersticas de la carga $orriente nominal de consumo

4actor de potencia


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$ontinuidad de servicio deseada

$aractersticas del lugar de instalacin

Funciones de salida

La aptitud para el seccionamiento est definida por la norma IEC 947-1-3 y los aparatos que la poseandeben indicarlo expresamente

En una salida (o entrada) alo"ada en un tablero o cuadro de distribucin de ba"a tensin se deberncontemplar diversas funciones que definirn la eleccin de los aparatos a instalar

!a seleccin de un aparato de corte es una condicin de seguridad 5n aparato es apto para elseccionamiento cuando le garanti'a al operador que en la posicin abierto todos los polos estncorrectamente aislados

5n aparato de corte sin aptitud para el seccionamiento pone en riesgo la seguridad de las personas!as funciones a cumplir segn la necesidad pueden ser:

#nterrupcin

6roteccin

$onmutacin

a !uncin interrupcin

!a norma #E$ &1278 define claramente las caractersticas de los aparatos segn susposibilidades de corte

Seccionador

$ierra y corta sin carga, puede soportar un cortocircuito estando cerrado 0pto para elseccionamiento en posicin abierto

Interruptor

Se lo denomina vulgarmente interruptor manual o seccionador ba"o carga $ierra y corta encarga y sobrecarga -asta % #n Soporta y cierra sobre cortocircuito pero no lo corta

Interruptor seccionador

#nterruptor que en posicin abierto satisface las condiciones especificadas para un seccionador

Interruptor auto"tico

#nterruptor que satisface las condiciones de un interruptor seccionador e interrumpe uncortocircuito

a !uncin proteccin

5na elevacin de la corriente normal de carga es un sntoma de anomala en el circuito /e acuerdo consu magnitud y a la rapide' de su crecimiento, se puede tratar de sobrecargas o cortocircuitos Estacorriente de falla aguas aba"o del aparato de maniobra, si no es cortada rpidamente, puede ocasionardaos irreparables en personas y bienes

6or ello es indispensable considerar dos aspectos:

6roteccin de personas

6roteccin de bienes

El elemento de proteccin tradicional, tanto para circuitos de distribucin de cargas mi*tas o circuitos decargas especficas (motores, capacitores, etc), es el fusible

Su utili'acin, en la prctica, presenta desventa"as operativas y funcionales:

Enve"ecimiento del elemento fusible por el uso (descalibracin)


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/iversidad de formas, tamaos y calibres

0nte la fusin de un fusible -ay que cambiar el "uego completo de la salida

/isponibilidad del calibre adecuado para el reempla'o

4recuentemente los siniestros de origen elctrico se producen por la falta de coordinacin del elementofusible con los aparatos y cables situados aguas aba"o9 al ser superado su lmite (8t), se daan deforma permanente y crean focos de incendio

#nvariabilidad de sus tiempos y forma de actuacin para adaptarlo a nuevas configuraciones

!os interruptores automticos evitan todos estos inconvenientes aportando una proteccin de me"orcalidad, invariable con el tiempo, fle*ible por su capacidad de adaptacin a nuevas cargas y que asegurala continuidad de servicio

El elemento de proteccin clsico para detectar fallas a tierra es el interruptor diferencial (proteccin depersonas)

6ara la correcta eleccin de un aparato que prote"a sobrecargas y cortocircuitos es necesario contemplardos aspectos:

8 El aporte al cortocircuito en el punto de su instalacin, lo que determinar el poder de corte delinterruptor automtico

$aractersticas que asuma la corriente de falla en funcin del tiempo, lo que determinar el tipo decurvas de disparo del interruptor automtico

a !uncin con"utacin

Se utili'a cuando se requiere un comando automtico y gran cadencia de maniobra

4. - Caractersticas de la red

Tensin!a tensin nominal del interruptor automtico debe ser superior o igual a la tensin entre fases de redFrecuencia!a frecuencia nominal del interruptor automtico debe corresponder a la frecuencia de red

Cantidad de polosEl nmero de polos de un aparato de corte se define por las caractersticas de la aplicacin (receptormono o trifsico) y el tipo de puesta a tierra (corte de neutro con o sin proteccin)

#otencia de cortocircuito de la redEs el aporte de todas las fuentes de generacin de la red en el punto de suministro si all se produ"era uncortocircuito Se e*presa en ;


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El valor de #n est determinado por el consumo que e*perimenta la instalacin o mquina conectadaaguas aba"o

En funcin de los datos disponibles se proponen dos alternativas para la determinacin de la #cc:

6or $lculo

6or tabla

En ambos casos, las -iptesis sobre las cuales se basan los clculos son ma*imalistas, es decir, que la#cc real estar normalmente, por deba"o de la #cc calculada

DETERMIN'CI(N DE ' ICC #OR C)CUO

El mtodo consiste en:

8 =acer la suma de las resistencias y reactancias situadas aguas arriba del punto considerando

>t ? >8 @ > @ >+ @

At ? A8 @ A @ A+ @ B

5o#cc ? 77777777777777777777777777777777777777777777

+ >C @ AC

$alcular:

/onde:

5D? Censin entre fases del transformador en vaco, lado secundario de ba"a tensin, e*presada enesistencia y reactancia total e*presadas en milio-ms (m )

Deter"inar resistencias * reactancias en cada parte de la instalacin%!a 6cc es un dato de la compaa elctrica Si no es posible conocerla, una buena apro*imacin seraconsiderar 6cc ?DD Entonces la #cc queda slo limitada por la que en porcenta"e, es igual a la 5cc

!a 5cc de la transformacin es un dato que est fi"ado por la norma #>0; D $omo e"emplo, la normaestablece que para transformadores de distribucin en bao de aceite entre y F+D G


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#oder de corte

Caracter+sticas de corte de un interruptor auto"tico

El poder de corte de un interruptor automtico, define la capacidad de ste para abrir un circuito

automtico al establecerse una corriente de cortocircuito, manteniendo el aparato su aptitud deseccionamiento y capacidad funcional de restablecer el circuito

/e acuerdo con la tecnologa de fabricacin e*isten dos tipos de interruptores automticos:

>pidos

!imitadores

!a diferencia entre un interruptor rpido y un limitador est dada por la capacidad de este ltimo a de"arpasar en un cortocircuito una corriente inferior a la corriente de defecto presunta

!a velocidad de apertura de un limitador es siempre inferior a ms (en una red de D =') El interruptorautomtico segn la norma #E$ &127 tiene definidos dos poderes de corte:

6oder de ruptura ltimo (#cu)

6oder de ruptura de servicio (#cs)

#oder de ruptura ,lti"o -Icu.

!a #cu del interruptor es la que se compara con el valor de corriente de cortocircuito #cc en el puntodonde debe ser instalado #cu representa la corriente de cortocircuito que un interruptor automticopuede verse precisado a cortar#cu (del aparato) ? #cc (de la red)

#oder de ruptura de ser/icio -Ics.

La Ics se expresa en $ de la Icu %cada fabricante eli&e un 'alor entre ()!)*!7) y 1**$ de la Icu+

El clculo de la #cc presunta, como lo -emos visto, se reali'a siempre ba"o -iptesis ma*imalistasencaminadas -acia la seguridad, pero de -ec-o, cuando se produce un cortocircuito, el valor de la


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corriente es inferior a la #cc de clculo Son estas corrientes, de mayor probabilidad de ocurrencia, lasque deben ser interrumpidas en condiciones de asegurar el retorno al servicio, de manera inmediata ysegura, una ve' eliminada la causa del defecto

!a #cs es la que garanti'a que un interruptor automtico, luego de reali'ar tres aperturas sucesivas a esacorriente, mantiene sus caractersticas principales y puede continuar en servicio

FII'CI(N O EFECTO C'SC'D'

,tiliar el concepto de filiaci.n en la realiaci.n de un proyecto con 'arios interruptores automticos encascada! puede redundar en una apreciable econom/a por la reducci.n de los poderes de corte de losinterruptores a#uas aba&o! sin per&uicio de descalificaci.n de las protecciones

!a filiacin es la utili'acin del poder de limitacin de los interruptores Esta limitacin ofrece laposibilidad de instalar aguas aba"o aparatos de menor poder de corte

!os interruptores limitadores instalados aguas arriba asumen un rol de barrera para las fuertes corrientesde cortocircuito

Ellos permiten a los interruptores de poder de corte inferior a la corriente de cortocircuito presunta en elpunto de la instalacin, ser solicitados dentro de sus condiciones normales de corte

!a limitacin de la corriente se -ace a todo lo largo del circuito controlada por el interruptor limitadorsituado aguas arriba, y la filiacin concierne a todos los aparatos ubicados aguas deba"o de eseinterruptor, estn o no ubicados dentro del mismo tablero

/esde luego, el poder de corte del interruptor de aguas arriba debe ser superior o igual a la corriente decortocircuito presunta en el punto donde l esta instalado

!a filiacin debe ser verificada por ensayos en laboratorio y las asociaciones posibles entre interruptoresdebern ser dadas por los constructores

Cur/as de disparo

5na sobrecarga, caracteri'ada por un incremento paulatino de la #n, puede deberse a una anomalapermanente que se empie'a a manifestar (falla de aislacin), o transitoria (por e"emplo, corriente dearranque de motores)

Canto cables como receptores estn dimensionados para admitir una carga superior a la normal duranteun tiempo determinado sin poner en riesgo sus caractersticas aislantes

$uando la sobrecarga se manifiesta de manera violenta (varias veces la #n) de manera instantneaestamos frente a un cortocircuito, el cual deber aislarse rpidamente para salvaguardar los bienes/os protecciones independientes estn asociadas en un aparato de proteccin para garanti'ar: K

6roteccin contra sobrecargas

Su caracterstica de disparo es tiempo dependiente o inverso, es decir que a mayor valor decorriente es menor el tiempo de actuacin

6roteccin contra cortocircuitos

Su caracterstica de disparo es a tiempo independiente, es decir, que a partir de cierto valor decorriente de falla la proteccin acta, siempre en el mismo tiempo

!as normas #E$ &127 y %&% fi"an las caractersticas de disparo de las protecciones de los interruptoresautomticos

Selecti/idad de protecciones


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!a continuidad de servicio es una e*igencia en una instalacin moderna !a falta de una adecuadaselectividad puede provocar la apertura simultnea de ms de un elemento de proteccin situado aguasarriba de la falla, por lo que la selectividad es un concepto esencial que debe ser tenido en cuenta desdesu concepcin

Concepto de selecti/idad

Es la coordinacin de los dispositivos de corte, para que un defecto proveniente de un punto cualquierade la red sea eliminado por la proteccin ubicado inmediatamente aguas arriba del defecto, y slo porella

Si la condicin anterior no es respetada la selectividad es parcial, o es nula

T0CNIC'S DE SEECTI1ID'D

!as tcnicas de selectividad estn basadas en la utili'acin de dos parmetros de funcionamiento de losaparatos:

El valor de la corriente de disparo #m (selectividad amperomtrica) El tiempo de disparo Cd (selectividad cronomtrica)

Sin embargo, el avance de las tcnicas de disparo y la tecnologa de los materiales posibilitan reali'arotros tipos de selectividad

Selecti/idad a"pero"2trica

Es el resultado de la separacin entre los umbrales de los rels instantneos (o de corto retardo) de losinterruptores automticos sucesivos

!a 'ona de selectividad es tanto ms importante cuando mayor es la separacin entre los umbrales de

los rels instantneos y cuando mayor sea la distancia entre el punto de defecto y el rel principal

;ediante la utili'acin de interruptores limitadores se puede obtener una selectividad total

Se usa, sobre todo, en distribucin terminal Se aplica a los casos de cortocircuito y conducegeneralmente a una selectividad parcial

Selecti/idad crono"2trica

6ara garanti'ar una selectividad total, las curvas de disparo de los dos interruptores automticos nodeben suponerse en ningn punto, cualquiera que sea el valor de la corriente presuntaEste se obtiene por el escalonamiento de tiempos de funcionamiento de los interruptores equipados conrels de disparo de corto retardo Esta selectividad le impone al disyuntor, una resistencia

electrodinmica compatible con la corriente de corta duracin admisible que l debe soportar durante latempori'acin del corto retardo

Esta tempori'acin puede ser:

0 tiempo inverso

0 tiempo constante

0 una o varias etapas selectivas entre ellas

5tili'able a un valor inferior a la resistencia electrodinmica de los contactos en el cual la

selectividad es entonces parcial, salvo que se utilice un interruptor limitador0 esta selectividad se la puede calificar de mi*ta o pseudocronomtrica, ya que es cronomtrica para losvalores dbiles de cortocircuito, y amperomtrica para los fuertes

Selecti/idad l3ica

Este sistema necesita de una transferencia de informacin entre los rels de los interruptoresautomticos de los diferentes niveles de la distribucin radial


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Su principio es simple:

Codos los rels que ven una corriente superior a su umbral de funcionamiento, envan una orden

de espera lgica al que est "ustamente aguas arriba

El rel del interruptor situado aguas arriba, que normalmente es instantneo, recibe una orden de

espera que le significa: prepararse para intervenir

Clculo de la seccin de conductores

!os conductores que unen la salida de un circuito de distribucin con el receptor son uno de loselementos que deben ser protegidos en caso de cortocircuito

!os criterios a tener en cuenta para su dimensionamiento son:

Censin nominal

$lculo trmico

0; 8%+ refiere las intensidadesm*imas admisibles para cables instalados en caeras, servicio continuo, con temperaturas lmites de1DN$ para el ambiente, 2DN$ en el conductor y 8FDN$ en caso de cortocircuito, tal como se muestra en latabla siguiente

Seccin del conductordel co4rese3,n nor"a IR'M 5678

Corriente "9i"a ad"isi4le

S (mm) # (0)8 &F

8 8+ 8%1 1F +88D 1+8F & 22+ &FD 88F2D 81%& 8%D

/e acuerdo con las condiciones de la instalacin, estos valores son susceptibles de modificaciones Si secolocasen de 1 a F conductores activos dentro de una misma canali'acin, los valores indicados en la


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tabla debern multiplicarse por D%, mientras que si son instalados entre 2 y & conductores activos elfactor de correccin ser de D2

En caso de que la temperatura ambiente no coincida con los 1DN$ especificados en la norma, lasintensidades m*imas admisibles se vern afectadas mediante factores de correccin por temperatura,tal como a continuacin se seala

Te"peratura a"4iente :asta !actor de correccinT;C I -Fc. 8+++D 1.22+ 88+1D 81 D%FD D2 D

$uando se traba"e con cables aislados y con envoltura de proteccin (llamados comnmenteOsubterrneosO), es de aplicacin la norma #>0; D, que determina las intensidades m*imasadmisibles en servicio permanente

UNI#O'R

BI#O'R

TETR' (iram F) o polietileno reticuladotipo A!6 (#>0; F8), los que permiten desarrollar temperaturas de &DN$ en servicio y de DN$ en casode cortocircuito, los valores de las intensidades de corriente admisible resultarn -asta un 8H superiora los precedentes

!as normas #>0; y los fabricantes indican claramente todas las consideraciones a tener en cuenta parala determinacin de la seccin del cable en cualquier tipo de instalacin

1eri!icacin de la ca+da de tensin

Elegido el tipo y seccin de los conductores por la corriente de la carga, su modo de instalacin ytemperatura ambiente, es necesario reali'ar dos verificaciones /e no cumplirse alguna de ellas, seoptar por la seccin inmediata superior y se vuelve a verificar -asta que ambas cumplan


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!a verificacin de la cada de tensin considera la diferencia de tensin entre los e*tremos del conductor,calculada en base a la corriente absorbida por todos los elementos conectados al mismo y susceptiblesde funcionar simultneamente

Se deber cumplir que no supere la m*ima admisible determinada por la carga, de acuerdo con:U =>U ad"

$omo valores tentativos de cada de tensin admisible se pueden tomar:

$ircuitos de iluminacin 5 adm ? +H

$ircuito de fuer'a motri' 5 adm ? H (en rgimen)

5 adm ? 8H (en arranque)

$abe sealar la conveniencia de consultar con los fabricantes de los equipos a instalar, con el fin dedeterminar e*actamente los valores lmites de la cada de tensin para su correcto funcionamiento6ara su clculo debe aplicarse la e*presin que se indica a continuacin:

U > ? In -R cos @A sen @.

U ca+da de tensin en /olt%? constante re!erida al tipo deali"entacin -/alor 5 para siste"as"ono!sicos * 8 para tri!sicos.% Incorriente no"inal de la instalacin% lon3itud del conductor en "%R resistencia del conductor eno:""% reactancia del conductor en o:""%@ n3ulo de !ase de la car3a

6ara el caso de motores deber considerarse la in"erencia de stos sobre los circuitos de iluminacinasociados a la misma barra de alimentacin

/urante el arranque la cada de tensin puede ocasionar molestias en la iluminacin, por lo cual deberaumentarse la seccin de los conductores o cambiarse el tipo de arranque

!os arrancadores estrella7tringulo contribuyen a evitar el aumento de la seccin del conductor limitandola corriente de arranque a los valores compatibles con la cada de tensin deseada

1eri!icacin de los ni/eles de cortocircuito

Se reali'a para determinar la m*ima solicitacin trmica a que se ve e*puesto un conductor durante laevolucin de corrientes de breve duracin o cortocircuitos E*istir, entonces, una seccin mnima S queser funcin del valor de la potencia de cortocircuito en el punto de alimentacin, el tipo de conductorevaluado y su proteccin automtica asociada En esta verificacin se deber cumplir con:

Siendo S$ la seccin calculada trmicamente y verificada por cada de tensin

Si la S que verifica el cortocircuito es menor que la S$, se adopta sta ltima

En caso contrario, se deber incrementar la seccin de cable y volver a reali'ar la verificacin -asta quese compruebe SL? S$

Ptra posibilidad, venta"osa en muc-os casos, es poner en valor el tiempo de disparo de los rels decortocircuito de los interruptores automticos

S > SC

Ries3o de contacto el2ctrico


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$uando una corriente que e*cede los +Dm0 atraviesa una parte del cuerpo -umano, la personaest en serio peligro si esa corriente no es interrumpida en un tiempo muy cortoEl grado de peligro de la vctima es funcin de la magnitud de la corriente, las partes de cuerpoatravesadas por ella y la duracin del pasa"e de corriente!a norma #E$ 12&78 distingue dos tipos de contactos peligrosos:

Contacto directo!a persona entra en contacto directo con un conductor activo, el cual est funcionandonormalmenteContacto indirecto!a persona entra en contacto con una parte conductora, que normalmente no lo es, pero queaccedi a esta condicin accidentalmente (por e"emplo, una falla de aislacin)0mbos riesgos pueden ser evitados o limitados mediante protecciones mecnicas (no7acceso acontactos directos), y protecciones elctricas, a travs de dispositivos de corriente residual de altasensibilidad que operan con +Dm0 o menos!as medidas de proteccin elctrica dependen de dos requerimientos fundamentales:

!a puesta a tierra de todas las partes e*puesta que pueden ser conductoras del

equipamiento en la instalacin, constituyendo una red equipotencial

!a descone*in automtica de la seccin de la instalacin involucrada, de manera tal que

los requerimientos de tensin de contacto (5c) y el tiempo de seguridad sean respetados!a 5c es la tensin (


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Se necesita un elevado nivel de aislacin de la red, debido a la sobretensin a la que estnsometidos los aparatos al ponerse una fase de tierra, ya que las fases sanas adquieren el valor dela tensin de lneaEl disparo de una segunda falla debe ser considerado durante el proyecto de la instalacin yverificarse su actuacin durante la puesta en servicioSi la puesta a tierra de la subestacin est separada de la instalacin de las masas, debe instalarse

un dispositivo diferencial en la cabe'a de la instalacinSiste"a TTEs el sistema de puesta a tierra ms utili'ado en las redes pblicas y privadas de .a"a Censin!as masas de la instalacin deben estar interconectadas y puesta a tierra en un solo puntoEl dispositivo diferencial instalado en el comien'o de la instalacin (puede e*istir otro dispositivodiferencial en otro punto de la misma), provocar la apertura del circuito en el caso de un contactodirecto0nte una falla de aislacin en un equipo cualquiera, se corre el riesgo de efectuar un contactoindirecto9 en este caso actuar el dispositivo diferencial al tener el apoyo de sistema de puesta atierra en la masa de la instalacin6ara que esto sea efectivo se deber e"ecutar tratando de obtener la menor resistencia a tierraposible!a forma ms simple de acceder a esos valores se logra enterrando un electrodo o "abalina, en

terreno natural

protecciones baja tension

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