selectividad webinar ge

8/18/2019 Selectividad Webinar Ge

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1WFR & I-ZSI VTS

3Q 2013

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Coordinación Selectiva yMitigación de Arco Eléctrico


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Mitigación de Arco yCoordinación Selectiva

I-ZSI (Instantaneous Zone Selective Interlocking)(Bloqueo Selectivo por Zona del Instantáneo)WFR (WaveForm Recognition)(Reconocimiento de Forma de Onda)

Oscar AlvaradoIng. de aplicación y especificación


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3WFR & I-ZSI VTS

3Q 2013

Agenda

I. ¿Qué es un Arco eléctrico? y ¿Qué afecta la Energía de ArcoII. ¿Qué es una Coordinación Selectiva?III. El Dilema de la compensaciónIV. Introducción a WFR y I-ZSIV. Implementando WFR y I-ZSIVI. Solución de sistemas


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Arco Eléctrico


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5WFR & I-ZSI VTS

3Q 2013

¿Qué es un Arco Eléctrico?

Daño Sensorial (Vista, Oído)Severas quemadurasTraumaDaño de órganos internos

• Temperaturas arriba de los 27,000° F (14,982° C)• El impacto de onda excede las 2000lbs/ft2• Los conductores fundidos y vaporizados salen expulsados a una velocidad

supersónica• Los niveles de ruido alcanzan los 165db• Radiación visible de IR/UV• Aumento instantáneo de temperatura por medio de radiación, cercana al punto de

fundición


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6WFR & I-ZSI VTS3Q 2013

¿Qué es un Arco Eléctrico?Un Arco Eléctrico es Peligroso:• Puede ocurrir la muerte por una lesión eléctrica• Causa lesiones que pueden llevar muchos días fuera del trabajo • Esta considerada dentro de las primeras causas de muerte en la

construcción de industrias• Se consideran alrededor de un 5% de todas las muertes ocupacionales

Un Arco Eléctrico es Expansivo• Las lesiones eléctricas pueden ocasionar costos directos e indirectosrealmente altos.• Normalmente un Arco Eléctrico puede causar daños

muy grandes al equipo de distribución. Regularmentese necesita cambiar por completo, o una granreparación (con un tiempo largo fuera de operación)

• Los eventos de Arco Eléctrico puede impactarseveramente el balance del sistema, exponiendotransformadores, cables, etc. ocasionando un ciclode servicio severo y costoso.


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¿Qué es un Arco Eléctrico?Jerarquía de Medidas de Control de Peligro

Más efectivo 1. Eliminación del peligro2. Sustitución de equipo o material menos peligroso3. Control de ingeniería para reducir la exposición o

severidad4. Advertencias, señales y otras comunicaciones5. Control administrativo, incluyendo practicas de trabajo

seguroMenos efectivo 6. Equipo de Protección Personal (PPE)

ANSI Z10-2005Standard for Occupational Health and Safety Management Systems

“…The purpose of the standard is to provide organizations an effectivetool for continual improvement of their occupational health and safetyperformance. An OHSMS implemented in conformance with thisstandard can help organizations minimize workplace risks and reducethe occurrence and cost of occupational injuries, illnesses andfatalities. …”

• Si PPE es requerido, entonces hay peligro• Si PPE es reducido, entonces hay peligro• Si se está en duda, entonces hay peligro


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• Una función del equipo de protecciónactúa en la corriente de arco

• Voltaje• Corto Circuito Disponible

• Distancia de Trabajo• Radio de impacto del Arco• Tiempo de liberación de la falla

de Arco• Sensibilidad del Interruptor /

Unidad de disparo

¿Qué es un Arco Electrico?Factores que Influyen en la Energía de un Arco Eléctric

El Arco Eléctrico es una función de:

ElTIEMPOde liberación de la falla de arco es elfactor critico

El Tiempo de liberación de lafalla de arco en elinterruptor/Unidad de Disparo

• Fijo• Basado sobre el sistema y la fuente

• Los brazos son los mas largos• Determinado por el tipo de equipamiento


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La energía incidente depende de la duración del eventoUn nivel bajo de energía requiere una rápida mitigación.• Aprox. ½ ciclo de interrupción o menos es lo mejor (CL CB o fusibles)• Un Interruptor Principal en un Switchgear provee un nivel de protección

HRC-2, SI hay una operación en el instantáneo

3 ciclos (Int. Principal)

Tiempo de liberación(50ms)

1.5 ciclos (MCCB)Tiempo de liberación(25ms)

0.5 ciclo tiempo deliberación o menospreferentemente(8ms)

HRC-2

HRC-1

1.2Cal/cm2


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Coordinación Selectiva


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¿Qué es una Coordinación Selectiva?

• No es una nueva idea

• Responde localizando la falla• Es un código mandatorio• NEC2005/2008/2012, NFPA99• IEC 61947-2

• Es un principio de diseño• Mejora la confiabilidad del sistema• Es un concepto simple,PERO

puede ser una implementacióncompleja

Coordination (Selective). Localization of an overcurrentcondition to restrict outages to the circuit or equipmentaffected, accomplished by the choice of overcurrentprotective devices and their ratings or settings. NFPA702012 – Article 100 Definitions

ATS

EmergencySource

N E

NormalSource

Opens

UnnecessaryPower Loss


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¿Qué es una Coordinación Selectiva?

• Muy sensible,• Protección de actuación rápida• Respuesta en milisegundos

• Insensible,• Protección de actuación lenta

• Buena coordinación• Buena confiabilidad del sistema

• Buena Protección• Seguridad en el sistema• Dificultad en la coordinación

Cerca de la Fuente

Cerca de la cargaProtección20A DerivadoMolded Case CircuitBreaker

400A Principal en PANELMolded Case Circuit Breaker

1200A SWBD Alimentador

4,000A SWBD Principal

400A AlimentadorMolded Case Circuit Breaker

Confiabilidad

Diseño deun SistemaTradicional


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¿El arreglo Imposible?Protección o Confiabilidad

CoordinaciónSelectiva

Proteccion vsArco Eléctrico

Sistema Confiable Sistema Protegido

• Un alto ajuste o Interruptores sin instantáneo, se sacrifica lacoordinación de las protecciones

• En Mantenimiento, el RELT (Reducción a través de la Energía),sacrifica la coordinación de las protecciones

• Un Equipo Resistente al Arco es una protecciónSOLO cuando laspuertas están cerradas

No se pone en riesgoSoluciones GE = Protección + Confiabilidad


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WFR + I-ZSI =Unidades de Disparo Sensitivas con Respuesta Inteligente

Instantáneo-ZSI y Reconocimiento de Forma de Onda

Familia EntelliGuard ®

Unidad de Disparo

Selectividad aguas arriba

I-ZSI

Selectividad aguas abajo

WFR

Que hace I-ZSI

No necesitas s be r como funciona, solo saber que es lo que hace

Pensar en I-ZSI como una llamada telefónica entre vecinos. Cuando una fallaocurre, El interruptor mas cercano a la falla llama a sus vecinos y les permitesaber que la falla esta siendo atendida… con suficiente rapidez para controlar elevento de un arco eléctrico

Que hace WFRComo I-ZSI, WFR en una inteligente respuesta para una falla aguas abajo. ConWFR, los interruptores aguas arribacensan cuando una falla esta siendoatendida por un equipo aguas abajo, y determinan si debe ocurrir un disparo…sin una llamada telefónica, es suficientemente rápida para controlar el eventode un arco eléctrico

ZSI = Tiempo Corto &Falla a Tierra = Refuerza la Protección

I-ZSI =Instantáneo,

Tiempo Corto &Falla a Tierra = Refuerza la

Protección

+Coordinación


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Instantáneo-ZSI y Reconocimiento de Forma de Onda

• Muy Sensitivo• Protección de Rápida Actuación• Respuesta en milisegundos

20A DerivadoMolded Case CircuitBreaker

400A Principal en PNLMolded Case Circuit Breaker

1200A SWBD Alimentador

4,000A SWBD Principal• Insensible,• Protección de actuación lenta

400A AlimentadorMolded Case Circuit Breaker

• Buena Coordinación• Buena Confiabilidad del Sistema

• Buena Protección• Sistema Seguro• Laboriosa Coordinación

Cerca de la Fuente

Cerca de la Caja

I-ZSI Significa MejorProtecciójn cerca de

la Fuente

WFR Hace mas facilla coordinación Cerca

de la Carga

Con

Protección

Confiabilidad


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WFR


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¿Qué es un Reconocimiento de Onda (WFR• El I-ZSI (Bloqueo Selectivo por Zonas)

es una comunicación entreinterruptores a través de cables partrenzado para interruptores mayor oigual a 400A.

• Los Interruptores menores a 400Amas a menudo son por diseñolimitadores de corriente (innovaciónusada por GE), aumentando laprotección del equipo.

• Estas características se empleanaguas debajo de la unidad

EntelliGuard• La aplicación de estas características

es llamada “Reconocimiento deOnda” (WFR).


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…continua ¿Qué es WFR?Método de selectividad a través del Pico de Corriente

(Últimas Unidades Electrónicas de GE y otros Fabricantes)• En las Unidades de Disparo Electrónicas,el disparo opera basado sobre

el pico instantáneo en amperes. • El disparo esta calibrado para operar 1.41 veces el valor RMS que se

muestra en la Curva de Tiempo.• Siempre se le da una tolerancia del 10%, es decir, para un ajuste de

10,000A RMS el disparo no debe ocurrir si el pico de corriente esta podebajo de 12,690A (10,000x1.41x0.9)

• El disparo electrónico aguas arriba, como es sensible a una corriente depico, permitirá al Interruptor, que tiene su ajuste instantáneo sobre yajustado debajo de la corriente de falla,obtener un nivel significante deselectividad debido a la acción de limitar la corriente.


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Método de selectividad por Reconocimiento de Onda (WFR)

(GE Entelliguard TU)

• La mas avanzada industria de disparos electrónicos usan un algoritmo queconsidera una combinación de pico de corriente y tiempo , paradeterminar si la corriente de falla muestra la forma de onda característica

de una interrupción de corriente y la energía limitada de una falla decorriente.• Desde que el tiempo y la corriente de pico son consideradas inicialmente, e

disparo puede ser descrito con la capacidad de Reconocimiento de Formade Onda (WFR) o detección de energía.

• Un disparo capaz de detectar que la forma de onda es verdaderamentelimitada por la energía, puede ser ajustado mas sensiblemente (a menorpico), que uno que solo considera el pico de corriente.

…continua ¿Qué es WFR?


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Método de selectividad por Reconocimiento de Onda (WFR)

(GE Entelliguard TU)El siguiente Slide ilustra la diferencia entre los distintos métodos de detecciónde disparo:• La línea identificada como “Pico Máximo Posible” es el ajuste en amperes

pico (ignorando la detección de disparo y el proceso de tolerancia), que a unlado de la línea del interruptor necesitaría ser selectivo a la probablecorriente de falla en amperes pico, si el estudio de coordinación esdeterminado por la Curva de Tiempo de Corriente (TCC) normal y lacompensación de DC.

• El Pico Máximo a Través de la Corriente es el mismo ajuste que puedeemplearse, si a través del pico limitado del Interruptor por la corriente

aguas abajo es considerado.• El “Ajuste para WFR” es que en el mismo equipo aguas arriba puedeajustarse el disparo en nuestro avanzado reconocimiento de onda oenergía, en el algoritmo de detección.

…continua ¿Qué es WFR?


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Si es ignorado el pico de corriente, elinterruptor aguas arriba debe serajustado arriba del máximo valor de fallade corriente de pico probable.(Interruptores Termo-magnéticostradicionales)

Si el disparo aguas arriba es la deteccióndel pico, este se puede ajustar arriba delmáximo esperado del pico de corrienteconocido. (La mayoría de interruptorescon disparo electrónico)

Los disparos con capacidad dereconocimiento de onda pueden serajustados incluso mas abajo(Interruptores GE con unidad de disparoEntelliguard)

Comportamiento de un derivado y un alimentador para el mejor ajuste depico permitido.

(80,000)

(60,000)

(40,000)

(20,000)

-

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

- 0.005 0.010

Seconds A m p e r e s


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Implementación de WFRRepresentacion de WFR sobre las Curvas de Tiempo de Corrientes

Record Plus FG600

EntelliGuard G 2000(INST = 10.5x)

Ejemplo de Nuestro WFR

El Paso Límite de la CorrienteGráficamente se muestrael ajuste mínimo del picoInstantáneo para unaSelectividad Total

Aguas abajo: Caja MoldeadaLimitador de Corriente

Aguas arriba: CualquierFamilia de Unidad deDisparo EntelliGuard

Disparo ajustado debajo delEntelliGuard“El Paso” = Selectividad Instantánea

Sin Usar Tablas


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Selectividad


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Agregar un CB con ETU

0.01

0.10

1.00

10.00

100.00

1000.00

100 1,000 10,000 100,000

S e c o n d s

Am peres

• El trazado de las curvas te permitenajustar el CB exactamente dondenecesita estar… al igual que lamanera antigua

• No importa la parte de la pendientede la curva superpuesta porque el

algoritmo filtra el comportamientode la corriente limitada

Único sistema en la industria que

permite al usuario ver laselectividad en el instantáneosobre las TCC y permite“optimizar” el ajuste delinstantáneo del CB aguas arriba


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Tu puedes ver selectividad

X (A)

X (B)

• Para una falla en (A), el rango menor deajuste de corriente de pico del instantáneoen el tiempo permite a CB1 una rápidaliberación CB1

• Para una falla en (B), es una selectividadtotal en el rango del instantáneo en eltiempo y el MCCB (CB2) aguas abajodispara

• La mínima superposición no indica falta deselectividad –Las tablas de selectividad depar de CB son publicadas por GE

• Nota12ms es comprometedor y 50ms (3ciclos) para la liberación. La selectividadvista en las TCC – usada para identificar laporción selectiva del algoritmo

Porción de corriente limitada de la curva delMCCB como es reconocida en la unidad dedisparo

CB1

CB2

EG TU


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Implementación WFRDe la publicación: GE DET-760BGuide to Instantaneous Selectivity

www.geindustrial.com/i-zsi

Ejemplo de un Principal de 2000A + un Derivado/Alimentador de 600A en un sistema de 6

Aguas Abajo: Record Plus®FG c/ 600A Disparo máximoAguas Arriba: EntelliGuard G UL489

Límite de Selectividad: Hasta resistir al rango…

El ajuste instantáneo debe ser: ≥ 20.36kA

EntelliGuard G UL489:Rango del pico INST = 2-15X Valor de la corriente Amperes

Sin WFR…En un Switchboard de 65kA, 30kA esta arriba de la corriente de arco! Ajuste mínimo del INST = Max (15x valor de la corriente) = 30kA De acuerdo a la IEEE 1584:Isc=65kA, 480V

Con una diferencia de 25mmA 18” de Distancia de TrabajoIarc =27.6kA disponibles

20,360A (Limite de Selectividad)2000A (Valor de la corriente en Amperes) = 10.18 (Pico INST)

2000A EntelliGuard G, con ajuste del INST a 10.5x o mayor es selectivo arriba del F

¡Esto significa que no es una protección INST en una falla de arco!

… y < 8 Cal/cm2

(Y no hay selectividad total)


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Si bien la mayoría del material en la presentación hace referencia a equipos y estándares NEMAestán disponibles las mismas características en algunos de nuestros interruptores IEC


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WFR & I-ZSI VTS3Q 2013

Demostración grafica – 30A MCP

• 50kA disponibles de corriente

de falla Ibf• ~4kA de contribución delmotor al CCM

• 30A MCP @ CCM• Cualquiera de los 2 disparos

puede ser ajustado para laprotección del instantáneocon falla de arco en el busprincipal del CCM, y mantenerla selectividad

• El disparo por reconocimientode onda provee mayormargen

Alimentado por SwitchgearAjustado usando WFR

Alimentado por SwitchgearAjustado usando el pico

Corriente deArco

Máximacorriente defalla Ibf

Regla de Oro:Ia es 35-50% de I bf


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Protección del circuito del motor grande – 250A MC

250A MCP o CB en CCM

• El disparo por ajuste simplede pico se superpone a lacorriente de arco por lotanto el ajuste no proveeconfiabilidad para laprotección de falla de arcoen el instantáneo

• El disparo con capacidadde reconocimiento de onda(WFR) provee selectividad yprotección de falla de arcoen el instantáneo con~10kA de margen

Alimentado por Switchgear

Ajustado usando WFR

Alimentado por SwitchgearAjustado usando el pico

Corriente deArco


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Aplicación I-ZSI


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Ejemplo de implementación I-ZSI

Falla en el Busprincipal

Falla en

alimentador

Falla en el Sub-

principal

Análisis por AF • SIEMPREAF almenor tiempo deliberación

• La selectividad esforzada por I-ZSI


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I-ZSI Implementación“La selectividad máxima en el instantáneo puede serobtenida usando I-ZSI… Limitado por el rango de

corto circuito del dispositivo aguas abajo y el rangosoportado por el dispositivo aguas arriba.”

Nuestro EntelliGuard G a 2000A con un rango de 65kAEs totalmente selectivo aguas arriba conInterruptores de 3000A, 4000A, o cualquierinterruptor EntelliGuard aguas arriba equipado…Con el INST “habilitado”

Con I-ZSI…Ajuste del INST = 8.5x (8.5x valor de la corriente) = 25.5kAEs totalmente selectivo 2000A y aguas arriba 3000A:

… y < 8 Cal/cm2

Sin I-ZSI…Es Totalmente selectivo 2000A y aguas arriba 3000A

Ajuste del INST = “desactivado” (o 65+kA)No hay protección por el INST para fallas de arco

From: GE DET-760BGuide to Instantaneous Selectivitywww.geindustrial.com/i-zsi


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Soluciones


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Soluciones para cualquier nivel en el Sistema

EntelliGuard GEntelliGuardTUEntelliGuardE

Powerbreak ®IISpectra w/ micro-EntelliGuard

Record Plus FGRecord Plus FE

Spectra ® FSpectra E

TEYF/D/H/LQ-Line

Record Plus FB

WFR

WFR

I-ZSI

WFR

Energy

AKD-20 SwitchgearEntellisys™ SwitchgearEvolution™ Switchboard

SenPlus & Quixtra 4000

Evolution SwitchboardEvolution ™ Motor Control Center

Evolution Motor Control CenterMultilin F35 UR (I-ZSI)

MV Transformer primary

M

Evolution SwitchboardSpectra Panelboard

I-ZSIA-Series Panelboard


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AKD-20 Switchgear

Evolution SwitchboardEvolution MCC

Spectra Panelboard

A-Series Panelboard

Entellisys Switchgear

EntelliGuard G Air Circuit BreakersPowerbreak II w/ EntelliGuard TU

Spectra RMS & Spectra w/micro -EntelliGuard

Record Plus & TEYx MCCB’s

EntelliGuard TU Trip Units & Retrofit Kits

Soluciones para cualquier nivel en el Sistema

Protección desde 15kV a 15A

Multilin F35 MV Relay

Se encuentran integrados con I-ZSI y WFR en todos estos sistemas de GE

Quixtra 4000

SenPlus


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Beneficios


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Beneficios• Mantiene baja la energía de incidente

• Con ajustes de protección sensitivos, interrupción rápida y desvío de la falla

• Despliega diagnósticos avanzados

• Prevención de eventos, optimización de mantenimiento y“conocer antes de tocar”• Opera equipo de forma remota• Protección del personal

• Utilización de EPP, equipo resistente al arco, barreras ymuros


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Ejemplo:

http://www.youtube.com/watch?v=QQXwGPiUcak


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Artículos

í l bl l


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Artículos Disponibles en la IEEEMethods For Limiting Arc Flash Hazards While Maintaining System SelectivityGary H. Fox, PE, GE Energy Management, Senior Member, IEEE

Optimizing Circuit Breaker Instantaneous Trip Settings for Selectivity and Arc FlashPerformance Simultaneously Marcelo E. Valdes, P.E., GE Energy Management, Senior Member, IEEESteve Hansen, Ferraz Shawmut, Member, IEEEDr. Peter Sutherland, P.E. GE Energy Services, Fellow, IEEE

Zone Selective Interlocking On Instantaneous (I-ZSI) & Waveform Recognition (WFR)Bernard Wright, Specification Engineer, GE Energy ManagementMaurice D’Mello P.E., Senior Specification Engineer, GE Energy ManagementRonald Cuculic, Specification Engineer, GE Energy Management

GE DET-760 Guide to Instantaneous Selectivity , Circuit Breaker Engineering Reference

* Todas las fotos usadas en esta presentación son archivos de GE . Todas las graficas, tablas e información pertenece a variosautores de GE.

A A b i ñ l


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Oscar AlvaradoIngeniero de aplicación y especificació[email protected]

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