Coordinación de protecciones en baja tensión

Coordinación de protecciones en baja tensión

Las plantas industriales, hospitales, centros de datos y, de hecho, todo tipo de instalaciones, no pueden permitirse ningún tiempo de inactividad debido a problemas del sistema eléctrico. El tiempo de inactividad también afecta negativamente la satisfacción del cliente y los resultados finales.  En este artículo, veremos los beneficios de la coordinación de interruptores automáticos. Hay algunos tipos de coordinación que se pueden utilizar en sistemas eléctricos, según los requisitos.

Que es continuidad de servicio?

La continuidad de servicio es una exigencia en una instalación moderna, la falta de una adecuada selectividad puede provocar la apertura simultánea de más de un elemento de protección situado aguas arriba de la falla, por lo que la selectividad es un concepto esencial que debe ser tenido en cuenta desde su concepción.

Ejemplo - Planta de producción:

Tenemos un fallo crítico que está relacionado con una máquina que dejó de funcionar y esta a su vez dispara una protección producto del cortocircuito por motor , podemos imaginar que el motor tiene un tipo de protección que se encarga específicamente de comandar y monitorear el funcionamiento de esa carga. Entonces , ¿qué sucedió? , al momento que el motor presentó cortocircuito no solo se disparó su protección , sino que también se disparó otra protección superior a esta , y esta era la encargada de suministrar energía a varios circuitos no solo la del motor en específico , es por esa razón que el producto no colapsó únicamente en ese circuito sino también que las otras máquinas que también estaban operando en ese momento se detuvieron. Para poder restablecer el servicio es necesario que se identifique la falla y se corrija , sin embargo hasta que se pueda saber que algo está fallando puede pasar mucho tiempo , trayendo como consecuencia pérdida de dinero en la planta debido a las máquinas paradas.

Ejemplo - Centro comercial:

Supongamos que, producto de una falla se dispare una protección de un tablero de distribución secundario y que a su vez también involucra al tablero general, colapsaría absolutamente todo. Esta falla se vuelve perjudicial para el centro comercial, ya que las personas se van a retirar o simplemente se van a otro centro comercial, en el caso de que el problema sea de noche provocaría pánico a pesar de que las luces de emergencia se encienden, todo lo mencionado anteriormente también generaría pérdida de dinero.

Nota : Los ejemplos anteriores son en la parte industrial y comercial , la parte residencial no es una instalación eléctrica crítica , ya que si esto ocurriera en casa no existiría tanto apuro por solucionarlo , sin embargo debido a la pandemia , las personas iniciaron a trabajo de manera remota en casa , solo en ese caso la pérdida de electricidad si sería crítica.

Conociendo el concepto de continuidad de servicio y cuál es su importancia el día de hoy conoceremos qué técnicas podrías aplicar en una instalación eléctrica para garantizar o por lo menos tener la continuidad de servicio hasta un punto, ya que no siempre se puede mantener la continuidad del servicio al 100%. Si deseas una continuidad al 100% , los costos van a ser más elevados, sin embargo tranquilamente se puede trabajar con una coordinación parcial que veremos a continuación.

¿Cuáles son las técnicas de coordinación en baja tensión?

1. SELECTIVIDAD

La selectividad de las protecciones es un punto clave para la continuidad de servicio. Es la coordinación de los dispositivos de corte, para que un defecto proveniente de un punto cualquiera de la red sea eliminado por la protección ubicada inmediatamente aguas arriba del defecto y sólo por ella. La selectividad puede optimizarse mediante el empleo de aparatos limitadores aguas abajo.

Por ejemplo:

Si existe un motor ,y este sufre un defecto de cortocircuito , la protección tendría que dispararse en la próxima carga. En este caso usted podría tener un interruptor automático de 60 amp que está suministrando energía a este motor , entonces ese interruptor tendría que dispararse. A eso nos referimos cuando hablamos de selectividad.         

Dependiendo de la clasificación por niveles de los interruptores y la configuración de los parámetros de protección, la selectividad puede ser:

Parcial - hasta un valor específico de corriente de acuedo con las características del interruptor.

Total - hasta la capacidad de corte del interruptor de circuito aguas abajo.

Ejemplo - Selectividad parcial:

Si tengo un interruptor de 100 amperios, Easypact CVS y a su vez un  interruptor de 100 amp en una marca X al analizar las curvas ,uno se puede dar cuenta que las curvas no tienen coincidencia. Por lo que vamos a suponer que son unas curvas exclusivas de cada fabricante, entonces volviendo al término de la selectividad parcial si analizamos la gráfica, vemos que tenemos las curvas del interruptor  N ° .1 (de cabezera) y tenemos las curvas del  interruptor  No. 2 aguas abajo. Podemos ver que en la zona de sobrecarga (es la parte que se encuentra el lado superior izquierdo, eso es la zona térmica) mientras nos desplazamos más hacia la derecha vamos viendo que las curvas van teniendo otro comportamiento. Hasta que llega a un punto determinado y finalmente la protección termina disparando. Entonces observamos que las curvas del  interruptor  1 e  interruptor 2 en la zona de sobrecarga no tienen coincidencia alguna. Entonces podríamos decir que, hasta el punto hay una selectividad, pero si seguimos analizando las curvas nos damos cuenta que esta selectividad no va a ser total, sino que en la zona de los cortocircuitos ambas curvas se solapan, es decir que una se transpone , ante la otra, y hay una coincidencia. Eso significa que en un punto ambas protecciones pueden llegar a dispararse. Entonces, no hay selectividad total sino parcial.

Ejemplo - Selectividad total:

Tomaremos el ejemplo anterior en el que sucede nuevamente un fallo en el circuito N°2 y se apertura únicamente la protección de este. La protección que se encuentra de cabecera aguas arriba se mantiene intacta, por lo tanto el motor que se encuentra en el circuito N°3 no se va a ver afectado, va a seguir operando con normalidad, entonces aquí decimos que existe una selectividad total, cuando analizamos las curvas podemos ver que en ningún punto de esta curva va a llegar tener coincidencia. Es así que la falta de una adecuada selectividad podría provocar la apertura simultánea. - Con la selectividad parcial no se sabe, ya que puede ser que solamente se desconecte un  interruptor como puede ser que dependiendo de la magnitud del cortocircuito se aperturan los 2  interruptores de manera simultánea. y con eso podemos saber que va a traer complicaciones a los demás circuitos.

¿Cómo consigo una selectividad parcial y como consigo una selectividad total? Para esto vamos a mencionar 4 técnicas de selectividad.

¿Cuáles son las 4 técnicas de selectividad?

1.Selectividad Amperimétrica

Se obtiene ajustando los umbrales de disparo de los relés instantáneos de los interruptores automáticos en serie dentro del circuito.

Se utiliza normalmente en el caso de defectos de cortocircuito y lleva generalmente, si no va asociada a otra selectividad (cronométrica o energética) a una selectividad parcial limitada al umbral de actuacióndel aparato aguas arriba.

La selectividad queda asegurada si el umbral máximo del relé del parato aguas abajo es inferior al umbral mínimo del aparato aguas arriba, incluidas todas las tolerancias.

 

Ejemplo:

El interruptor que va a estar aguas abajo tiene que ser de una capacidad inferior al interruptor principal. En un tablero puede ser transformación secundaria incluso un tablero general, dependiendo de cuantos niveles tiene el circuito. Para calcular cuánta capacidad tiene que tener el interruptor principal depende siempre de la información que puede proporcionar el fabricante, para esto Schneider Electric tiene una herramienta de mucha utilidad que es completamente gratis., la pueden encontrar en la página web , se llama Electrical Calculation Tool. Sin embargo hay que tener en cuenta que aunque el interruptor de aguas arriba tenga mayor capacidad que el interruptor que estará más abajo,no siempre habrá la selectividad amperimétrica en la zona de sobrecarga. Digamos que las corrientes nominales de cada protección están muy cerca a la de un interruptor de 63 A de aguas abajo , y  tengo uno mas arriba de 100 A ,a pesar que es una corriente con una diferencia de 40 A puede ser que en una zona de la parte térmica, estas curvas tengan una coincidencia , es por eso que es muy importante el uso del software.

2.Selectividad Energética

La selectividad es total si, para cualquier valor de la corriente presunta de cortocircuito, la energía que deja pasar el interruptor situado aguas abajo es inferior a la energía necesaria para hacer entrar en acción el relé del interruptor situado aguas arriba.

Ejemplo : 

Los interruptores de caja moldeada como pueden ser los interruptores de bastidor abierto y los mini-interruptores, limitan el paso de la energía, es decir , reducen la energía cuando se genera un cortocircuito lo que hace en otras palabras, es no dejar esta energía liberada producto de un cortocircuito se extienda a toda la instalación. Esta selectividad nos va a ayudar básicamente a tener una protección que se encuentre más cerca al punto de fallo eléctrico que se dispare. No va a permitir que esta energía producto de un cortocircuito llegue a otros puntos.Esta técnica no es tan utilizada pero es una técnica de selectividad que existe, y que es muy similar a la técnica de limitación.

La tecnología del principio de selectividad energética ha sido objeto de una patente internacional por parte de Schneider Electric con la creación de los interruptores ComPact NS.

3.Selectividad Cronométrica

Para asegurar la selectividad más allá del margen de corto retardo del aparato aguas arriba, es posible utilizar una temporización, ajustable o no, del relé del aparato aguas arriba, A.

Ejemplo :

Supongamos que se compre un interruptor de 100 A este interruptor de categoría A va ser siempre de 100A. ¿Qué pasaría si empezamos a trabajar con interruptores de categoría B? Si se podría jugar con sus valores, sin embargo esto no quiere decir que todos los interruptores de categoría B tengan la opción de jugar con los tiempos , ya que solo en los interruptores cronométricos hay esta posibilidad.¿Qué son los interruptores cronométricos? Son todos aquellos interruptores de caja moldeada que sean de tipo electrónico.

4.Selectividad Lógica   

Todos los relés que ven una corriente superior a su umbral de funcionamiento, envían una orden lógica al que está justamente aguas arriba.

El relé del interruptor situado aguas arriba, que normalmente es instantáneo, recibe una orden de espera que le significa : prepararse para intervenir. El relé del interruptor 1 constituye una seguridad en el caso que el 2 no actúe.

Ejemplo:

Tenemos dos interruptores y ambos tienen un relé incorporado ,este relé manda la señal que se encuentra más arriba para indicar si se tiene o no que poner alerta y de repente en algún punto desconectarse.  La elección entre ambos es muy sencilla, ya que lo único que hará el interruptor que se encuentra más cercano a la falla es tratar de disparar para mandar un mensaje arriba, a pesar que ambos tienen el mismo poder de ruptura o la misma sensibilidad de disparo en un valor determinado de corriente que se encuentra aguas abajo le dice estado a los arriba,que existe un problema y arroja la información de cuanto es el nivel de cortocircuito , y a su vez manda una señal para que el interruptor aguante un poco más. Al mismo tiempo este interruptor de aguas arriba le manda la información al que se encuentra aún más arriba. Es así que entre ellos se van alertando de la falla, en esto consiste la selectividad lógica, por eso es más eficiente.

2. LIMITACIÓN

Los interruptores limitadores instalados aguas arriba asumen un rol de barrera para las fuertes corrientes de cortocircuito. 

Elllos permiten a los interruptores de poder de corte inferior a la corriente de cortocircuito presunta en el punto de la instalación, ser solicitados dentro de sus coindiciones normales de corte.

La limitación de la corriente se hace a todo lo largo del circuito controlado por el interruptor limitador situado aguas arriba y la filiación concierne a todos los aparatos ubicados aguas debajo de ese interruptor, estén o no ubicados dentro del mismo tablero.

Desde luego, el poder de corte del interruptor aguas arriba debe ser superior o igual a la corriente de cortocircuito presunta en el punto donde él está instalado.

Ejemplo:

Si tengo una instalación donde puedo tener un equipo que es sensible a un equipo electrónico, y que a su vez es sensible a las variaciones de corriente o voltajes agresivos, este se puede terminar quemando. Entonces una vivienda podría tener un ordenador , un televisor ,etc. Entonces, ¿Cuál es la función de un interruptor limitador ? Como se puede apreciar en la imagen, hay una corriente de cortocircuito previsto , lo que hace el limitador en este caso es lo siguiente : si la corriente había de repente había sido calculada para alcanzar un valor de 10 kA, ¿Qué hizo el interruptor? redujo esos 10kA a 300-400A, es decir a una corriente muy baja y que aparte se va licitar en un menor tiempo. Esto va a depender de la clase de limitación.

Ventajas

La instalación de un solo interruptor limitador produce importantes simplificaciones y ahorros en toda la instalación aguas abajo :

  • Simplifica la elección de los interruptores por las tablas de filiación
  • Ahorro en los interruptores aguas abajo. La limitación permite utilizar interruptores de comportamiento estándar.

3. FILIACIÓN -

La filiación es la utilización del poder de limitación de los interruptores. Esta limitación ofrece la posibilidad de instalar aguas abajo aparatos de menor poder de corte. 

Utilizar el concepto de filiación en la realización de un proyecto con varios interruptores automáticos en cascada, puede redundar en una apreciable economía por la reducción de los poderes de corte de los interruptores aguas abajo, sin perjuicio de descalificación de las protección

Ejemplo:

Tengo arriba un interruptor  que es de 40 kA y si me fijo a las tablas de filiación o si me voy al software identifico que este interruptor aguas arriba de 40 kA ha incrementado el poder de ruptura del interruptor de 24 kA a 30 kA. Entonces definitivamente estás ahorrando, porque vas a comprar ese interruptor de 24 kA que está más cómodo pero igual a la hora que se presente un cortocircuito, va a poder soportar hasta 30kA. 

Ventajas

La filiación permite beneficiarse de todas las ventajas de la limitación. De este modo, los efectos de las corrientes de cortocircuito se reducen a los efectos electromagnéticos , electrodinámicos y térmicos.

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Ya como conocemos todas las técnicas de selectividad , filiación y limitación, seremos capaces de construir un sistema eléctrico robusto, dependiendo de la necesidad de nuestro cliente o dependiendo de la necesidad que necesita usted para su instalación.

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