Las instalaciones eléctricas utilizan receptores que
necesitan garantizar su funcionamiento por medio de la aparamenta. La función de la aparamenta consiste en asegurar la protección, maniobra y el control de los
circuitos.
A partir del análisis de los fenómenos que se derivan del
comportamiento de los equipos eléctricos (transformadores, motores,…) en
funcionamiento normal y ante fallos, la presente guía tiene el propósito de
ayudar a elegir el tipo y las características de la aparamenta más adecuada.
1
TRANSFORMADORES
1.1
Aparamenta a utilizar
El Ruptofusible (interruptor combinado con fusibles) y el
disyuntor (interruptor automático), son los equipos que usualmente se utilizan
para la maniobra y protección de los transformadores de potencia.
Tipo
|
Potencia
|
Transformador
|
Maniobrado por:
|
Transformador
MT/BT
|
P ≤ 2 MVA
|
seco o
aceite
|
ruptofusible
o
disyuntor
|
P ≤ 5 MVA
|
seco o
aceite
|
disyuntor
|
|
Transformador
MT/MT
|
P ≤ 20
MVA
|
seco o
aceite
|
disyuntor
|
P > 20
MVA
|
aceite
|
disyuntor
|
Tabla 1: Aparamenta de maniobra según
potencias
El ruptor asegura la interrupción del servicio del
transformador en marcha normal y en sobrecarga.
Los fusibles limitan y aseguran la interrupción de corrientes
de cortocircuito impuesta por la potencia de cortocircuito de la red aguas
arriba.
El disyuntor es capaz de establecer, soportar e interrumpir
corrientes de servicio y corrientes de cortocircuito.
El corte sobre defecto se realiza automáticamente por medio
de una cadena de protección (TC, TT, relés, interruptor…).
1.2
Características
de la aparamenta
Los equipos deben ser capaces de:
- Soportar y maniobrar la corriente en servicio continuo y las sobrecargas eventuales,
- Cortar la corriente de defecto en el punto de instalación donde aparece; o en bornes del secundario del transformador,
- Soportar la corriente de cierre sobre cortocircuito y las puntas de conexión del transformador en vacío.
- Cortar sin sobretensión excesiva las corrientes de vacío,
Los equipos de maniobra o/y protección están necesariamente
situados aguas arriba del transformador
Las protecciones en el secundario del transformador no son
capaces de ver los defectos del transformador. Un aparato de maniobra en su
secundario no puede aislar al transformador de un defecto.
La aparamenta debe ser capaz de:
1.- Soportar y maniobrar la corriente en
servicio continuo y las sobrecargas eventuales
Los equipos deben estar dimensionados
para poder soportar sin daño alguno la corriente nominal y las sobrecargas
eventuales del transformador.
La intensidad nominal In viene dada
por la relación siguiente:
En el caso particular donde el
transformador deba funcionar en sobrecarga, el fabricante del transformador
debe proporcionar el valor de las sobrecargas susceptibles de ser aplicadas en
función de la temperatura ambiente.
Estas sobrecargas vienen indicadas en
porcentaje de la potencia nominal junto con su duración. El valor de la corriente
a tener en cuenta es la siguiente:
·
Salida
a transformadores MT/BT (fig. 1)
Transformador
MT/BT de 630 kVA; Un primaria:
20 kV
Los valores normalizados son: 400 – 630 – 1250 – 2500 – 3150 – 4000 – 5000 – 6300 A.
Si
la maniobra se realiza por:
o
Ruptor
– fusible: la asociación con un fusible limita esta corriente a 200 A, el
calibre real del conjunto se convierte en el del fusible.
o
Disyuntor:
el calibre seria en tal caso de 400 A.
Fig. 1: Salida a transformadores
·
Salida
de transformadores MT/MT (fig. 2)
Transformador
MT/MT de 3150 kVA; Un secundaria =
5,5 kV funcionando con una sobrecarga temporal del 20% durante una hora.
Para
este caso, elegiremos un disyuntor de intensidad nominal 630 A
Fig. 2: Salida de transformadores
2.- Cortar la corriente de defecto de la
instalación
El poder de corte debe ser superior o
igual a la corriente de cortocircuito máxima en el punto de la instalación
considerado.
La corriente de cortocircuito limitada
por un transformador es igual a:
Ucc: tensión de cortocircuito del transformador (Ver tabla 2)
Tabla
2: Tensiones de cortocircuito de Transformadores
según potencias y tensiones de
servicio
Los valores de la tabla 2, son el
resultado de un compromiso entre el interés en reducir en todo lo posible la
corriente de cortocircuito y, por otra parte, la necesidad de limitar la caída
de tensión en el transformador.
Ejemplo:
Transformador: 10 MVA
Tensión primaria: 20 kV; tensión
secundaria: 10 kV
In secundaria: 577 A
Tensión de cortocircuito: 9%
a) Aparamenta de maniobra aguas arriba
del transformador
El
poder de corte debe ser igual o superior a Icc de la red.
Los
valores normalizados son: 8 – 12,5 – 16 – 20 – 25 – 31,5 – 40 – 50 kA
b)
Aparamenta de maniobra aguas abajo
del transformador
El
poder de corte debe ser igual o superior a la corriente de cortocircuito
limitada por el transformador, es decir:
Para
este transformador, elegiremos un disyuntor con poder de corte igual a 8 kA a
la salida de su secundario.
Protección por fusibles
Los fusibles aseguran la interrupción de corrientes de corto
circuito impuestas por la red aguas arriba y debido a un defecto producido
aguas abajo de su punto de instalación.
Para determinar el calibre del fusible necesario para asegurar
la protección de un transformador, es necesario conocer:
§ Las características del transformador
o
Potencia
(S en kVA)
o
Tensión
de cortocircuito (Ucc en %)
o
Corriente
asignada con sobrecargas eventuales (A).
§ Las características de la familia de
fusibles utilizados
o
Características
tiempo/corriente (I a 0,1 seg.)
o
Corriente
mínima de corte (I3 en
A)
§ Las condiciones de instalación o
explotación
o
Al
aire libre
o
En
celdas
o
En
portafusibles herméticamente cerrados
Para determinar el calibre del fusible, es necesario:
§ Elegir la corriente nominal del
fusible
o Caso
general: 1,3 In del transformador ≤ In del fusible ≤ 1,5 In del transformador
o Si
las condiciones de instalación y explotación no son conocidas, se elegirá In
del fusible inmediatamente superior a 1,5 In del transformador.
§ Verificar que la punta de conexión
del transformador no fundirá el fusible y que la corriente de cortocircuito en
el secundario fundiría el fusible con la relación:
Siendo:
I3: corriente mínima de corte del fusible
I0,1seg.: corriente con que funde el fusible en 0,1 seg. (Véase en la
curva de fusión del fusible).
Ie/In: relación entre la punta de
corriente de conexión del transformador en vacío (valor de cresta) y su
corriente nominal (valor eficaz). Si no existen indicaciones, tomar Ie/In = 14.
(Fig. 3 y Tabla 3)
Fig, 3: Corriente de conexión de un transformador
Tabla 3 Valores indicativos de Ie/In y de τe.
Es imprescindible evitar la fusión de un
fusible en la zona comprendida entre In e I3 (Fig. 4). La corriente de cortocircuito de la red debe ser a lo
sumo igual a la corriente I1 del
fusible utilizado.
Fig. 4: Definición de zonas de
funcionamiento de un fusible
Protección por
disyuntor
La protección de los transformadores está fijada
principalmente por relés amperimétricos de dos niveles:
§ Un nivel instantáneo actuará para los
defectos en el primario o internos del transformador.
§ Un nivel temporizado actuará para
defectos en el secundario del transformador.
§ Deben tener en cuenta las puntas de
conexión del transformador, las corrientes de carga y las de defecto.
§ Deben asegurar la selectividad entre
protecciones del primario y el secundario del transformador.
Se suelen instalar además:
§ Relés de imagen térmica: protección
contra sobrecargas y sobre calentamiento.
§ Relés de máxima tensión: protección
contra sobretensiones.
§ Relés de protección de cuba.
§ Relés de tierra restringida.
§ Relés diferenciales.
3.- Soportar la corriente de cierre sobre
cortocircuito y las puntas de conexión del transformador en vacío
El poder de cierre del disyuntor debe
ser superior o igual al valor de cresta de la corriente de cortocircuito (2,5
Icc según IEC).
4.- Cortar sin sobretensiones excesivas
las corrientes de vacío
La apertura de un transformador en
vacío se asimila a un corte de una pequeña corriente inductiva.
Las sobretensiones engendradas por
tal motivo, pueden dañar el aislamiento de los transformadores, por lo que
deberán ser limitadas en valor de cresta y en cantidad. El circuito de enlace
entre el disyuntor y el transformador juega un papel importante. La presencia
de cables (capacidades) reducen fuertemente las sobretensiones. Será necesario
verificar la coordinación del aislamiento.
Estas sobretensiones no deben
sobrepasar 3,5 pu (*), valor generalmente aceptado por las normas.
(*)
Los disyuntores de corte en SF6 están
particularmente adaptados para evitar estas solicitaciones, en cambio, los
disyuntores de corte al vacío son los que más sobretensiones de AF generan
debido a su capacidad de cortar la corriente antes de su paso por cero.
Continúa en: Guía de aplicaciones de la aparamenta de
Media Tensión (Parte 2/5: Motores)
http://www.mediafire.com/view/v1g79f81762sy29/Guía_de_aplicaciones_del_aparellaje_de_MT_(Transformadores).pdf
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