¿Cómo y cuándo debe protegerse el conductor neutro?

Todos los conductores activos deben estar protegidos contra sobreintensidades.

Sin embargo, uno puede preguntarse si debe en todos los casos proteger el conductor neutro, y si es así, precisar las condiciones de protección según el tipo de red (TT, TN o IT).

1.1.- ¿Deberíamos proteger el conductor neutro?

1.1.1.- Neutro puesto directamente a tierra (regímenes TT y TN)

a) Sección de neutro = sección de fases (figura 1)

Figura 1

Cortocircuitos y sobrecargas:

Si las fases de sección Sf están correctamente protegidas no hay necesidad de proteger el conductor neutro.

Defectos de aislamiento:

Las mismas conclusiones que precedentemente por la razón siguiente: la apertura del circuito es necesaria en la aparición del 1º defecto, la corriente máxima susceptible de circular por el conductor neutro no puede exceder la corriente de funcionamiento de las protecciones de máxima intensidad que protegen las fases.

a) Sección del neutro < sección de fases (figura 2)

Figura 2

Cortocircuitos y sobrecargas:

El conductor neutro deberá estar protegido excepto en los casos en que se cumplan las dos condiciones siguientes:

1) La corriente máxima posible de circular por el conductor neutro en servicio normal es claramente inferior a la corriente admisible en este conductor (ver tabla 1, esta condición se cumple si la potencia absorbida por los aparatos alimentados entre fases y neutro es inferior al 10% de la potencia total transportada por el circuito).

Sección de los conductores de fase (mm2)	Sección mínima del conductor neutro (mm2)
S ≤ 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300 400	S 25* 25* 35 50 70 70 95 120 150 185
* 35 en caso de conductores de aluminio

Tabla 1: Secciones mínimas de los conductores de neutro 

1) La sección del conductor neutro es suficiente para que no sufra un calentamiento superior al calentamiento máximo admisible en caso de cortocircuito fase/neutro. 

Para que sea satisfecha esta última condición, es necesario conocer la energía disipada en este conductor (RI²t) que depende de la corriente de cortocircuito en el lugar donde se encuentra situado el dispositivo de protección y del tiempo de apertura de este. 

Esta condición se verificará si el tiempo de apertura del dispositivo de protección es inferior al tiempo determinado por la siguiente relación:

(t en segundos) 

Cumpliéndose los siguientes términos: 

• Para I = Icc mínima monofásica en el caso de una protección por fusibles. 
• Para I = Icc mínima monofásica e I = Icc máxima monofásica en el caso de una protección por interruptor. 

Con: 

S: sección de neutro en mm2 

K: coeficiente dado en la tabla 2 

NOTA: 

La no protección del conductor neutro no concierne en la práctica más que a los circuitos de grandes secciones protegidos por interruptores. El cumplimiento de la condición indicada implica la medida de la impedancia de bucle fase/neutro y el conocimiento de la característica del dispositivo de protección (según catálogo del fabricante).

Tabla 2: Valores del coeficiente k

Defectos de aislamiento

La protección contra corrientes debidas a defectos de aislamiento está asegurada por los dispositivos de máxima intensidad situados en el neutro o en las fases.

Observación:

En el régimen TNC el conductor PEN no debe llevar aparamenta; la sección del neutro no puede, en consecuencia, ser inferior a la de las fases si se cumplen ambas condiciones 1 y 2 descritas anteriormente.

1.1.2.- Neutro aislado de tierra (régimen IT)

Cortocircuitos y sobrecargas en un circuito:

La protección queda asegurada en las mismas condiciones que en los regímenes TT o TN.

Defectos de aislamiento en dos circuitos distintos:

En las instalaciones con régimen IT (apertura del circuito exigida solamente ante un segundo defecto), un conductor neutro de pequeña sección puede ser recorrido por una corriente importante si un primer defecto afecta a este neutro y un segundo defecto a un conductor de fase de gran sección en un circuito distinto. (figura 3)

Figura 3 

La corriente en el bucle de doble defecto puede ser insuficiente para disparar el interruptor A y sobrepasar suficientemente la corriente admisible en el neutro de pequeña sección. 

La protección del conductor neutro deberá realizarse cuando su sección sea inferior a la dada por la relación siguiente:

En la que la corriente de cortocircuito Icc es: 

• Icc mínima monofásica de la instalación en el caso de fusibles (una sola verificación a efectuar). 
• Icc mínima monofásica de la instalación e Icc máxima monofásica (en el origen de la instalación) en el caso de interruptores (dos verificaciones a efectuar). 

En consecuencia.

K según los valores dados en la tabla 2

1.2.- ¿Cómo podemos realizar la protección del conductor neutro?

1.2.1.- Regímenes TT y TN-S

La protección del conductor neutro puede realizarse por un dispositivo de detección de sobreintensidad situado en el neutro y apropiado a la sección de este conductor, este dispositivo debe realizar la apertura de los conductores de fase pero no necesariamente el del neutro.

1.2.2.- Régimen IT

La protección del conductor neutro puede realizarse:

1. Por un dispositivo de protección de máxima intensidad situado en el neutro y apropiado a la sección de este conductor.

2. En el origen de cada circuito por un dispositivo diferencial de corriente residual con el umbral de funcionamiento inferior al 15% de la corriente admisible en los conductores del circuito (figura 4).

Figura 4

3. En el origen de un conjunto de circuitos terminales constituyendo canalizaciones de la misma naturaleza o admitiendo las mismas corrientes admisibles y donde los conductores tienen las mismas secciones o secciones inmediatamente próximas, por un dispositivo diferencial de corriente residual donde el umbral de funcionamiento sea inferior al 15% de la corriente admisible en el circuito terminal de la más pequeña sección (figura 5).

Figura 5

Los tres dispositivos mencionados en 1, 2 y 3 deben realizar la apertura de todos los conductores activos del circuito correspondiente comprendiendo el conductor neutro.

NOTA:

Sin embargo, cuando el circuito alimente aparatos monofásicos de pequeña potencia (por ejemplo aparatos de medida o protección) que no sean susceptibles de producir incendio, aunque sí su deterioro, la apertura puede no ser omnipolar.

REFERENCIAS:

CEP: Protection des canalisations contre les surintensités

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http://www.mediafire.com/download/03i7cl72sbkn2vd/C%C3%B3mo_y_cu%C3%A1ndo_debe_protegerse_el_conductor_neutro.pdf

ARTÍCULO RELACIONADO:

Comentarios y cuestiones diversas sobre regímenes de neutro
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2016/05/comentarios-y-cuestiones-diversas-sobre.html

Dimensionado, protección y corte del conductor neutro en instalaciones de BT.
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/07/dimensionado-proteccion-y-corte-del.html

Comentarios y cuestiones diversas sobre regímenes de neutro

Se trata en este escrito de dar respuesta a algunas cuestiones planteadas en torno a los regímenes de neutro que se formulan con cierta frecuencia y al mismo tiempo compartir algunas reflexiones que derivan de la experiencia.

1.- Algunos comentarios

● Para una instalación realizada conforme a las normas en vigor y bien mantenida, los tres regímenes de neutro (TT, TN e IT) presentan el mismo nivel de seguridad.

● La mayor garantía de seguridad para las personas contra el riesgo eléctrico es la equipotencialidad.

● En una misma instalación pueden coexistir varios regímenes de neutro.

Ejemplos:

1. Instalación diseñada en su conjunto según el régimen IT, pero donde ciertas partes están alimentadas por medio de transformadores de separación que distribuyen con regímenes TN o TT (se trata en general de circuitos que presentan por su naturaleza un aislamiento mediocre y los circuitos de mando en el régimen IT presentarían riesgos de disparos intempestivos). 

2. Instalación diseñada en su conjunto según el régimen TT o TN, pero donde existen ciertas partes de la instalación donde la explotación necesita un corte diferido en caso de defecto, siendo alimentadas por medio de transformadores de separación que distribuyen con el régimen de neutro IT.

3. Instalación donde, para resolver el problema de la selectividad, la distribución principal es con régimen TN mientras que los circuitos terminales son distribuidos con el régimen TT.

4. En todos los casos, es preferible interconectar las tomas de tierra de las masas y, si es posible, conectarlas con las tomas de tierra del neutro y las masas de alta tensión (Centro de transformación con masas y neutro unidos).

5. En régimen IT, como en el TN es muy recomendable distribuir el conductor de protección muy próximo a los conductores activos (misma canalización, misma bandeja de cables…) con el fin de reducir los valores de las impedancias del bucle de defecto.

NOTA: Debido a las elevadas corrientes de cortocircuito en el régimen TN, indispensables para la rápida eliminación de los defectos, llamamos la atención sobre los eventuales problemas que pueden presentarse sobre los poderes de corte de los interruptores.

6. En el régimen IT, está desaconsejado distribuir el conductor neutro (por problemas de protección de este conductor, condicionantes más severos en la ruptura de los interruptores).

7. Las condiciones de realización del régimen TN son menos exigentes que las de régimen IT (impedancias de bucle, resistencias de contacto).

8. La utilización de los dispositivos diferenciales de corriente residual es necesaria en los tres regímenes para ciertos emplazamientos con riesgos particulares (locales húmedos o mojados, recintos conductores, locales con riesgo de incendio y explosión).

9. La disposición de ciertos cables de la clase II autoriza en toda su longitud a no tener en cuenta los riesgos de defecto de aislamiento, lo que permite, en muchos casos, no tener que proteger las derivaciones en su origen.

Conclusión:

- Cualquiera de los tres regímenes de neutro tienen su interés en casos específicos.

- El régimen TN adquirirá, gracias a su facilidad de realización, los favores de buen número de instaladores y usuarios, como sucede en la mayoría de países industrializados.

2.- Cuestiones prácticas

2.1.- ¿En caso de modificación del régimen de neutro cuales son las principales precauciones a tomar?

Examinamos brevemente los casos más frecuentes:

a) Paso de un régimen IT a TN

- Eventualmente necesario en una instalación donde el neutro es distribuido pero mal protegido.

Evitar, si la fuente tiene una impedancia elevada (transformador estrella/estrella, ciertos alternadores).

- Modificaciones en la instalación:

● Supresión del C.P.I. (controlador permanente de aislamiento) y del limitador de sobretensión

● Interconexión de las tomas de tierra de las masas y del neutro (ya realizado en la mayoría de los casos).

NOTA:

El régimen así realizado correspondería a un TN-S

Es posible, si se desea, mejorar la equipotencialidad en los circuitos con sección superior a 6 mm2 (Cu), adoptar un régimen TN-C “hibrido” estableciendo las conexiones entre el neutro y el conductor de protección y cuidando de shuntar todos los aparatos puestos sobre el neutro (el PEN estará ahora constituido por dos conductores en paralelo)

- Condiciones de ruptura:

Si son satisfactorias para el régimen IT, también lo serán, con mayor razón, para el régimen TN.

b) Paso de régimen TT a TN o IT:

- Eventualmente necesario por razones de selectividad o disparos intempestivos.

Evitar si la fuente tiene impedancia elevada.

Desaconsejado si los conductores de protección no están distribuidos en las proximidades de los conductores activos

- Paso a TN: Interconexión de las tomas de tierra de las masas y del neutro, supresión de la mayoría de los diferenciales de corriente residual (DR), establecimiento de conexiones suplementarias entre PE y conexión equipotencial principal.

- Paso a IT: Instalación de la impedancia y del C.P.I., posible supresión de los DR si las tomas de tierra están interconectadas.

Si la distribución del neutro es inevitable, asegurar su protección (utilización posible de los DR)

- Condiciones de ruptura:

Verificar en todos los circuitos. Pueden necesitarse enlaces equipotenciales suplementarios.

Más fácil de satisfacer en TN que en IT.

c) Paso de un régimen TN a IT:

- Eventualmente necesario si el corte al primer defecto debe ser evitado. (instalaciones de seguridad o prioritarias)

Desaconsejado si el neutro es distribuido.

- Modificaciones en la instalación:

Instalación en el origen de la impedancia y el C.P.I.

Si la distribución del neutro es inevitable, asegurar la protección de este, será necesaria aparamenta tetrapolar.

- Condiciones de ruptura:

A verificar en todos los circuitos

A veces se necesitan enlaces equipotenciales suplementarios

d) Paso de un régimen TN-C a TN-S

- Los esquemas TN-C y TN-S se pueden utilizar en la misma instalación. En el esquema TN-C-S (figura 1), el esquema TN-C (4 hilos) nunca se debe utilizar aguas abajo del esquema TN-S (5 hilos), puesto que cualquier interrupción accidental en el conductor neutro en la parte aguas arriba provocaría una interrupción en el conductor de protección en la parte aguas abajo y, por tanto, presentaría un peligro.

- Precaución: en el esquema TN-C, la función de “conductor de protección” tiene prioridad sobre la “función neutro”. Concretamente, siempre se debe conectar un conductor PEN al terminal de tierra de una carga, y se utiliza un puente para conectar este terminal al terminal neutro (Figura 2).

Figura 1: Esquema TN-C-S.

Figura 2: Conexión del conductor PEN en el esquema TN-C.

2.2.- ¿Se puede realizar un régimen TN (o IT con neutro distribuido) a partir de una fuente de elevada impedancia (transformador estrella/estrella, alternador)?

Esta impedancia juega un papel preponderante en la proximidad de la fuente, en los circuitos más alejados es del mismo orden de magnitud que la impedancia de las líneas.

De esta manera, las condición de ruptura If (ts) ≤ Id (1) puede verificarse en un gran número de salidas divisionarias siempre que no estén próximas a la fuente.

Sin embargo, para estos últimos, las conexiones equipotenciales pueden tener una resistencia suficientemente baja para que la condición siguiente se verifique:

La protección de personas contra el riesgo eléctrico estará en tal caso asegurada, y nada se opone a la utilización del régimen TN, si no existe funcionamiento desequilibrado de la fuente.

Este requisito puede ser garantizado:

- Por medio de las protecciones adecuadas.

- Por la instalación en el enlace PE/neutro de un toro de detección de corriente que acciona el interruptor general (este dispositivo permite igualmente verificar la condición 1)

Esta última disposición se ilustra en el esquema de la figura 3:

Figura 3: Protección por toro de detección de corriente en el régimen TN-S

La elección de la temporización y del umbral de funcionamiento de los relés debe ser objeto de un estudio profundo; en efecto, para asegurar una cierta selectividad el relé no debe funcionar más que en caso de defecto sobre la zona A, un defecto en la zona B será eliminado por las protecciones de máxima intensidad.

Este criterio conduce a elegir temporizaciones (T0) relativamente largas (T0 > tC de las protecciones de máxima intensidad de la zona B) y umbrales de disparo elevados (I∆ ≈ 10 a 20 % de la intensidad nominal de la fuente y I∆ ≤ Id)

NOTA:

En el caso de una distribución TN-C, el toro emplazado en el enlace neutro-PE detecta permanentemente la corriente de desequilibrio del neutro lo que debe tenerse en cuenta al elegir el umbral de actuación.

2.3.- ¿En qué condiciones podemos tener una instalación con régimen TN en un grupo donde el alternador tiene el neutro aislado (o impedante)?

Los circuitos de seguridad con grupos deben realizarse en régimen TN-S, el neutro se protege conforme a las reglas específicas del régimen IT.

Por otra parte, las condiciones de ruptura relativas al régimen IT deben verificarse en estos circuitos.

2.4.- ¿Qué disposiciones pueden tomarse en una instalación con régimen TT donde son temidos los disparos intempestivos en razón de la misma naturaleza de los receptores?

En tales instalaciones, es conveniente:

- Subdividir al máximo los circuitos multiplicando el número de dispositivos diferenciales.

- Regular los DR a niveles relativamente elevados, compatibles con los valores de la resistencia de la puesta a tierra de las masas.

- Instalar eventualmente los DR insensibles a las corrientes de fuga transitorias (inmunizados), a los parásitos industriales y a los intercambios de corrientes capacitivas.

2.5.- ¿Cuándo y cómo deben protegerse los conductores de neutro?

Ver artículos en los siguientes link:

http://imseingenieria.blogspot.com.es/2016/05/como-y-cuando-debe-protegerse-el.html

http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/07/dimensionado-proteccion-y-corte-del.html

http://imseingenieria.blogspot.com.es/2016/03/proteccion-y-corte-del-conductor-neutro.html

2.6.- ¿Las longitudes de las canalizaciones protegidas son siempre más cortas para la protección contra los contactos indirectos en régimen IT y TN que para la protección contra los cortocircuitos? 

- La respuesta es simple para los interruptores, porque solo se tiene en cuenta la zona de funcionamiento magnética: 

En efecto, el único caso donde el valor de la longitud máxima protegida contra los contactos indirectos puede alcanzar la longitud máxima protegida contra cortocircuitos es en el régimen TN, cuando la sección del conductor de protección es igual a la de las fases. 

- En lo concerniente a los fusibles, la respuesta a esta cuestión es negativa si se considera el caso de pequeñas secciones protegidas por fusibles de calibre importante, caso que puede ocurrir cuando no existen dispositivos de protección contra sobrecargas. 

- En conclusión, en la mayoría de los casos, la mejor protección es la realizada contra los choques eléctricos porque impone las condiciones más exigentes.

ARTÍCULO EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:

http://www.mediafire.com/download/i17s7x66j48j1tq/Comentarios_y_cuestiones_diversas_sobre_los_reg%C3%ADmenes_de_neutro.pdf

Protección de máxima corriente de tierra (ANSI 50N y 51N, 50G y 51G)

Esta función se utiliza para proteger las redes eléctricas contra defectos a tierra.

La protección actúa cuando la corriente residual Ir = I1 + I2 + I3 una vez sobrepasado el nivel de regulación. 

Los dispositivos de medida de corriente residual se instalan en cada una de los circuitos de salida de la red, como se indica en la figura 1 y realizan la suma vectorial de las corrientes que circulan por cada una de las fases. La corriente residual corresponde a la corriente de paso por tierra.

If1: corriente de falta 

IN: corriente que circula en la impedancia de puesta a tierra del neutro 

IC: Corrientes capacitivas se cierran por las capacidades fase-tierra de la red 

ICf: Corrientes capacitivas se cierran por las fases sanas de la salida con defecto 

ICi: corrientes capacitivas se cierran por las fases sanas de las salidas sin defecto 

Irsdf: Corriente residual medida en la salida con defecto 

Irsdi: Corriente residual medida en las salidas sin defecto 

V1, V2, V3 : tensiones simples de la red. 

Figura 1: Repartición de corrientes capacitivas en una red con varios circuitos de salida 

La corriente que circula en la falta es la suma de las corrientes que se cierran por ZN y las que se cierran por las capacidades de las fases sanas en cada circuito de salida de la instalación. El funcionamiento de la protección es similar a la protección de máxima corriente de fases según las curvas t = f (Irsd), ver figuras 3, 6 y 7 en:

http://imseingenieria.blogspot.com.es/2016/05/proteccion-de-maxima-corriente-de-fases.html

La protección se regula de manera muy sensible con el fin de detectar pequeñas corrientes de defecto a tierra. 

● Medida de la corriente residual

La corriente residual que caracteriza la corriente de defecto a tierra se obtiene:

• Por un transformador toroidal conteniendo los tres conductores de fase. Las espiras del toro abrazan un flujo magnético ϕrsd tal que ϕrsd = ϕ1 + ϕ2 + ϕ3 (figura 2).

ϕ1, ϕ2 y ϕ3 son proporcionales a las corrientes de fase I1 , I2 y I3 , ϕrsd será entonces proporcional a la corriente residual. 

El trenzado de puesta a tierra indicado en la figura 2 deberá pasar por el interior del toro, con objeto de que un defecto interno en el cable (fase – pantalla) sea detectado. En efecto, en el caso contrario, la corriente de cortocircuito circula por el conductor del cable y retorna por la pantalla no siendo detectada por el toro. 

• Por tres transformadores de corriente con los neutros conectados, se realiza así la suma Irsd = I1 + I2 + I3 solución utilizada generalmente en media y alta tensión (figura 3).

Figura 2: Medida de la corriente residual con transformador toroidal

Figura 3: Medida de la corriente residual con tres transformadores de corriente

● Precisión de la medida de la corriente residual

La medida con tres transformadores de corriente limita la sensibilidad de la protección aproximadamente el 12% del calibre nominal de los transformadores de corriente.

La medida con transformador toroidal (cuando es posible), es preferible por ser más precisa. Con el fin de no tener riesgos de disparos intempestivos debidos a falsas corrientes residuales transitorias, el umbral de corriente deberá, en este caso, ser superior a 1 A con temporización de 0,1 s.

● Insensibilización a los armónicos 3 y sus múltiplos

La protección debe ser insensible a los armónicos 3 y sus múltiplos que pueden provenir de la red o por la saturación de los transformadores de corriente cuando las puntas de corriente son importantes, o en el curso de regímenes transitorios que comprenden componentes aperiódicas.

Efectivamente, los armónicos 3 y sus múltiplos son vistos por la protección como una corriente residual, porque están en fase.

Suponiendo tres corrientes i1, i2 y i3 equilibradas y desfasadas un tercio de periodo:

Atención: el desfase de las corrientes es temporal, por lo que es necesario escribirlo como se indica seguidamente. 

Mediante la sustitución de w por 3 w, los terceros armónicos de estas tres corrientes son:

Se puede también ver gráficamente que los armónicos 3 están en fase (figura 4), al igual que todos los armónicos múltiplos de 3

En ausencia de defecto a tierra, la corriente residual es igual a 3 veces la suma de los armónicos 3 y múltiplos de 3 que circulen por cada fase.

Es importante insensibilizar la protección a los armónicos 3 y múltiplos de 3, para no provocar disparos intempestivos.

Figura 4: Los armónicos 3 de un sistema trifásico están en fase

REFERENCIAS:

Protection of Electrical Networks, Christophe Prévé

ARTÍCULO EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:

http://www.mediafire.com/download/8t58azhbwvh8zw6/Protecci%C3%B3n_de_m%C3%A1xima_corriente_de_tierra.pdf

ARTÍCULO RELACIONADO:

http://imseingenieria.blogspot.com.es/2016/05/proteccion-de-maxima-corriente-de-fases.html

Protección de máxima corriente de fases (ANSI 50 y 51)

Las protecciones de máxima corriente de fases tienen la función de detectar las sobre intensidades monofásicas, bifásicas o trifásica.

La protección se activa cuando una, dos o tres de las corrientes controladas sobrepasan la consigna correspondiente de su umbral de regulación.

Puede ser temporizada, en cuyo caso no se activará hasta que la corriente controlada sobrepase su umbral de regulación durante un tiempo al menos igual a la temporización seleccionada. 

De acuerdo con el tiempo de funcionamiento los relés de sobreintensidad pueden clasificarse como sigue:

Relés de sobreintensidad
Instantáneos	(1)
Temporizados	De tiempo  independiente	Con tiempo constante o definido
	De tiempo dependiente	Con curvas normalmente inversas Con curvas muy inversas Con curvas extremadamente inversas

(1) El término instantáneo debe entenderse como que a partir de ser superado el nivel de ajuste del relé, este actúa sin demora intencionada. 

No debe olvidarse, sin embargo, que no existe en rigor ningún relé instantáneo, ya que todos presentan un retardo inherente a sus características constructivas. Los fabricantes proporcionan datos al respecto, como se muestra en la figura 1.

Figura 1: Elemento instantáneo de un relé de sobreintensidad

Los relés instantáneos son adecuados para protección contra cortocircuitos, si bien, para obtener selectividad es preciso que entre escalones consecutivos haya diferencia clara en los niveles de cortocircuito, de otro modo, habrá que retardar su actuación en el escalón superior.

Figura 2: Problema en la coordinación entre instantáneos

En la figura 2 el nivel de cortocircuito al comienzo de la línea 1 es prácticamente igual que el de la barra A, por lo tanto, el relé instantáneo de la posición 52-1 no podrá coordinar con el de la posición 52-2. No habrá otra alternativa que retardar la actuación del primero.

● Protección de sobreintensidad de tiempo independiente (figura 3)

Este tipo de protecciones actúan al superar la intensidad un determinado valor de ajuste después de un tiempo también ajustable.

En general en este tipo de relés el tiempo de actuación y la intensidad determinan gráficos como el de la figura 3.

Is: umbral de funcionamiento en corriente (tarado de corriente)

T: retardo de funcionamiento de la protección (temporización)

Figura 3: Protección de tiempo independiente o definido

Los umbrales de corriente y temporización son normalmente ajustados por el usuario. 

Estos relés son adecuados para protección contra cortocircuitos resolviendo, además, el problema de la selectividad al permitir estableces tiempos diferentes en posiciones adyacentes con niveles de falta similares.

Figura 4: Selectividad con relé de tiempo definido

En la figura 4 se observa la solución al problema de falta de coordinación expuesto en la figura 2. En la posición 52-1 se utiliza un relé de sobreintensidad de tiempo definido que permite en caso de falta en la línea 1 que dispare el interruptor 52-2. En caso de falta en la propia barra el interruptor 52-1 despejará el fallo en un tiempo que no debe ser más que el estrictamente necesario para asegurar la coordinación, un tiempo de 0,5 segundos entre escalones es lo recomendable.

Cuando el número de escalones a coordinar es considerable, el tiempo para el último puede resultar inadmisible en el caso de una falta en su zona de protección.

Figura 5: Escalonamiento de tiempos con relés de tiempo definido

En la situación planteada en la figura 5 con una diferencia entre escalones de 0,5 segundos el tiempo del interruptor 52-1 es de 2 segundos siendo este el tiempo con el que se despejaría un cortocircuito en la sección de línea entre barras A y B, pudiendo suceder que la elevada corriente de cortocircuito en las proximidad del sistema no fuera soportada por la línea durante ese tiempo. El problema así planteado puede ser resuelto empleando los denominados relés de tiempo dependiente.

● Protección de sobreintensidad de tiempo dependiente 

Estos relés actúan al sobrepasar la intensidad un valor ajustado y lo hacen en un tiempo que es función inversa de la sobreintensidad. Cuanto mayor es la corriente que sobrepasa el umbral ajustado menor es el tiempo de actuación (figura 6).

Is : Umbral de funcionamiento de corriente correspondiente a la asíntota vertical de la curva

T : retardo de funcionamiento para 10 Is

Figura 6: Protección de tiempo dependiente

En general el tiempo de actuación responde a la ecuación:  

donde k es una constante de diseño y “e” también por diseño define el grado de inversión de la característica.

El funcionamiento de la protección a tiempo dependiente está definido en la norma IEC 60255-3

Las normas definen varios tipos de protección de tiempo dependiente que se diferencian por la pendiente de sus curvas características: protección a tiempo inversa, muy inversa y extremadamente inversa.

Figura 7: Curvas inversa, muy inversa y extremadamente inversa para T = 1 segundo

Característica inversa

Esta característica es de uso general y puede utilizarse en cualquier circuito y situación siempre y cuando no existan especiales requerimientos de una mayor disminución del tiempo de disparo (del permitido por esta característica) al aumentar la corriente de cortocircuito. La mayor aplicación, además del uso dado en líneas de distribución como protección de sobreintensidad de fase y neutro, es el de servir como protección de respaldo en transformadores de potencia, o como protección de respaldo de las protecciones de distancia en sistemas puestos a tierra donde se tenga la condición de Zs/Z1 < 2 (Zs = impedancia de la fuente, Z1 = impedancia del circuito protegido).

Característica muy inversa

Se utiliza para proteger líneas de distribución donde se tenga una alta potencia de cortocircuito en la fuente y líneas relativamente largas, con lo cual se pueden tener tiempos relativamente cortos de eliminación de los defectos en faltas cercanas a la fuente, conservando una adecuada selectividad con los defectos que se produzcan en los alimentadores secundarios que parten del lado remoto del alimentador principal. Como vemos, este tipo de característica se adapta bastante bien para proteger líneas troncales de distribución así como alimentadores primarios conectados a transformadores de potencia.

Característica extremadamente inversa

Es muy utilizada para proteger alimentadores secundarios de donde se alimenten circuitos o cargas protegidos por fusibles (es la característica que mejor coordina con estos elementos). Asimismo, es una protección muy útil como respaldo de los relés de tierra en situaciones donde se necesite una gran sensibilidad en faltas a tierra altamente resistivas sin que el tiempo de operación de la protección sea un factor muy restrictivo.

ARTÍCULO EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:

http://www.mediafire.com/download/h592z323dubtnts/Protecci%C3%B3n_de_m%C3%A1xima_corriente_de_fases.pdf

ARTÍCULO RELACIONADO:

Protección de máxima corriente de tierra (ANSI 50N y 51N, 50G y 51G)

http://imseingenieria.blogspot.com.es/2016/05/proteccion-de-maxima-corriente-de.html