Supongamos que en una red
de distribución de 16 kA. se instala un transformador de 400 kVA/20 kV y lo
deseamos proteger. Para hacerlo podemos optar por dos opciones:
- con interruptor automático
- con fusibles.
En el primer caso
supongamos un tiempo de actuación de 90 mseg. debidos al tiempo de apertura del
interruptor más el tiempo de reacción del relé asociado al interruptor.
En el segundo caso el
fusible es de un calibre de 25 A. según la indicación del fabricante del
fusible.
En el primer supuesto, el
tiempo que pasa desde que se inicia el cortocircuito hasta que se interrumpe el
paso de intensidad transcurren 90 mseg. (0,090 seg.).
Durante este tiempo ya ha pasado la cresta de la onda
cuyo valor es:
Como la actuación es a 0,09 seg.:
Es decir, la
característica del interruptor sería de 4,8 kA térmicos durante 1 segundo, que
es un valor muy inferior al de las características nominales de cualquier
interruptor automático, lo cual quiere decir que se podría abaratar,
térmicamente, el interruptor, pero como la intensidad pico para la que hay que
dimensionar el aparato es de 40 kA, no se puede dimensionar para 4,8 kA, sino
para 40 : 2,5 = 16 kA térmicos.
Esto quiere decir que
este interruptor dejaría pasar:
En
el segundo supuesto, un fusible de 25 A nominales, para una intensidad eficaz
de 16 kA, la característica limitadora del fusible (figura 1) indica que la
intensidad limitada es de 2,8 kA (aprox.) pico.
Figura 1: Diagrama de limitación de corriente para fusibles de media
tensión
La
intensidad eficaz correspondiente será:
Este
valor se calcula suponiendo una distribución senoidal de la intensidad
limitada, lo cual no es real, sino una hipótesis muy conservadora.
Por
otra parte la energía total pasante (Integral de Joule) para un fusible de 25 A
es de 8,4 x 103 A2
t (figura 2)
Figura 2: Datos técnicos de fusibles DIN para interior de 24 kV
Comparando
esto con la energía pasante del interruptor, tendremos:
El
circuito debe ser calculado para una capacidad térmica, en el caso de
interruptor, 2.742 veces superior que en el caso de fusible.
Por
otra parte, aunque el fusible es más rápido y mucho más limitador para
protección de cortocircuitos, no es siempre el más adecuado de instalar,
existiendo una auténtica controversia entre los fabricantes de unos y otros.
Por
su parte, el RAT (Reglamento de Alta Tensión) limita en su ITC 09 apartado
4.2.1 b), la protección de transformadores con fusibles hasta una potencia de 1000
kVA:
b) Todos los transformadores AT/BT estarán protegidos contra los
cortocircuitos de origen externo en el lado de salida. Contra los
cortocircuitos internos habrá siempre una protección adecuada en el circuito de
alimentación. La protección contra cortocircuitos de transformadores de
potencia superior a 1000 kVA se realizará siempre con interruptor automático.
Normalmente,
las posibles desventajas en la instalación de un interruptor en carga con
fusibles disminuyen con la instalación de relés
de sobreintensidad con una curva de
disparo a tiempo inverso, de característica extremadamente inversa, sin disparo
instantáneo, para que el relé actúe con sobrecargas menores que la intensidad
nominal del interruptor, y que el fusible actúe por cortocircuitos.
De
esta forma, el relé es sensible a bajas intensidades de falta, equiparándose en
protección el conjunto interruptor en carga con fusibles y relé al interruptor automático
con relés; claro está que las características de corte y maniobras siempre
serán superiores las del interruptor automático.
Sin embargo también existen tareas que si cumplen perfectamente los fusibles de alta capacidad de ruptura en relación con los interruptores, tales como:
- los interruptores no poseen velocidad de operación suficiente para evitar el daño de los semiconductores de potencia,
- el control de esfuerzos electrodinámicos dado por un interruptor no puede evitar la distorsión del bobinado de un transformador frente a un cortocircuito en bornes,
- Permitir severos ciclos de arranques de motores y actuar rápidamente frente a cortocircuitos, etc.
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Excelente
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