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sábado, 18 de enero de 2020

Seguridad de funcionamiento en cuadros eléctricos de Baja Tensión ( y Parte 2ª)




Este post es continuación de: “Seguridad de funcionamiento en cuadros eléctricos de Baja Tensión (Parte 1ª)”



La seguridad y las conexiones

Puesto que un cuadro eléctrico tiene un gran número de conexiones es importante interesarse en los fallos que pueden provocar.

Se tiene un fallo de conexión cuando ésta no transporta la energía eléctrica para la que ha sido dimensionada. En este caso, se produce un calentamiento local que puede provocar la destrucción del aparato y/o de los cables.

La importancia de controlar bien los problemas de las conexiones se ilustra en la figura 7.

La mayor parte de las causas de no disponibilidad se debe a diversos fallos (acometidas, aparamenta...). La parte debida a las conexiones no es despreciable.

Conviene distinguir las conexiones realizadas en fábrica de las realizadas «in situ»; estas últimas, estadísticamente, son las que más fallan.

De la práctica se deduce que la seguridad puede ser notablemente mejorada por:

     superficies de contacto bien dimensionadas (recubrimiento),
     estado cuidadoso de estas superficies (planas, limpias),
     un par de apriete adaptado a los materiales.



Figura 7: Las no-disponibilidades debidas a las conexiones representan una parte no despreciable de las causas de no disponibilidad del sistema.


La seguridad y los arcos eléctricos

         No-disponibilidad debida a los arcos

En los cuadros, los arcos eléctricos pueden deberse a causas muy diversas, por              ejemplo, la intrusión de pequeños animales (ratas y hasta reptiles), la presencia de objetos olvidados en los trabajos de mantenimiento, la degradación de los materiales por el calor, o incluso, los depósitos de polvo conductor.

Los daños debidos a los arcos son a menudo importantes. Suponen un tiempo de parada que puede alcanzar algunos centenares de horas para un cuadro «ordinario». En tanto que, para un cuadro «mejorado», este valor se hace despreciable, puesto que estas paradas quedan limitadas solamente al tiempo de reordenación de la distribución (apriete de los cables, limpieza de las superficies carbonizadas...) o sea, aproximadamente una hora. Para evitar esta no-disponibilidad, conviene actuar sobre los tres puntos siguientes:

     riesgos de aparición de los arcos,
     duración del arco,
     propagación de los arcos eléctricos dentro del cuadro.

Aparte de que estas acciones llevan a reducir el tiempo de reparación, tienden, también a disminuir la importancia de los desperfectos debidos a los arcos.

         Evitar la aparición de los arcos eléctricos

Más vale prevenir que curar, y por tanto, actuar sobre las causas de la aparición de los               arcos eléctricos, así:

     los cebados de arcos por perforaciones dieléctricas no se producen, si:

– se eligen bien los materiales,
– se respetan las líneas de fuga y las distancias de aislamiento.

    la penetración de objetos o cuerpos extraños, incluido polvo conductor y la entrada de pequeños animales son el origen de numerosos arcos eléctricos en los armarios BT. Para evitarlos, las envolventes deben de estar pensadas:

– estudio de la forma,
– elección del IP,
– colocación de filtros...

     después de la ruptura (caso de un cortocircuito o de una sobrecarga) salen a presión del aparato de protección gases ionizados. Estos gases pueden provocar un cebado, por ejemplo en un juego de barras que se halle en su proximidad. Este riesgo se evita con una estructura bien pensada y/o con pantallas juiciosamente dispuestas,

     una conexión defectuosa puede provocar la aparición un arco. Para evitarlo, las conexiones deben estar adecuadamente apretadas (ver § «la seguridad y las conexiones»).

         Limitar la duración del arco

Conviene reducir al máximo el tiempo de arco para limitar los daños que ocasiona. A tal efecto se pueden tener en cuenta diversas soluciones:

    regular al mínimo el ajuste de «retardo» en los interruptores automáticos (protección contra los cortocircuitos), pero manteniendo la selectividad. Estos tiempos denominados de «corto-retardo», destinados a conseguir una selectividad cronométrica, retardan la desconexión de los interruptores automáticos en caso de cortocircuito y con ello alargan la duración del arco.

Hay que destacar que, cuando puede emplearse la selectividad lógica, constituye la    mejor solución, por cuanto permite una selectividad absoluta con retardos mínimos,            cualquiera que sea el nivel de la distribución.

    emplear aparatos limitadores Estos aparatos cortan muy rápidamente las corrientes de cortocircuito, limitando así la corriente de defecto. Esto tiene el efecto de reducir la duración del arco y con ello limitar los efectos térmicos. Ver post: Interruptores automáticos limitadores de corrientes de cortocircuito, en el siguiente link:

     Escoger una protección con un tiempo «de caída» importante (y un aparato que guarde en memoria los defectos transitorios). El arco tiene la particularidad de ser un defecto transitorio por dos razones:

– por una parte, un arco puede apagarse rápidamente por la disposición de los elementos en el cuadro. Pero los gases ionizados que se generan pueden provocar recebados en otras partes con tensión. Se pueden producir muchas secuencias de extinción y de recebado,

– por otra parte, su impedancia varía en función de su velocidad de desplazamiento y de los obstáculos que encuentra.

Sin embargo, cada vez que aparece, todo el equipamiento sufre diferentes esfuerzos que, además, suelen sumarse.

La respuesta a este problema se halla en los sistemas de protección que integran el defecto en el tiempo: cuando aparece un defecto y después desaparece (o pasa por debajo del umbral antes de la desconexión del aparato de protección) esta «información», en tiempo y en intensidad, debe conservarse a nivel de la protección para provocar una desconexión si el defecto se repite, o si se presentan breves sobrecorrientes. Así, un interruptor automático BT puede guardar en su memoria el cortocircuito y no «reinicializarse» más que progresivamente (figura 8).



Figura 8: Un interruptor Masterpact de tipo «abierto» (Schneider Electric)
dotado de una unidad de control STR 68 mantiene temporalmente
en memoria los cortocircuitos.

         Impedir la propagación en el cuadro

Las leyes de la física hacen que el arco se aleje de su origen y se desplace rápidamente.

Al objeto de reducir las consecuencias para la explotación, el arco no debe extenderse a todo el cuadro. Conviene controlar el arco durante toda su duración:

     tabicando completamente las diferentes zonas del cuadro; los tabiques y travesaños aislantes evitan que el arco, por sí mismo o por sus gases ionizados, se propague, o creando trampas de arco que hagan posible su extinción, tales como:

– envolver el juego de barras con materiales aislantes,
– geometrías del JdB que alarguen el arco.

La seguridad y las «opciones» del cuadro

La forma de acceder a las conexiones (por delante, o por detrás), el modo de instalación de los aparatos (fijo o seccionable) y el grado de protección son otras tantas de las opciones posibles en la realización y/o la compra de un cuadro BT.

Todas estas posibilidades de elección son importantes para la disponibilidad de la energía en una salida determinada.

Si comparamos la forma 1 «aberturas no tapadas» con una forma 2 «aberturas de acceso de los cables tapados» de la figura 9.


Figura 9: Las «formas» definidas por las normas CEI
60 439 y EN 60 439 definen la delimitación de las
zonas dentro de un cuadro

La expresión abreviada «aberturas de acceso de los cables tapados» significa que el usuario ha tenido el cuidado de hacer pasar los cables a través de un fondo de chapa provisto de pasa-cables.

Nota: esta disposición se considera en el empleo de una forma al menos igual a la forma 2.

Con este ejemplo es fácil comprender que una elección juiciosa de la forma mejora la disponibilidad, pues afecta a:

– la probabilidad de aparición de defectos (hace imposible la entrada de roedores),
– la propagación de un arco (presencia de una barrera).

Para una buena disponibilidad es por tanto interesante prever un cierre de los cuadros BT (forma 3 figura 9) y aún más a nivel de las conexiones de los cables exteriores (forma 4 figura 9) por cuanto, como se ha visto antes, éstas son el origen de la mayor parte de los fallos (ver § «la seguridad y las conexiones»).

         Conexiones por delante o por detrás

El lugar reservado al equipamiento eléctrico, durante el diseño de los locales, condiciona muy a menudo el tipo de conexiones a realizar en el cuadro. Esta exigencia influye sobre la disponibilidad.

Un cuadro con las conexiones por delante es, a menudo, de difícil acceso, lo que provoca tiempos de reparación importantes comparados con la doble accesibilidad obtenida con una conexión por detrás (figura 10).


Figura 10: Un buen compromiso entre la mantenibilidad y la superficie ocupada puede conseguirse con un cuadro con el conexionado por la parte delantera y con un pequeño pasillo de servicio por la parte posterior

Hay que destacar que la no-disponibilidad de un cuadro que tiene las conexiones por delante es todavía más importante si los aparatos se han montado «fijos» y se necesitan herramientas para desmontarlos.

Para mejorar la facilidad de mantenimiento de un cuadro con conexiones por delante, previsto para quedar adosado a una pared, conviene prever un estrecho pasillo técnico
por detrás.

         Fijo o seccionable

La disponibilidad puede mejorarse con la elección de un aparato seccionable. A parte del hecho de que su mantenimiento es más rápido, es necesario también considerar que no tiene influencia alguna en las salidas próximas.

En efecto, el seccionamiento se hace sin carga (circuito abierto), pero con tensión, con lo que no es necesario cortar aguas arriba e interrumpir así la alimentación de otras salidas en paralelo.
Sin embargo, la opción «seccionable» puede no presentar ventajas cuando los cortes son frecuentes (fuentes poco fiables, cables de alimentación únicos y con riesgos...), o cuando, debido a un mantenimiento muy fácil, no se influye en las otras salidas.

Por el contrario, en el caso de un cuadro con conexiones por delante de la forma 2 figura 9, el interés de utilizar interruptores automáticos «seccionables» es evidente.

         Grado de protección (figura 11)

Sólo se consideran en este párrafo las dos primeras cifras características del IP (penetración de cuerpos sólidos y de líquidos).

La primera cifra indica el tamaño máximo de los objetos o de las partículas susceptibles de penetrar en el cuadro y limita con ello el tamaño de acceso a las partes con tensión.

Esta cifra (del 1 al 6) es tanto más alta cuanto más pequeño es el tamaño.

La segunda cifra se refiere a los líquidos e indica el nivel de estanqueidad obtenido por:

    tejadillos, casquetes, o pasos en zig-zag contra las proyecciones verticales u horizontales de líquidos,

   juntas y dispositivos apropiados que permiten conseguir una estanqueidad total para que las envolventes puedan estar sumergidas.

                


En conclusión, cuanto mayores sean las dos primeras cifras características del IP, mejor será la protección.

Sin embargo, todos los aparatos eléctricos se calientan y la mayor parte tienen un límite térmico.
Por tanto una estanqueidad excesiva se opone a una buena ventilación del cuadro, por lo que puede ser nefasta para el buen funcionamiento de su aparamenta.

Esto es así, a menos que se prevea la evacuación de las calorías y/o se haga una buena elección de los aparatos.

El entorno, más o menos exigente, y las cualidades de los componentes del cuadro fijan la elección del grado de protección. Los niveles de protección requeridos, según el tipo de locales, se recogen en la figura 12.


Figura 12: Ejemplos de grados de protección mínimos 
(según NF C 15-100 y la guía práctica UTE C 15-103).


La seguridad y la salida a motor en rack extraible-seccionable

En las industrias de procesos se utilizan numerosos cuadros MCC, denominados «de racks seccionables» (figura 13).

Normalmente, en los casos de mando de motores se exige una buena continuidad de la explotación. El rack extraíble es la solución porque permite un mantenimiento fácil y rápido: una salida defectuosa se reemplaza inmediatamente por un equipo idéntico, manteniendo el cuadro con tensión.


Figura 13: Vista de detalle de un cuadro BT del tipo
MCC con racks extraíbles (modelo MB400 – Schneider Electric).

Un rack que alimenta un motor puede estar constituido por un conjunto fusible-contactor-relé térmico, o por un conjunto interruptor automático-contactor-relé térmico.

En cuanto a la disponibilidad, estas dos configuraciones son prácticamente iguales en funcionamiento normal, pero difieren mucho en caso de fallo del contactor.

En efecto, cerca del 20% de los fallos de las salidas se deben a los contactores (los contactos quedan pegados) y con el inconveniente añadido de la extracción de un cajón con el contactor defectuoso. Es entonces necesario abrir el circuito de potencia; lo que es fácilmente posible con una asociación interruptor automático-contactor, pues basta con abrir el interruptor automático.

En el otro caso (asociación fusibles-contactor) es necesario cortar la tensión al nivel de interruptor general..., y todas las otras salidas de motor quedan entonces cortadas.

La seguridad y los auxiliares de control y mando

Los fallos de los elementos auxiliares son los de los relés, las conexiones o su alimentación.

La instalación del cableado, hilo a hilo, de estos elementos auxiliares es larga y está sometida a los errores de los montadores, lo que puede originar cualquier tipo de fallo.

La solución pasa por implementar las tarjetas o módulos de control-mando unidas con cable-cinta de conexión o con conexiones digitales normalizadas. Estos elementos centralizan las informaciones y permiten realizar distintos esquemas de mando.

Las modificaciones de estos esquemas se efectúan, simplemente, configurando estas tarjetas o por la asociación de nuevos módulos.

Con esto se consiguen muchas ventajas:

·         ganancia de tiempo de instalación,
·         mejor fiabilidad, suprimiendo los errores de cableado,
·         tiempo de reparación limitado al tiempo de cambio de una tarjeta o módulo,
·         fácil evolución del sistema.




FUENTE:

Scneider Electric: Garantía de funcionamiento y cuadros eléctricos BT. (Philippe Romanet-Perroux)














































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