Cuando aparece un cortocircuito en una red
protegida por fusibles, el elemento fusible funde en algunos milisegundos.
Figura 1: El corte a I1
Inmediatamente aparece una tensión de arco
opuesta y superior a la de la red (Ley de Lenz: E = L · di/dt), que tiende a
reducir el valor de la corriente de cortocircuito.
El fusible se comporta como una resistencia
variable, que de un valor casi nulo (décimas o centésimas de ohmio) aumenta
hasta el cero de corriente, provocando una modificación simultanea del valor de
la corriente y del desfase entre esta y la tensión de red.
Dos nociones se deducen de este proceso:
·
La tensión
de arco máximo Up
·
La corriente
Ip
La corriente Ip, que es el valor instantáneo de
la corriente que atraviesa realmente el cartucho fusible, se conoce como
corriente limitada; evidentemente, como consecuencia de la aparición de la
tensión de arco, Ip es menor que la corriente presunta de cortocircuito.
Por el contrario Up puede ser mayor que la
tensión de red, incluso superior a la tensión asignada de ensayo a la
frecuencia industrial de la aparamenta.
Up e Ip son dos parámetros asociados, una Ip
pequeña será obtenida fácilmente con una Up grande.
La coexistencia de una Ip pequeña (limitación de
las solicitudes aguas abajo del cartucho fusible), y de una Up baja (en caso
contrario existirán problemas de sobretensiones transitorias en la red), son la
demostración de un proceso riguroso en la fabricación de los cartuchos fusibles.
Es necesario tener muy en cuenta este valor, pues
se han producido muchas incidencias por utilizar cartuchos fusibles cuya Un
>> Ur, siendo Ur la tensión de la red. Generalmente estas incidencias se
han producido en redes de distribución que tienen zonas alimentadas a tensiones
distintas; con el fin de disminuir los stocks en almacén se suelen utilizar
cartuchos fusibles aptos para su utilización en la red de tensión más elevada.
Si se coloca este cartucho en la red de tensión más baja su fusión puede
provocar una sobretensión que será superior a la de ensayo de la aparamenta
instalada en la red, produciéndose cebados, e incluso, la destrucción del
material instalado.
Sobretensiones
transitorias de corte
En el apartado anterior se ha demostrado que la
fusión de un fusible (al igual que en cualquier aparamenta de corte) genera una
tensión que se opone a la tensión de la red; es necesario, por tanto, limitar
las sobretensiones admisibles en una red provocadas por la fusión del cartucho.
La figura 2 representa un ejemplo de sobretensión transitoria que aparece en la red en la fusión de un fusible
La figura 2 representa un ejemplo de sobretensión transitoria que aparece en la red en la fusión de un fusible
Figura 2: Sobretensión transitoria
durante la fusión de un fusible
Las normas UNE60282/IEC60282 señalan los valores
máximos de sobretensión de funcionamiento de los fusibles (Tabla 1) con
cualquiera de las tres intensidades características I1 (zona de corriente
con poder de corte máximo), I2 (zona de corrientes críticas) e I3
(zona prohibida, corrientes con poder de corte mínimo) (figura 3).
Figura 3: Definición de las zonas
de funcionamiento de un fusible
Dichos valores, para las tensiones asignadas de
12, 24 y 36 kV son las siguientes:
Tabla 1: Características de tensión
de fusibles
Problemas
inherentes a los fusibles
En aquellas redes de distribución en las que
existan zonas con tensiones diferentes, en las que se establece un plan
director de adecuación a una tensión única, por ejemplo en distribuciones con
redes a 7,2 kV y a 24 kV, ocurre con frecuencia que la aparamenta para la red
de 7,2 kV se instala de niveles de aislamiento asignados correspondientes a la
tensión asignada de 24 kV. es decir, las dimensiones de los fusibles
corresponden a la tensión de 24 kV. Un cartucho fusible de 24 kV que cumpliera
las normas podría generar una sobretensión al fundir de 75 kV superior a los
niveles de aislamiento del transformador instalado en la red de 7,2 kV y, a
veces, de los cables (20 kV y 60 kV), pudiendo por tanto dañarlos, e incluso en
el caso de terminales de cable, provocar un cebado entre fases con la probable
destrucción de la aparamenta a que dichos cables están conectados.
Por tanto, para instalar un fusible de tensión
superior a la de la red donde se instala, ha de consultarse al fabricante para
conocer si las sobretensiones que provoca son inferiores a las que la red puede
soportar.
En la tabla 1, se observa que no se garantiza el
empleo de los cartuchos de tensión asignada 24 kV en redes de tensión inferior
a 12 kV, y en ella se puede elegir el fusible adecuado en la seguridad de que
su empleo no genera sobretensiones peligrosas.
Recordatorio
importante:
Cuando la eliminación de un defecto se traduce por
la fusión de uno (o dos) fusibles, a menudo el cambio se limita a los fusibles
fundidos, aunque las características de los fusibles que aparecen aparentemente
sanos están generalmente debilitadas por los esfuerzos provocados por la
corriente de cortocircuito.
Un retorno al servicio en estas condiciones entraña
un riesgo de fusión intempestiva para sobreintensidades de valor muy bajo.
Se recomienda reemplazar los 3 fusibles conforme se
indica en la norma UNE-EN 60282-1.
Para comprender mejor este post, se recomienda la
lectura de los siguientes posts:
Aparamenta
de Subestación: Fusibles de M.T. (Parte 1ª)
Definición de la Integral de Joule o energía
especifica en fusibles
Criterios de elección de fusibles para protección
de Transformadores
Cambio de régimen de un circuito
Efectos producidos en la desconexión de
corrientes inductivas
Buenos días D. Andrés,
ResponderEliminarHace tiempo que leo su magnífico blog, le agradezco que comparta de manera tan altruista su conocimiento. Al leer esta última entrada me ha venido una duda al respecto el nivel de aislamiento y seguridad que tenemos en los hogares frente a las denominadas sobretensiones. Si bien la normativa expuesta en el Reglamento electrotécnico de baja tensión explica cómo proteger una instalación frente a las denominadas sobretensiones (transitorias). Me gustaría preguntarle sobre las barreras y protecciones que tienen las compañías que nos suministran en caso de provocarse una sobretensión en sus centros de transformación y redes, ya sea por la fusión de un fusible, caída de un rayo, conmutación de redes etc. Por lo que yo entiendo, el transformador, cables y aparamenta se podría proteger al no superar su nivel de aislamiento. Pero estas tensiones que se generan cuando van a parar a la red al ver que la tensión de pico (en funcionamiento de la Tabla1) suele ser de unas 3 veces la tensión asignada ¿Cómo es amortiguada por la red? Supongo que si el problema se da en el secundario del transformador ( por ejemplo si se funde un fusible en el cuadro de Bt) al trabajar a tensiones inferiores el problema no es tan grave aunque existente. Pero si el problema viene de la conmutación o problema de una red de MT o AT me gustaría comprender los procedimientos que existen para atenuar estas sobretensiones.
Enhorabuena por su blog y quedo a la espera de su respuesta.
Atentamente María García.
Hola María,
EliminarEn primer lugar, gracias por tus comentarios acerca del blog, me alegra saber que existen personas tan agradecidas como tú, ese es el único aliciente que tengo para continuar con esta labor.
Sobre tu consulta, efectivamente las compañías eléctricas disponen en sus equipos (líneas aéreas, Subestaciones, centros de Transformación, etc) de dispositivos de protección tales como cables de guarda en líneas aéreas y pararrayos autovalvulares para combatir las sobretensiones en AT, y limitadores de sobretensión en BT, además tratan de reducir las sobretensiones de maniobra en su origen insertando resistencias en el momento de la maniobra de interruptores o últimamente controlando que el cierre de fases se produzca efectivamente en el paso por cero de la corriente. Todos estos dispositivos están explicados en diferentes post en el blog, algunos te los paso al final de mi explicación.
Sin embargo, los dispositivos de protección propiamente dichos (Pararrayos, autoválvulas, limitadores de sobretensión…) que las compañías distribuidoras disponen son para la protección exclusiva de sus instalaciones, estos no tienen repercusión en las instalaciones de sus abonados, los cuales deben necesariamente protegerse contra dichas sobretensiones procedentes de la red o del rayo (directo o indirecto).
Como bien dices, cuando más baja es la tensión de servicio más limitadas son las consecuencias de una sobretensión en el caso de distribución de energía que llega a nuestras casas, pero el gran desarrollo experimentado por los equipos electrónicos (TV, ordenadores, etc) son el origen de numerosos incidentes y averías ocasionadas por sobretensiones.
Como indico en diferentes posts, las sobretensiones se propagan a través de los cables aumentando o disminuyendo su amplitud dependiendo si la impedancia del circuito crece o disminuye en determinados puntos (aumento o disminución de la sección de cables, por ejemplo), si encuentra un circuito abierto (seccionador abierto en una línea, por ejemplo, o un enchufe de casa sin ningún equipo conectado), su magnitud se duplica y es reflejada en dicho punto, volviendo esta nueva onda por el circuito por donde llego, averiando los equipos que aún no habían sido averiados antes que se reflejara. Igual fenómeno se produce si la onda incide en una inductancia (Transformador en vacío, por ejemplo).
Desgraciadamente los dispositivos indicados de protección, tienen una zona de protección muy limitada, por ello hay que disponerlos lo más cerca posible al equipo que se quiere proteger, por ejemplo, en casa hay que disponerlos a la entrada de la instalación eléctrica, en al cuadro de control donde se encuentran los diferenciales y magnetotérmicos. Sim embargo, si nuestro piso o casa es muy extensa, será necesario además disponer dichos limitadores en los equipos más sensibles, TV, informática, etc. debido a esa limitada zona de protección que antes te indicaba.
Hago, seguidamente, un resumen de los dispositivos de protección clásicos para algunos tipos de sobretensiones:
Espero haber aclarado algo tus dudas.
Saludos y hasta pronto
Debido a que las respuestas están también limitadas a 4000 caracteres, te paso seguidamente, el resto de mi explicación:
EliminarSobretensión debida a la ferrorresonancia
El único medio de evitarla totalmente es que 1/C.u sea superior a la pendiente en el origen de L.w.i. Sin embargo, otras soluciones son a considerar y en particular en MT donde:
- Puede producirse una discordancia entre las 3 fases en el caso de protecciones por interruptor de mando fase por fase; es necesario buscar la mayor simultaneidad posible en la conexión de las 3 fases de la red (aparato omnipolar);
- La conexión de un transformador en vacío puede ser el fenómeno transitorio que provoque la ferrorresonancia; para evitarlo es necesario reducir las capacidades aproximando, por ejemplo, la aparamenta de puesta en tensión del transformador de puesta en tensión del transformador.
- La conexión de una carga previamente a la puesta en tensión es beneficiosa. Ella interviene, en efecto, como una resistencia de amortiguación, pudiendo impedir la puesta en resonancia.
- Poner el neutro a tierra es también una solución frente a las resonancias fase/tierra.
Sobretensiones provocadas por la ruptura de corrientes capacitivas
La solución consiste en evitar los reencendidos sucesivos incrementando la velocidad de separación de los contactos y la utilización de un buen dieléctrico (vacío o SF6).
Sobretensiones provocadas por la conexión de una línea en vacío
Se evitan en las redes de transporte por una puesta en tensión progresiva, obtenida asociando resistencias de inserción en el interruptor automático.
Sobretensiones provocadas por caída del rayo
Los medios a poner en obra son de tres tipos:
-Disposición de cables de guarda para evitar los choques directos.
- Instalación de protecciones en los puntos sensibles (explosores, pararrayos, autoválvulas, limitadores de sobretensión),
- realización de tomas de tierra de buena calidad.
Espero haber aclarado algo tus dudas, seguidamente te paso relación de posts que puedes encontrar en el blog sobre el tema que estamos tratando:
Elevación del potencial de las masas de BT durante un defecto en MT
http://imseingenieria.blogspot.com/2015/09/elevacion-del-potencial-de-las-masas-de.html
Transmisión de una onda de choque en un Transformador (IEC 60071-2 – anexo A)
http://imseingenieria.blogspot.com/2015/08/transmision-de-una-onda-de-choque-en-un.html
Problemática de la conexión y desconexión de largas líneas con su extremo abierto
http://imseingenieria.blogspot.com/2018/02/problematica-de-la-conexion-y.html
Propagación de sobretensiones en líneas aéreas y subterráneas
http://imseingenieria.blogspot.com/2015/08/propagacion-de-sobretensiones-en-lineas.html
Sobretensiones de maniobra
http://imseingenieria.blogspot.com/2015/09/sobretensiones-de-maniobra.html
Efectos producidos en la desconexión de corrientes inductivas
http://imseingenieria.blogspot.com/2017/11/efectos-producidos-en-la-desconexion-de_12.html
Efectos producidos en la desconexión de corrientes capacitivas
http://imseingenieria.blogspot.com/2017/11/efectos-producidos-en-la-desconexion-de.html
Transitorios en las maniobras de circuitos eléctricos
http://imseingenieria.blogspot.com/2017/08/transitorios-en-las-maniobras-de.html
Cambio de régimen de un circuito
http://imseingenieria.blogspot.com/2016/11/cambio-de-regimen-de-un-circuito.html
Sobretensiones en cables subterráneos
http://imseingenieria.blogspot.com/2016/08/sobretensiones-en-cables-subterraneos.html
Elección de autoválvulas de Óxido de Zinc (ZnO) en líneas de Alta Tensión
http://imseingenieria.blogspot.com/2015/08/eleccion-de-autovalvulas-de-oxido-de.html
Saludos