Los diversos criterios de elección de un interruptor
automático imponen, además de una verificación de los parámetros eléctricos típicos
del interruptor automático (tensión – intensidad – capacidad de corte, etc.),
la verificación de la capacidad del interruptor automático de proteger los
dispositivos a los que se ha asignado.
A continuación se facilita un breve análisis de las
modalidades de verificación a seguir para obtener la protección de los dispositivos
que se emplean con mayor frecuencia en una instalación.
1.- Protección
de las cargas
El cable deberá protegerse contra sobrecargas y
cortocircuitos.
En referencia a la protección contra sobrecargas,
deberá verificarse la condición siguiente: IB - I1 - IZ
donde:
IB es la intensidad de carga,
I1 es el umbral de desconexión por
sobrecarga (función “L”) definido en el disparo de protección;
IZ es la capacidad de conducción de
corriente continua del cable.
En referencia a la protección contra cortocircuitos,
deberá verificarse la condición siguiente: K2S2 · I2t
donde:
K2S2 es la energía específica que
puede admitir el cable y que resulta ser una función de la sección S y de una constante K, que equivale
a 115 para cables aislados con PVC y 143 para cables aislados
con EPR.
I2t es la energía específica pasante del
interruptor automático de conformidad con la corriente de cortocircuito máxima
de la instalación.
2.- Longitud máxima protegida
Para el circuito secundario de tipo TN-S en la parte de BT, la norma IEC 60364 proporciona algunas indicaciones para un cálculo aproximado para evaluar la corriente de cortocircuito mínima en el extremo del cable. Esta norma presupone que la condición de corriente de falta mínima se produce en caso de una falta de fase a neutro en el extremo del conductor.
La diferencia determinada depende de si el conductor neutro está distribuido o no, y las fórmulas de cálculo son las siguientes:
Conductor TN-S neutro no distribuido:
Conductor
TN-S neutro distribuido:
donde:
0,8 – 1,5 – 2: constantes características de la
fórmula considerada
V: tensión fase-fase del sistema
V0: tensión fase-neutro del sistema
SF: sección del conductor de fase
Ρ: resistividad del material conductor del cable
m: cociente entre la resistencia del conductor neutro
y la del conductor de fase. En el caso bastante común de conductores de fase y
neutro fabricados con el mismo material, “m” se convierte en el cociente entre
las secciones de fase y neutro
L: longitud del cable en metros [m]
Ikmin: corriente de cortocircuito mínima en
el extremo del cable.
Si, en las fórmulas anteriores, el valor Ikmin
se sustituye por el umbral de desconexión I3 Max que incluye la
tolerancia mayor del interruptor automático utilizado, y la fórmula se soluciona
explicitando la longitud, el resultado obtenido de forma indicativa proporciona
el valor de la longitud máxima del cable que resulta estar protegida por el
ajuste del umbral magnético del dispositivo de protección.
Las fórmulas obtenidas de esta manera son:
3.- Protección
contra contacto indirecto
La protección contra contacto indirecto consiste en la
protección de las personas contra los riesgos derivados de tocar piezas
conductoras accesibles que normalmente no son activas, salvo cuando se produce un
fallo del aislamiento principal con presencia de tensión.
La protección por desconexión automática de la
alimentación se requiere cuando, debido a un defecto, pueden producirse
tensiones de contacto en las partes metálicas durante un tiempo y con un valor peligroso
para las personas.
Las medidas para obtener protección contra el contacto
indirecto en instalaciones de BT se recogen en la norma IEC 60364-8, mientras
que para instalaciones de MT la norma de referencia es IEC 11-1.
Para la verificación de la protección de sistemas de BT,
la norma incluye algunas disposiciones que difieren según los diversos sistemas
de distribución, referentes a la impedancia del bucle de falta, a la tensión, a
la corriente que provoca la desconexión del dispositivo de protección y al
tiempo en que se desconecta el dispositivo.
En sistemas de MT, el problema de la protección contra
contacto indirecto se produce cuando la planta del usuario tiene su propia
subestación transformadora.
En cumplimiento de la norma IEC 11-1, la intensidad de
tierra Ig puede calcularse con la relación:
donde L1 representa la extensión de la línea de
alimentación y L2 la del cable.
El valor de la intensidad a tierra es difícil de
evaluar, por lo que debe solicitarse al fabricante, que lo asignará.
La norma proporciona el valor máximo que pueden
alcanzar la escala de tensiones y la tensión de contacto sobre la base del
tiempo de eliminación del fallo.
4.- Protección
de generadores
En relación con la representación típica de la
corriente de cortocircuito de un generador, para una buena protección de la
máquina giratoria el dispositivo de protección deberá tener las características
siguientes:
- ajuste de la protección contra sobrecarga L
equivalente o superior a la intensidad nominal del generador;
- desconexión de la protección contra cortocircuitos
(I instantánea o S retardada) en el primer instante del cortocircuito;
- protección relacionada con la capacidad admisible de
sobreintensidad de la máquina que, de conformidad con la norma IEC 60034-1, se
obtiene del punto 1,5xInG durante 30 s donde InG es la
intensidad nominal del generador.
5.- Protección
de transformadores
En este caso, se tiene en cuenta un transformador BT/BT
para analizar las características que deben tener los dispositivos de protección
cuando se encuentran aguas arriba o abajo del transformador.
En cuanto al interruptor automático aguas arriba, es necesario
referirse a la curva de magnetización de la máquina; su curva no deberá
intersectar con la curva de desconexión del interruptor automático. La
capacidad de corte debe ser la adecuada para la corriente de cortocircuito de
la red aguas arriba del transformador.
El interruptor automático aguas abajo debe tener una característica
de desconexión tal que garantice la protección contra una capacidad de
sobrecarga térmica extrema que puede soportar la máquina en caso de cortocircuito.
La norma IEC 60076-5 indica como límite a sobrecarga térmica extrema debidas a
un cortocircuito (umbral de sobrecarga) el valor de corriente de cortocircuito que
deja pasar el transformador durante 2 s.
Esta condición también deberá ser verificada por el
interruptor automático aguas arriba en caso de un cortocircuito en la parte del
secundario que no afecte al interruptor automático aguas abajo. Obviamente,
para este análisis hay que tener en cuenta la intensidad referida a la parte
del primario, que es la intensidad realmente apreciada por el interruptor
automático aguas arriba.
Generalmente, el análisis del comportamiento de los
interruptores automáticos aguas arriba y abajo respecto a un fallo en la parte
del secundario se efectuará basándose en las intensidades reales que afecten a
los dos aparatos; de hecho, la corriente de cortocircuito debida a un fallo en
la parte del secundario se relacionará con el primario a través del cociente de
transformación.
6.- Coordinación
de motores
Los detalles relativos al estudio de la coordinación
de motores son bastante complicados, y no constituyen un tema específico de
este post. En general, el interruptor automático para protección de motores
sólo es de tipo magnético; el umbral magnético deberá tener un valor que permita
que la corriente de arranque se absorba sin desconexiones no deseadas y,
además, en caso de cortocircuitos del motor, que proteja el contactor
(dispositivo de maniobra) y el relé térmico externo (protección contra
sobrecargas).
FUENTE:
ABB: Subestaciones transformadoras MT/BT: teoría y
ejemplos del cálculo de cortocircuitos
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