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)
