es una técnica que permite al interruptor reducir altamente las intensidades de cortocircuito. Las ventajas de la limitación son múltiples:
- Atenuación de los efectos nefastos de los cortocircuitos:
- Electromagnéticos.
- Térmicos.
- Mecánicos.
- Base de la técnica de filiación.
La selectividad de las protecciones es un punto clave para la continuidad de servicio.
La selectividad puede
ser:
Según las características
de la asociación de las protecciones.
Las técnicas de la
selectividad establecidas son:
- Amperimétrica
- Cronométrica
- Lógica
La selectividad puede
optimizarse mediante el empleo de interruptores limitadores aguas abajo.
Figura. 1: esquema simplificado de una instalación tipo
que
globaliza la mayoría de las instaladas.
Tabla 1: Interruptores adecuados a los niveles de un circuito
Recordatorio de las características eléctricas de los
interruptores
Las características de reglaje son dadas por las curvas de
disparo. Estas curvas contienen distintas zonas delimitadas por las siguientes
corrientes (definidas en el anexo K de la norma IEC 60947-2).
Figura 2: Características de
reglaje de los interruptores automáticos.
- Intensidad nominal (In).In (en A eff.) = intensidad ininterrumpida máxima soportada a temperatura
ambiente sin sobrecalentamiento anormal.
Ej.: 125 A a 40 °C.
- Intensidad de regulación de sobrecarga ajustable (Ir).Ir (en A eff.) está en función de In. Ir caracteriza la
protección contra las sobrecargas. Para el funcionamiento en sobrecarga, las
intensidades convencionales de no disparo Ind y de disparo Id son:
· Ind = 1,05 Ir.
· Id = 1,30 Ir.
Id está dada por un
tiempo convencional de disparo. Para una intensidad superior a Id, el disparo
por defecto térmico se hará según la curva a tiempo inverso. Ir el nombre de
Protección Largo Retardo (PLR).
- Intensidad de regulación de disparo corto retardo (Isd).Isd (en kA eff.) está en función de Ir. Isd caracteriza la
protección contra los cortocircuitos. La apertura del interruptor se hace según
la curva de disparo por corto retardo:
· Con una temporización tsd.
· O con I2t constante.
· O instantáneamente (análoga a la protección instantánea).Isd
recibe el nombre de Protección Corto Retardo o (PCR).
- Intensidad
de regulación de disparo instantáneo (Ii).Ii (en kA) está en
función de In. Ii caracteriza la protección contra los corto-circuitos para
todas las categorías de interruptores. Para las sobreintensidades importantes
(los cortocircuitos) superiores al valor Ii, el interruptor debe cortar
instantáneamente la intensidad de defecto. Esta protección puede ser
deshabilitada según la tecnología y el tipo de interruptor (en particular los interruptores
de categoría B).
- Poder(*)
asignado de cierre en cortocircuito (Icm).Icm (kA pico) es
el valor máximo de intensidad de cortocircuito asimétrico que el interruptor
puede establecer y cortar. Para un interruptor, el esfuerzo generado es máximo
en un cierre por cortocircuito.
- Poder(*) asignado de corte último (Icu).Icu (kA eff.) es el valor máximo de
intensidad de cortocircuito que el interruptor puede cortar. Está verificado
siguiendo una secuencia de ensayos normalizados. Después de esta secuencia, el
interruptor no puede ser peligroso. Esta característica está definida por una
tensión de empleo Ue determinada.
- Poder(*) asignado de corte en servicio (Ics).Ics (kA eff.) valor dado por el constructor. Se expresa en % de
Icu. Esta relación es muy importante ya que nos muestra la aptitud del
interruptora asegurar un normal servicio, después de haber cortado tres veces
la corriente de cortocircuito. Cuanto más alto sea el valor Ics, más efectivo
será.
- Intensidad asignada de corta duración admisible (Icw).Definida por los interruptores de categoría B.
Icw (kA eff.) es la
intensidad de cortocircuito máxima que puede soportar el interruptor durante
una breve duración (de 0,05 a 1 s) sin alteración de sus características. Este
valor se verifica durante la secuencia de ensayos normalizados
(*) Estas características
están definidas por una tensión de empleo Ue determinada.
Figura 3: intensidades a cortar y limitación.
Tabla 2: Cálculo de cortocircuitos asimétricos (IEC 60947-2 § 4.3.5.3).
La filiación, “efecto cascada” o protección de acompañamiento
Consiste en instalar un interruptor aguas arriba D1 para ayudar
a un interruptor instalado aguas abajo D2 a cortar las intensidades de
cortocircuito superiores a su poder de corte último Icu D2.
Este valor se marca como Icu D2 + D1. La norma IEC 60947-2 reconoce
la filiación entre dos interruptores. Para los puntos críticos, donde las
curvas de disparo se sobreponen, la filiación debe ser verificada mediante
ensayos.
La selectividad
Consiste en asegurar la coordinación entre las características
de funcionamiento en serie de tal manera que en caso de defecto aguas abajo,
sólo el interruptor situado inmediatamente encima del defecto abre. La norma
IEC 60947-2 define un valor de intensidad (Is) cuyo valor es límite de
selectividad, tal que:
- Si la intensidad de defecto es inferior a este valor (Is), sólo el interruptor D2 abre.
- Si la intensidad de defecto es superior a este valor (Is), los interruptores D1 y D2 abren. Como para la filiación, la selectividad debe ser verificada por ensayos en los puntos críticos. La selectividad y la filiación sólo pueden ser garantizadas por el fabricante que recoja sus ensayos en tablas.
Figura 4: Diagramas de filiación y selectividad.
Principios
de la limitación
La intensidad de defecto asumida, Icc, es la intensidad de
cortocircuito que circularía en ausencia de limitación en el punto de la
instalación donde está instalado el interruptor.
Dado que la intensidad de defecto es eliminada antes del primer
semiperiodo, sólo el primer pico de corriente Ipico asimétrico debe
ser considerado. Este último es función del cos j de defecto de la instalación.
La disminución de
esta Icresta acotada en IL, caracteriza la limitación de un interruptor.
La limitación
consiste en crear una fuerza contraelectromotriz que se oponga al incremento de
la intensidad de cortocircuito.
Los tres
criterios determinantes para la eficacia de la limitación son:
- El tiempo de intervención, el instante (ts) cuando aparece la fuerza contraelectromotriz (fcem).
- La velocidad de incremento de esta (fcem).
- El valor de esta (fcem).
La fuerza contraelectromotriz es la tensión
de arco UA motivada por la resistencia del arco que se crea entre los contactos
en separación. Su rapidez de evolución está ligada a la velocidad de separación
de los contactos.
Figura
5: Limitación de la intensidad por velocidad de apertura
Como muestra la
figura 5, a partir del instante (ts) donde los contactos se separan, la fuerza
contraelectromotriz UA crece hasta el instante (t1) donde ésta es igual a la tensión de la fuente (Em). La
intensidad limitada alcanza entonces su valor máximo y empieza a disminuir
hasta extinguirse en (t2). Esta disminución se debe a la fuerza
contraelectromotriz donde el valor es superior a (Em).
Poder de limitación de un interruptor
El poder de limitación de un interruptor define la capacidad más
o menos grande a dejar paso, en un cortocircuito a una intensidad inferior a la
intensidad de defecto asumida. El esfuerzo térmico de la intensidad limitada es
el área (gris) definida por la curva del cuadrado de la intensidad limitada I2
cc (t). En ausencia de limitación, este esfuerzo sería el área, mucho
mayor, definida por la curva cuadrado de la intensidad asumida. Para una
intensidad de cortocircuito asumida Icc, una limitación de esta intensidad al
10 % se traduce por menos de un 1 % de esfuerzo térmico asignado. La elevación
de la temperatura en los cables es directamente proporcional al esfuerzo
térmico (1).
Figura 6: Limitación en
intensidad y del esfuerzo térmico.
Ventajas:
- Aplicación a la distribución eléctrica.
La limitación reduce en
gran grado los efectos nefastos de los cortocircuitos de la instalación.
Tabla 3: Causas y efectos de la limitación.
Así, la limitación contribuye a alargar la vida de las
instalaciones eléctricas.
(1) Debido a un cortocircuito, existe un calentamiento
adiabático de los conductores (sin intercambio de calor con el exterior debido
a la rapidez del aporte de energía). El aumento de temperatura en un conductor
con sección S es:
recibe el nombre de esfuerzo térmico (A2S).
- Aplicación a motores. Funcionalidades.
Las funciones a asegurar en un motor son:
- Aislamiento.
- Control.
- La protección contra las sobrecargas (específicas).
- La protección contra los cortocircuitos.
- Las protecciones complementarias.
La alimentación de un motor puede estar constituida de 1, 2, 3 o
4 aparatos distintos. En el caso de una asociación de distinto aparellaje –caso
más frecuente– es necesario coordinar
las distintas funciones realizadas por el aparellaje.
- Coordinación de los componentes de la alimentación de un
motor.
Gracias a la limitación,
los efectos nefastos de los cortocircuitos en la alimentación de un motor son
altamente atenuados. Una buena limitación en interruptores permite favorecer
fácilmente a una coordinación de tipo 2 como propone la IEC 60947-4-1, sin
sobre dimensionamiento de componentes. Este tipo de coordinación garantiza al
explotador un uso óptimo de la alimentación del motor.
Tabla 4: Características de coordinación de las protecciones
de los motores.
Figura 7: Alimentación del motor
Curvas de limitación
El poder de limitación de un interruptor es expresado por dos
curvas de limitación que dan:
- Pico de intensidad limitada en función de la intensidad
eficaz de intensidad de cortocircuito asumida.
- Ejemplo: en una alimentación de 160 A donde la Icc asumida
es de 90 kA eficaz, el pico Icc no limitado es de 200 kA (factor asimétrico de
2,2) y la Icc limitada es de un pico de 26 kA.
- El esfuerzo térmico limitado (en A2 s), en
función de la intensidad eficaz de intensidad de cortocircuito asumida.
Ejemplo: en una
alimentación, el esfuerzo térmico pasa de más de 100 106
Figura 8: Curvas de limitación.
La
filiación
La filiación permite:
- Ahorrar en las instalaciones.
- Simplificar la elección de las protecciones, con la utilización de interruptores de comportamiento estándar.
La filiación “refuerza” el poder de corte de los interruptores
situados aguas abajo de un interruptor limitador. El interruptor limitador
“ayuda” al interruptor situado aguas abajo limitando fuertes corrientes de
cortocircuito. La filiación permite utilizar un interruptor de poder de corte
inferior a la corriente de corto-circuito calculada en ese punto de la
instalación.
Área de aplicación:
- La filiación:
· Concierne a todos los aparatos instalados aguas abajo del
interruptor.
· Puede ser extendida a varios dispositivos consecutivos, incluso
si se utilizan en diferentes cuadros.
Figura 9: Principios de la
filiación.
Principios
Las normas de instalación imponen que el aparato situado aguas
arriba tenga un poder de corte Icu superior o igual a la corriente de
cortocircuito asumida en ese punto de la instalación. Para los interruptores situados
aguas abajo, el poder de corte Icu a considerar es el poder de corte reforzado
por la coordinación.
Tan pronto como los dos interruptores disparan (a partir del
punto IB), una tensión de arco UAD1 en la separación de los contactos de D1 se
suma a la tensión UAD2 y ayuda por limitación complementaria al interruptor D2
a abrir. La asociación formada por D1 + D2 permite mejorar el comportamiento de
D2 como se muestra en la figura 10:
- Curva de limitación D2.
- Curva de limitación D2 reforzada por D1.
- Icu D2 reforzada por D1.De hecho, de acuerdo a las recomendaciones de la UNE 60947-2, los fabricantes dan y garantizan directamente la Icu reforzada por la asociación formada por D1 + D2.
Figura 10: La asociación de
la filiación.
Ventajas
La filiación permite beneficiarse de todas las ventajas de la
limitación. De este modo, los efectos de las corrientes de cortocircuito se
reducen a:
- Los efectos electromagnéticos.
- Los efectos electrodinámicos.
- Los efectos térmicos.
La instalación de un solo interruptor limitador produce
importantes simplificaciones y ahorros en toda la instalación aguas abajo:
- Simplificación en la elección de los aparatos por las tablas de filiación.
- Ahorro en los aparatos aguas abajo. La limitación permite utilizar interruptores de comportamiento estándar.
La
selectividad
Generalidades:
- Principio.
Recordatorio (ver
apartado 1.4 de “la norma UNE 60947-2”).
La selectividad consiste
en asegurar la coordinación entre las características de funcionamiento de
interruptores automáticos colocados en serie, de tal manera que en caso de
defecto aguas abajo solo dispara el aparato situado inmediatamente aguas arriba.
Se define una intensidad Is de selectividad tal que:
- Idefecto > Is: los dos interruptores automáticos disparan.
- Idefecto < Is: solo D2 elimina el defecto.
Figura 11: Principios de la selectividad.
- Calidad
de la selectividad
El valor (Is) debe ser comparado con el valor lcc (D2) presunto en el punto D2 de la instalación.
- Selectividad total: Is > Icc (D2); la selectividad se considera total, es decir, para cualquier valor de intensidad de defecto D2 sólo lo elimina.
- Selectividad parcial: Is < Icc (D2); la selectividad se considera parcial, es decir, hasta Is, sólo D2 elimina el defecto. Por encima de Is, D1 y D2 abren.
- Datos
del constructor.
De hecho, los constructores dan la calidad
de la selectividad de manera intrínseca, es decir:
- Selectividad total, si Is es igual a Icu D1 (la asociación nunca podrá ver una intensidad de defecto superior a este valor).
- Selectividad parcial, limitada a Is. Este valor Is puede, sin embargo, ser superior al de Icc (D2). Visto por el usuario, la selectividad es total.
Glosario:
- Icc (D1): Intensidad de cortocircuito en el punto donde D1 está instalado.
- IcuD1: Poder de corte último de D1.
FUENTE: Schneider
Electric: Coordinación de las protecciones BT
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