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Protección de las instalaciones eléctricas

Por: Ing. César Chilet

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Temario

1.1. IntroducciIntroduccióón.n.

2.2. Dispositivos de protecciDispositivos de proteccióón.n.

3.3. ProtecciProteccióón contra n contra sobrecorrientesobrecorriente..

4.4. CoordinaciCoordinacióón de la proteccin de la proteccióón de n de sobrecorrientesobrecorriente..

5.5. ProtecciProteccióón contra defectos a tierra.n contra defectos a tierra.

6.6. ProtecciProteccióón eln elééctrica de motores elctrica de motores elééctricos.ctricos.

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3. Protección contra sobrecorriente

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Protección contra sobresobrecorriente

• La previsión de situaciones de defecto (cortocircuito) o de utilización exigida de los circuitos (sobrecarga), lleva a la necesidad de proteger contra sobre intensidades, a través de la instalación de fusibles y/o interruptores termomagnéticos.

• Las condiciones de establecimiento reglamentarias serán presentadas a continuación.

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Protección de cables alimentadores

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Normas

• “Se deberán prever dispositivos de protección para interrumpir cualquier corriente de sobrecarga en los conductores del circuito antes de que se produzca un calentamiento que pudiese dañar el aislamiento, las conexiones, los extremos o al entorno de las canalizaciones”. (IEC 60364).

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Definiciones

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Definiciones

• Ib: corriente de empleo del circuito.• Iz: corriente admisible del conductor.• I1: corriente asignada (InIn) o regulada (IrIr) del

dispositivo de protección contra sobrecarga.• I2: corriente que asegura efectivamente el

funcionamiento del dispositivo de protección.

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Protección contra sobrecarga

• Los conductores estarán protegidos si se cumple con las dos condiciones:

IzfI

IzIIb

⋅≤≤≤

2

1

:2

:1

f=1,45 Para interruptores automáticos de uso domést icof=1,30 Para interruptores automáticos de uso indust rial.

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Cálculo de I2

• Corriente que asegure el funcionamiento efectivo del dispositivo de protección:

2,1 In1,9 In1,6 In

1,3In

Fusibles gG (IEC 269-2-1)o Calibre ≤ 4A.o 4 A < Calibre < 16 A.o Calibre ≥ 16 A.

Interruptores automáticos industriales.

CORRIENTE I2TIPO DE PROTECCION

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Intensidad admisible Iz

• Calculado el valor de IzIz y elegido el tipo de cable que se va a utilizar, podremos saber la sección adecuada.

• Para los valores de los coeficientes, tablas de corrientes admisibles, etc, debe utilizarse la reglamentación vigente.

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Ejemplo 2

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Ejemplo 5

• Se quiere proteger con fusibles del tipo gG a un circuito alimentador cuyo cable es tripolar.

• La tensión de suministro es 400V.

• La corriente de empleo de la carga es de 216 A.

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Ejemplo 5

• El calibre del cable alimentador es de 3x95 mm2, teniendo en cuenta: el modo de instalación, número de circuitos adyacentes y la temperatura ambiente, donde Iz=298 A.

Por lo tanto tenemos:• lz = 298 A (corriente máxima admisible).• lb = 216 A corriente de empleo.• Falta determinar la corriente nominal del fusible

(In).

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Ejemplo 5

• Para determinar la corriente nominal del fusible (In), tendremos presente las condiciones 1 y 2 :

1. Ib = 216 A ≤ In .2. I2 ≤ 1,45 Iz = 432 A.

• Por ser In>16 A, ⇒ I2=1,6 In, • Por lo tanto de la condicicondicióón 2n 2 :

I2 = 1,6 In ≤ 432 A.In ≤ 270 A.

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Ejemplo 5

• Finalmente: 216A < In < 270A

• De tablas: • Se selecciona un fusible de las siguientes

características:

In = 250 A – tipo gG.

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Protección contra cortocircuitos

• La protección contra los cortocircuitos máximos está asegurada cuando se cumplen las 2 reglas siguientes:

1.1.1.1. Regla del poder de corte.Regla del poder de corte.Regla del poder de corte.Regla del poder de corte.

2.2.2.2. Regla del tiempo de corteRegla del tiempo de corteRegla del tiempo de corteRegla del tiempo de corte

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Protección contra cortocircuitos

1 - Regla del poder de corte

IcuIcu ≥≥≥≥≥≥≥≥ IccIcc

–– IcuIcuIcuIcuIcuIcuIcuIcu: poder de corte del dispositivo de : poder de corte del dispositivo de : poder de corte del dispositivo de : poder de corte del dispositivo de protecciprotecciprotecciproteccióóóón contra los cortocircuitosn contra los cortocircuitosn contra los cortocircuitosn contra los cortocircuitos

–– IccIccIccIccIccIccIccIcc: intensidad de la corriente de : intensidad de la corriente de : intensidad de la corriente de : intensidad de la corriente de cortocircuito mcortocircuito mcortocircuito mcortocircuito mááááximo en el punto donde estximo en el punto donde estximo en el punto donde estximo en el punto donde estééééinstalado este dispositivoinstalado este dispositivoinstalado este dispositivoinstalado este dispositivo

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Protección contra cortocircuitos

2 - Regla del tiempo de corte

• El tiempo de corte del dispositivo de protección debe ser inferior al tiempo necesario para que la temperatura de los conductores llegue al límite admisible.–– tt = duración en segundos (t máx < 5s)

–– SS = sección en mm2

–– K K = coeficiente en función del aislante y de la naturaleza del conductor

–– IccIcc corriente de cortocircuito en Amperios

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Protección contra cortocircuitos

• También es conocido como tiempo de fatiga térmica de los cables (ttFTFT).

Algunos valores de kk– Cables de cobre aislados con PVC (Cables de cobre aislados con PVC (Cables de cobre aislados con PVC (Cables de cobre aislados con PVC (≤300mm300mm300mm300mm2222)))): 115: 115: 115: 115

– Cables de cobre aislados con PVC (Cables de cobre aislados con PVC (Cables de cobre aislados con PVC (Cables de cobre aislados con PVC (>300mm>300mm>300mm>300mm2222)))): 103: 103: 103: 103

– Cables de cobre aislados con EPR o XLPE : 143Cables de cobre aislados con EPR o XLPE : 143Cables de cobre aislados con EPR o XLPE : 143Cables de cobre aislados con EPR o XLPE : 143

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Ajuste de la protección contra cortocircuitos (I3)

• Calculada la corriente mínima de cortocircuito (IKmin), se deberá verificar que:

IKmin > 1,2 . I3

– IIII3333 es la corriente de actuación de la

protección magnética del interruptor

automático

– 1,2 es la tolerancia en el umbral de actuación.

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Protección contra los cortocircuitos mínimos

• Un cortocircuito se puede producir en el extremo de una línea.

• En este caso, hay que tener en cuenta la corriente más desfavorable, es decir la corriente de cortocircuito mínimo, como lo indica el esquema.

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Protección contra los cortocircuitos mínimos

• Las condiciones de instalacicondiciones de instalacióónn consisten en verificar que el dispositivo de protección situado en el origen de la línea corte la IccIccmmíínimonimo, antes del deterioro de los conductores y de la instalación, es decir cumplir con las condiciones siguientes:

1.1. IrmIrm < < IccIcc mmíínimonimo para: CB

2.2. IaIa < < IccIcc mmíínimonimo para: Fusible• Irm : corriente de funcionamiento del CB• Ia : corriente de fusión del fusible para 5s

5. Coordinación de la protección de sobrecorriente

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Coordinación

• Es una aplicación sistemática de los equipos de protección, para que en caso de falla o sobrecarga sea minimizada la remoción de equipos.

• El objetivo es minimizar el daño al equipo, costos de parada y proteger al personal.

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¿Para qué la coordinación?

• gestionar la seguridad y alargar la vida de la instalación,

• asegurar la disponibilidad eliminando el defecto inmediatamente aguas arriba del disyuntor.

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Coordinación entre disyuntores

Objetivos :• la filiación,• la selectividad.

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• Cada nivel de la instalación tiene sus necesidades deseguridad y disponibilidadconcretas.

Niveles de una instalación

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Las protecciones deben cubrir…

….las necesidades de cada instalación.– a nivel de TGBT, a nivel de TGBT, a nivel de TGBT, a nivel de TGBT, ⇒⇒⇒⇒ continuidad.continuidad.continuidad.continuidad.

– a nivel de tableros de distribucia nivel de tableros de distribucia nivel de tableros de distribucia nivel de tableros de distribucióóóón, n, n, n, ⇒⇒⇒⇒limitacilimitacilimitacilimitacióóóón de esfuerzos en caso de defecto,n de esfuerzos en caso de defecto,n de esfuerzos en caso de defecto,n de esfuerzos en caso de defecto,

– a nivel de Distribucia nivel de Distribucia nivel de Distribucia nivel de Distribucióóóón Final, n Final, n Final, n Final, ⇒⇒⇒⇒ seguridad de seguridad de seguridad de seguridad de personas.personas.personas.personas.

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Coordinación entre interruptores

• Concierne al comportamiento de dos interruptores instalados en serie en una distribución eléctrica en presencia de un cortocircuito.

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Filiación

• 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 IcuD2.

• Este valor se marca como IcuD2+D1.

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Norma - filiación

• La 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.

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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 arriba del defecto abre.

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Norma- selectividad

• La IEC 60947-2 define un valor de intensidad IsIs cuyo nombre es límite de selectividad, tal que : si la intensidad de defecto es inferior a este valor IsIs, sólo el interruptor D2 abre, si la intensidad de defecto es superior a este valor IsIs, los interruptores D1 y D2 abren.

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Selectividad vs continuidad

La selectividad puede ser :• parcial o,• total,según las características de la asociación

de las protecciones.

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Técnicas de selectividad

• Las técnicas de selectividad establecidas son:– amperimétrica,

– cronométrica,

– lógica.

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Optimización de la selectividad

• mediante el empleo de aparatos limitadores aguas abajo.

Prospective

short-circuit

current

Limited

let-through

current

Short-circuitcurrent

I2t

I2t

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Selectividad amperimétrica

• Técnica ligada al ajuste de las curvas de disparo Largo Retardo (LR) de dos interruptores automáticos en serie.

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Selectividad amperimétrica

• En general, la selectividad amperimétrica se obtiene cuando:

Ir1 / Ir2 < 2,Isd1 / Isd2 > 2.

• El límite de selectividad es :

Is = Isd1.

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Selectividad cronométrica

• Se obtiene por el escalonamiento en el tiempo de las curvas de disparo. Esta técnica consiste en temporizar ∆∆tt el disparo por corto retardo (CR) de D1.

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Selectividad en redes radiales

• Visto el sentido de flujo de energía pueden conectarse en serie los siguientes elementos:

• Fusibles en serie,• Interruptores automáticos (Disyuntores) en serie • Disyuntor aguas arriba de fusibles.• Fusibles aguas arriba del disyuntor.

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Selectividad entre fusibles

• En la práctica, la selectividad con fusibles en serie está dada por:

Para 380 V

Para 220 V

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• Bajo la condición de altas corrientes de cortocircuito, sin embargo, el cumplimiento de el cumplimiento de esas dos condiciones no es suficienteesas dos condiciones no es suficiente.

• A selectividad sselectividad sóólo estarlo estaráá asegurada cuando:asegurada cuando: el valor de la energía ( dado por I2 . t ) durante los tempos de fusión del arco, del fusible menor, fuera menor del que corresponde, al fusible mayor ( aguas arriba).

Fusibles en serie

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Selectividad entre interruptores automáticos

La selectividad con disyuntores en serie está dada por:• Graduación de la corriente.• Disparo temporizado.• Escalonamiento de tiempo en el orden de 70 a 150 ms.• La especificación del disyuntor en serie, puede ser

optimizada a través del análisis de protección de respaldo (back-up).

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Selectividad entre disyuntor y fusible.

• La selectividad de disyuntor aguas arriba de fusible es posible cuando la corriente nominal del fusible sea menor que la del disyuntor.

• Escalonamiento de tiempo en el orden de 100 ms.

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Selectividad entre fusible y disyuntor.

• En la práctica, la selectividad con fusibles aguas arriba de un disyuntor está dado con un escalonamiento de tiempo del orden de 70 ms.

• La especificación del disyuntor en serie con el fusible, puede ser optimizada a través del análisis de protección de respaldo (back-up).