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7/23/2019 Sistemas de puesta a Tierra, sistemas electricos
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Seminario Técnico I-Gard 2007
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Agenda
Jueves 12 de Abril
• 7:30 – 8:30 Desayuno y Registro
• 8:30 – 9:45 Introducción y Dinámica de Grupo• 10:00 – 11:15 PAT de Sistemas Eléctricos y RPT
• 11:30 – 12:45 PAT Solida y por Baja Resistencia
• 13:00 – 14:00 Almuerzo
• 14:00 – 15:45 PAT Flotante y por Alta Resistencia• 16:00 – 17:45 Otros productos
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Agenda
• Viernes 13 de Abri l
• 7:30 – 8:30 Desayuno
• 8:30 – 10:45 Visita a Planta de Manufactura• 11:00 – 12:45 Aplicaciones
• 13:00 – 14:00 Almuerzo
• 14:00 – 15:45 Configuración y Especificación
• 16:00 –17:45 Proceso de Venta y Plan de Acción
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Sesión 1
• Puesta a Tierra (PAT) de Sistemas
Eléctricos
• Resistencias para PAT de Neutro
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Introducción
• Una falla fase-tierra en un sistema eléctrico puedeprovocar accidentes que afecten al personal, equipos,
materia prima y procesos productivos al interrumpir el
suministro de electricidad y producir voltajes y corrientes
excesivas.
• En esta ocasión revisaremos distintos métodos, equipos y
sistemas de puesta a tierra orientados a reducir estos
problemas.
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Definiciones
• Sistema de Puesta a Tierra
(“Bonding”, Puenteado, Unión)
Unión equipotencial de material conductor no
energizado a tierra
• Puesta a Tierra de Sistemas
(Puesta a tierra, Aterrizaje, Aterramiento)
Referencia a tierra para el sistema eléctrico
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¿Qué conectar a tierra?
• Sistemas eléctricos
• Componentes metálicos
• Equipos electrónicos
• Tuberías de agua
• Estructura de la construcción• Rejas o cercas perimetrales
• Todo componente conductor que pueda poner en contacto al
personal o equipos con diferencias de potencial mayores a las
que pueden soportar sin sufrir daño
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¿Para qué conectar a tierra?
• Incrementar seguridad del personal
• Proteger equipos y producción
• Detectar fallas
• Minimizar impacto
• Acelerar recuperación
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¿Qué se requiere?
• Una adecuada referencia a tierra de transformadores y
generadores.
• Una trayectoria de descarga de corrientes de carga
capacitivas.
• Limite en los sobrevoltajes transitorios en el aislamiento
• Límite en los voltajes de falla fase-tierra
• Límite en las corrientes de falla fase-tierra
• Coordinación de dispositivos de aislamiento de falla• Alarma, información y localización de la falla.
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Redes de puesta a tierra
• Generalmente tienen forma de malla
– Conductor perimetral
– Conductores paralelos equidistantes
(4/0 de cobre enterrados a 0.5m y separados 3-6m)
– Cruces conectados – Electrodos en cada cruce
(2cm de diámetro y 3m de largo)
– Grava o rocas con profundidad de 8 a 15 cm.
Ver IEEE Std 80-2000, NEC 250
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Malla de puesta a tierra
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Materiales
• Deben soportar corrosión, descargas y esfuerzosmecánicos
• Baja resistencia eléctrica
• Capacidad conductiva
• Buen contacto con suelo de baja resistividad• Mejoramiento del suelo
• Medición y mantenimiento periódico
IEEE Std 80-2000, NEC 250
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Parámetros críticos
• Máxima corriente de la malla (IG)
• Duración de falla y de choque (tF, tS)
• Resistividad del suelo (r )
• Resistividad de superficie del suelo (r S)
• Geometría de la malla
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Tipos de Referencia a Tierra
No aterrizados o
flotantes
Aterrizados solidamente
Aterrizados por resistencia:-Baja Resistencia
-Alta Resistencia
3 fases, 3 ó 4 hilos
3 fases, 3 hilos
3 fases, 3 hilos
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Productos I-Gard
Alarma
GADD
Localizador
Turbo Sleuth
FLOTANTES
Sistema
Fusion
Relé
MGFR
SOLIDOS
GeminiSemáforo Detective
Alarma
GADP
Relé
DGF-CT
DSA/DSPResistencias
GFR-RM
Localizador
Turbo Sleuth
RESISTIVOS
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Sistemas Puestos a Tierra
• Voltajes transitorios limitados
• Localización de fallas simplificada
• Mayor protección de sistema y equipo• Tiempo y gastos de mantenimiento reducidos
• Mayor seguridad al personal
• Mejor protección contra rayos
• Menor frecuencia de fallas
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Resistencia de Puesta a Tierra
SECUNDARIO DEL TRANSFORMADOR
RESISTENCIA
DE PUESTA A
TIERRA
VOLTAJE
LINEA - NEUTRO
VOLTAJE LINEA-NEUTRO = VOLTAJE DEL SISTEMA / 1.732
VOLTAJE DEL SISTEMA
NEUTRO
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IEEE
IEEE Std. 142-1991
1.4.3 Las razones para limitar la corriente por resistencia son:
1. Reducir quemaduras y partes derretidas por calor ...2. Reducir estrés mecánico...
3. Reducir riesgos de shock eléctrico al personal...4. Reducir riesgos de arco o flash...
5. Reducir caida momentanea de voltaje de linea ocasionado por ocurrencia de fallas y disparo de reles.
6. Asegurar control de sobrevoltajes transitorios y
7. Evitar disparo del ciruito fallado al ocurrir la primera falla
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Tipos de PAT por Resistencia
• Baja Resistencia (Mayor corriente)
• Alta Resistencia (Menor corriente)
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Baja Resistencia
• Popular en sistemas de bajo voltaje de 3-hilos desde los 70s
cuando se hizo obligatorio tener protección contra fallas en
sistemas solidos de 600V y de 1000A o mayores.
• Usada incluso desde antes en sistemas de medio voltaje para
limitar corrientes de falla a tierra
• Elimina fallas de arco al como la puesta a tierra solida
• Elimina sobrevoltajes como la puesta a tierra flotante
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Baja Resistencia
• Generalmente en Medio Voltaje
• Limitan corriente de falla a mas de50A (Tipicamente 400A)
• Requieren disparo en la primerafalla
• Generalmente se diseñan paraoperar por 10s
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Tendencia
Sistema noaterrizado o
flotante
Sistemasolidamente
aterrizado
Sistema
aterrizado por
baja
resistencia
Sistemaaterrizado por
alta resistencia
Sobrevoltajes Severos Limitados Limitados Limitados
Daño por sobrecorrienteen punto de falla Impredecible Severo Mínimo Ninguno
Costos de
mantenimiento Altos Altos Razonables Bajos
Operación continua con
falla a tierra
Posible pero no
recomendada No es posible No es posible Posible
Coordinación de relés
(Disparos apropiados,
fácil localización de
fallas) Dificil Dificil Bueno Excelente
Personal Nivel de seguridad Bajo Bueno Razonable Excelente
Daño a
equipos
Producción
detenida
Impacto en productividad
Tipo de sistema
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Transformador Zig-Zag
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Selección
• Voltaje
• < 2400 V
• 2400 V – 13,800 V
• > 13,800 V
• Capacitancia de carga a tierra
• < 600 V: 0.5 A por cada 1000 KVA
• > 600 V: 1.0 A por cada 1000 KVA
• Importancia de mantener produccion continua
• Tipos de proteccion utilizados
• Acceso del personal
• Medio Ambiente
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Elementos: Edgewound
• Listón devanado de canto
• Generalmente para baja resistencia
• Resisten sin deformarse
• Montados sobre cilindros de
• porcelana de alta calidad• Conexiones en acero inoxidable
atornilladas y soldadas
• Aleacion de grado electrico con bajocoeficiente de variacion con incremento
en temperatura y capaz de conservarsus propiedades durante ciclos termicos
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Elementos: Wirewound
• Alambre devanado
• Generalmente para operacióncontinua
• Temperatura baja• Alambre niquelcromo
• Cilindros de porcelana
• ( Maxima Elevacion permitida de
375 grados C.)
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Elementos
• Rejilla Troquelada
– Placas estampadas de
acero inoxidable
– Soldadas individualmente
– Multiples puntos de
conexión
– Tornillería y accesorios de
acero inoxidable
– Muy alta duración
• Serpentín o listón
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Material del elemento• Bajo coeficiente de cambio de resistencia respecto a cambios
en la temperatura.
Ejemplo:
• Resistencia para puesta a tierra típica para 8000 V, 1000 A, 10segundos y elevación de temperatura de 760°C de acuerdo a IEEE32.
Material 1 Material 2
AISI 304 Nickel Cromo Acero Cromo Aluminio 1JR (Ohmalloy)
Coeficiente 0.001 ohms / °C 0.00012 ohms / °C
RINICIAL= 8000 / 1000 = 8 ohms 8000 / 1000 = 8 ohms
R10S 8 * (1+0.001 * 760) = 14.08 ohms 8 * (1+0.00012*760) = 8.7 ohmsCorriente de Falla 8000 / 14.08 = 568 A 8000 / 8.7 = 919 A
Cambio 43.2% 8.1%
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Instalación y mantenimiento
• Transporte
• Recepción
• Instalación
• Inspección• Conexión de terminal neutro
• Conexión de terminal tierra
• Mantenimiento
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Puesta a tierra Sólida
• Popular en sistemas de bajo voltaje 3-hilosdesde los 50s
• Elimina problema de sobrevoltajestransitorios
• Permite cargas linea-neutro (iluminación,heating cables)
• Facilita localización de fallas, pero causainterrupciones de servicio no programadas
• Peligro de fallas de arco de bajo nivel
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Puesta a tierra Sólida
Neutros conectados solidamente a tierra física.
Ventaja: Se reduce el problema de sobrevoltajestransitorios
Desventajas: Si la reactancia del generador o el
transformador es muy grande el problema de
sobrevoltajes transitorios no será resuelto.
Posibilitan grandes corrientes de falla que
pueden ser muy destructivas:
Energia (Kilowatt ciclos) = V x I x Tiempo/1000.
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Puesta a tierra Sólida
Ventaja:
• Se reduce el problema de sobrevoltajes transitorios
Desventajas:
• Si la reactancia del generador o el transformador es muygrande el problema de sobrevoltajes transitorios no seráresuelto.
• Posibilitan grandes corrientes de falla que pueden ser muydestructivas:
• Energia (Kilowatt ciclos) = V x I x Tiempo/1000.
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Fallas de Arco de Bajo Nivel
Las fallas de arco sostenidas pueden
liberar gran cantidad de calor y energia
mecanica capaz de provocar severos
daños y accidentes
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Ejemplo de daño(20,000 Kilowatt ciclos)
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IEEE – Fallas de ArcoIEEE Std 242-2001
Protection and Coordination of Industrial and Commercial
Power Systems (8.2.2)Una desventaja de los sistemas de 480 V aterrizados solidamente
es la gran magnitud de las corrientes de falla que pueden ocurrir
y la naturaleza destructiva de las fallas de arco.
IEEE Std 141-1993
Electric Power Distribution for Industrial Plants (7.2.4)
Los sistemas solidamente aterrizados tienen la mayor probabilidad
de escalar a fallas de dos o tres fases, especificamente ensistemas de 480 y 600 V. Esto implica riesgos en la seguridad tales
como chispas, arcos y explosiones.
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Sistemas aterrizados porresistencia
SECUNDARIO DEL TRANSFORMADOR
RESISTENCIA
DE PUESTA A
TIERRA
VOLTAJE
LINEA - NEUTRO
VOLTAJE LINEA-NEUTRO = VOLTAJE DEL SISTEMA / 1.732
VOLTAJE DEL SISTEMA
NEUTRO
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Ventajas
Ventajas
• Limita corrientes de falla
• Elimina sobrevoltajes transitorios• Permite coordinar dispositivos de protección
• Facilita la localización de la falla
Desventajas
• Hay que separar cargas monofásicas
El aterrizaje mediante resistencia es por mucho el método mas efectivo:
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IEEE
IEEE Std. 142-19911.4.3 Las razones para limitar la corriente por resistencia son:
1. Reducir quemaduras y partes derretidas por calor ...2. Reducir estrés mecánico...
3. Reducir riesgos de shock eléctrico al personal...
4. Reducir riesgos de arco o flash...5. Reducir caida momentanea de voltaje de linea ocasionado por
ocurrencia de fallas y disparo de reles.
6. Asegurar control de sobrevoltajes transitorios y
7. Evitar disparo del ciruito fallado al ocurrir la primera falla
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Pusta a tierra por resistencia
Ventajas
• Limita corrientes de falla
• Elimina sobrevoltajes transitorios• Permite coordinar dispositivos de protección
• Facilita la localización de la falla
Desventajas
• Hay que separar cargas monofásicas
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IEEEIEEE Std. 142-1991
1.4.3 Las razones para limitar la corriente por resistencia son
una o más de las siguientes:
1. Reducir quemaduras y partes derretidas por calor...
2. Reducir estrés mecánico...
3. Reducir riesgos de shock eléctrico al personal...
4. Reducir riesgos de arco o flash...
5. Reducir caida momentanea del voltaje de linea ocasionado por la
falla y el disparo de los reles.
6. Asegurar control de sobrevoltajes transitorios y
7. evitar el disparo del ciruito fallado al ocurrir la primera falla
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RPT de Medio Voltaje
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Sensores de Corriente
• Conexión
Residual
Ig=Ia+Ib+Ic+In
A
B
C
LOAD
RELAY
I A
IB
IN
IC
IG
Relé
Carga
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Sensores de Corriente
• Secuencia Cero
IG = 0,
IL - IN = 0 y
IS = 0
Si IG > 0,
IL - IN = IG y
IS = IG/n
RELAY
LOAD
A
B
C
G
IG
I A
IB
IC
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Coordinación por Tiempo
Transformador ejemplo:
– 1000 kVA, 5% deimpedancia
– Corriente de fallaIG=20kA
– KWC = 48,000(<10,000 es aceptable)
10
t G I
KWC ≈
×
=
×
1000
t Va GI
IG = Amperes
Va = 100V
t = ciclos
24 Ciclos
(0.4 segundos)
12 Ciclos
(0.2 segundos)
6 Ciclos(0.1 segundo)
R
R
R
R lé MGFR
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Relé MGFR
Protección Selectiva
Instantanea por Zona – ZSIP-
Permiten responder
instantaneamente en caso de
falla disparando solo la zona
donde ocurrió la falla.
Esto se logra mediante un
protocolo de comunicación
entre los relés: Los reles nodispararán si algún relé aguas
abajo detectó la falla.
100A 100A30A
10A, INST3A, INST 10A, INST
100A
0.5 SEG
SEÑAL
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Rele de falla a tierra: MGFR
• Selectivo – identifica alimentador fallado
5 A
NGR
1 APICKUP
1 APICKUP
1 APICKUP
1 APICKUP
RRRR
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Características del MGFR
• Basados en microprocesador
• Utilizan sensores de corriente de secuencia
cero
• En una falla el relé calcula el valor RMS
• Si esta arriba del valor especificado disparará
para abrir el interruptor correspondiente
• Coordinables por tiempo o por zona
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Control, Disparo, Inhibición
V F Disparo InhibiciónMGFR-1-AB 240 50 DMT NO
MGFR-x-AB 240 50 DMT/IDMT NO
MGFR-1-ZB 120 60 DMT NOMGFR-x-ZB 120 60 DMT/IDMT NO
MGFR-SE-ZB 120 60 DMT SI
x= 2, 20, 200, 1200 DMT = Tiempo minimo definitivoIDMT = T. min. definitivo inverso
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Corrientes de disparo
MGFR-1 : 0.01A, 0.02A, 0.03A, 0.04A, 0.05A, 0.07A, 0.10A, 0.20AMGFR-2: 0.1A, 0.2A, 0.3A, 0.4A, 0.5A, 0.7A, 1.0A, 2.0AMGFR-20: 1.0A, 2.0A, 3.0A, 4.0A, 5.0A, 7.0A, 10.0A, 20.0AMGFR-200: 10A, 20A, 30A, 40A, 50A, 70A, 100A, 200A
MGFR-1200: 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 700A, 900A, 1200AMGFR-SE-ZB: 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 700A, 900A, 1200A
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Características IDMT
• Dos conjuntos disponibles
• Para MGFR-2 y MGFR-20
• Para MGFR-200 y MGFR-1200• La pendiente es de 63º
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Curvas de disparo Inverso
• T (M1.96) =K para 1.2 < M < 10
• M = Multiplo de corriente de disparo
• T = Tiempo de disparo en segundos• K = Constante del relé
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Display
• 3 dígitos indican multiplos de corriente de disparodetectada
• Luz verde indica que esta energizado
• Mide corriente cada 2ms
• Despliega resultados cada segundo
• Corriente Medida = Display * Corriente Disparo
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Indicador de disparo
• Modelos SE cuentan con indicadoreletromagnetico (Rojo/Negro)
• Los demás modelos cuentan conindicador de LED rojo
• Todos cuentan con botón de reajuste
• Se recomienda tomar alimentación decontrol aguas arriba del breaker
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Reajuste
Lo modelos ZB pueden autoreajustarse o
reajustarse manualmente (SELF/MANUAL
RESET) – seleccionar mediante jumper en parte
trasera del relé.
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Relé DGF-CT
Relé con sensor de corriente integrado
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Relé DGF-CT
El relé DGF-CT es una solución de bajo costo para detectar
fallas a tierra en sistemas de bajo voltaje aterrizados
solidamente o mediante resistencia.
ProtecciónProporciona contactos normalmente aislados normalmente
abiertos y normalmente cerrados para alarmar o disparar.
DetecciónTrabaja detectando corrientes de secuencia cero mediante su
sensor de corriente integrado. Permite tambien la conexión de
sensores externos. Sus niveles de disparo y retraso de
tiempo son ajustables.
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DGF-CT
Terminales
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Relé GFR-RM
Rele de falla a tierra y monitoreo de resistencia
Para sistemas de hasta 27.6 kV.
Nivel y tiempo de disparo ajustables.
La resistencia debe mantenerse entre el 70% y el 150%
Conexión GFR-RM
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FIGURE 1 - TYPICAL GFR-RM FIELD CONNECTIONS
POWER SOURCE
ST
NEUTRAL
GROUNDING
RESISTOR
C.B.
%
100
806040
20
0
0-1mA AMMETER
WITH 0-100% SCALE
+
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
P N TRIP RELAY ZONE I/L TEST RESET
AUX. TRIP REL AYS RES. METER
NGR FAULT GND FAULT SENSING CT G/F
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
S G + -
RESET
NGR MONITOR ZONE GR
OFF ON
GND NGR POWER
FAULT FAULT ON
G/F TRIP SET NGR SET
MO DE DEL AY LEVEL CU RRENT+
GFR-RM NGR-GF MONITORIPC RESISTORS INC.
TEST
600Vac
NEUTRAL
NGRS-6
REMOTE
TEST
REMOTE
RESET
R
RELAY
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Sistema FUSION
Patent No. 5 867 358
DeteccíónEl sistema Fusión funciona de manera similar al Semáforo
o al Detective avisando de inmediato visual o
audiblemente en caso de ocurrencia de una falla a tierra..
ProtecciónEste sistema proporciona adicionalmente una trayectoria
de aterrizamiento sólido paralela a la trayectoria de
aterrizamiento por alta resistencia. En condiciones
normales el sistema operará como un sistema
solidamentre aterrizado pero en caso de falla a tierra latrayectoria sólida se abrirá y la trayectoria de alta
resistencia protegerá al personal, los equipos y la
producción. También es posible que la trayectoria
adicional a tierra sea de baja resistencia. Esto es útil
sobre todo para aterrizar generadores de modo que para
fallas en el generador el aterrizaje sea por alta resistenciay para fallas en las cargas sea por baja resistencia
permitiendo la coordinación adecuada de las protecciones.
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Componentes del FUSION
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p
• 1.Dispositivo Limitador de Corriente
– Tal como un fusible limitador de corriente ó interruptor de circuito proporcionan un camino atierra de baja impedancia para que circule la corriente de falla a tierra.
– La selectividad y coordinación tiempo-corriente se mantiene cuando las características detiempo-corriente del dispositivo de protección del ciercuito en el sistema Fusion estádiseñado para coordinarse con los dispositivos de protección de sobrecorriente. Estoasegura que el dispositivo de sobrecorriente ó falla a tierra más cercano a la carga dispare yaísle el equipo fallado.
• 2. Resistencias de Puesta a Tierra de Alta Resistencia
– Su función es limitar las corrientes de falla a tierra a niveles no peligrosos bajo una condiciónde falla de fase a tierra. Esto proporciona al usuario la oportunidad de mantener lacontinuidad del proceso, detectar y liberar la falla.
• 3. Sistema Pulsante Automático (Opcional)
– El sistema limitará cíclicamente la falla al 100%, 75% y 50% de la corriente de falla a tierradisponible. El pulsado cíclico combinado con el sensor de rastreo manual le da mayorventaja al usuario para rastrear el circuito con falla al punto de la falla en complejos sistemasde distribución sin desenergizar la carga.
• 4. Relevador y Transformador Detector de Falla a Tierra – Este relevador microprocesado mide la corriente de falla a tierra utilizando un transformador
de corriente de secuencia cero y filtra las armónicas para evitar disparos en falso.
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Sesión 3
• Puesta a Tierra de NeutroFlotante y por Alta Resistencia
• Productos:
GIL, GADD, GADP, SEMAFORO,
GEMINI, DETECTIVE, DSP-OHMNI,SENTINEL
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Puesta a Tierra Flotante
• Popular en sistemas de bajo voltaje de 3-hilos hasta los 50s
• Industrias y plantas de tratamiento deagua
• Corrientes de falla despreciables y sin
disparo en la primera falla fase-tierra• Dificultan la localización de fallas
• Elevación de voltaje de hasta 5-6 vecesel voltaje del sistema con fallasinterminentes debido a la acumulación
de cargas en el sistema (efectocapacitivo)
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Sistemas no aterrizados
A
C
B
Secundario
No hay conexión entre conductores y tierra física
El acoplamiento capacitivo genera un “Aterrizajecapacitivo”
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Sistemas no aterrizadosProblemas: Costos por daño a equipos
Dificultan la busqueda de fallas
Producción detenida mientras se encuentra la fallaMuy expuestos a segundas fallas
Ventaja: No hay que detener operación al ocurrir la primer falla
IEEE Std 242-1986
7.2.5 Los sistemas no aterrizados no son mejores que los sistemas
aterrizados por alta resistencia en cuanto a continuidad de servicio y
tienen las desventajas de permitir sobrevoltajes transitorios, de dificultar la
localización de la falla y de incrementar la posibilidad de aparición de fallasadicionales que pueden ser catastroficas. Por estas razones se usancada vez menos y frecuentemente se susti tuyen por sistemas de altaresistencia.
Sistemas no aterrizados
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A
A
B
C
C
B
Voltaje fase-fase
Cada fase esta a un
Voltaje fase-neutro
Respecto a la tierra
(a)
La fase C esta ahora
Esta a potencial de tierra
No hay flujo de corriente
Hacia la fuente.
Las fases A y B estan ahora a un
Voltaje fase-fase respecto a tierra
Punto neutro
establecido
Por capacitancia
distribuidaRelaciones de voltaje
(b)
En caso de falla fase-tierra las otras dos fases presentarán un voltaje 1.73 veces mayor que el normal.
La capacitancia distribuida podrá ocasionar sobrevoltajes transitorios varias veces superioresal voltaje fase-tierra. Esto podrá causar fallas en otros puntos ya que los niveles de
aislamiento no serán suficientes. Si la segunda falla es en otra fase tendremos muy altas
corrientes fase-fase y en consecuencia daños severos.
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Corriente de carga capacitiva
A
B
C
IC0IC0 IC0
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Corriente de carga capacitiva 3IC0
A
B
C
IF = 3IC0IC03 IC03
G
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Luces indicadoras GIL
• Minimo requerido por el código
• Indican visualmente la fase con falla• Cumplen regla 10-106(2) del CEC
L i di d GIL
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Luces indicadoras GIL
• Se colocan en lugares de dificil acceso (cerca de cadatransformador)
• Pueden dar indicación erronea (Fusible o foco fundido)
• No es facil apreciar la magnitud de la falla
Al GADD
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Alarma GADD
Alarma modular con:
•Indicador de fase con falla
•Indicador de nivel de falla
•Ajuste de nivel de alarma
en caso de falla
Alta Resistencia
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• Limita la corriente de falla limitada a valores menores de 10A
(Tipicamente 5A)
• Se encuentra generalmente en sistemas de bajo voltaje
• Debe limitar la corriente a valores mayores que la corriente de carga
por capacitancia a tierra del sistema
• Requiere aislamiento del 173%
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Beneficios
• Evita el tener que interrumpir la producción en caso de falla fase-
tierra
• Facilita la localización del punto de falla sin desenergizar alimentadores
• Permite tolerar la falla hasta que sea factible aislarla o corregirla
• Puede agregarse a sistemas flotantes sin necesidad de costosos
reles y breakers
IEEE
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IEEE Std 242-1986
7.2.4 El aterrizaje por alta resistencia limita la falla a una
magnitud predeterminada. Esto hace posible utilizar reles defalla a tierra para identificar el alimentador con falla.
IEEE Std 141-19937.2.2 El aterrizaje por alta resistencia tiene las ventajas de los
sistemas flotantes pero limita los sobrevoltajes asociados con
esos sistemas. Además son inmunes a las fallas por arco
que ocurren en sistemas solidamente aterrizados ya que limitala corriente de falla a alrededor de 5 amperes.
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CEC
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CEC
Código Eléctrico Canadiense Regla 10-1102 (3):
Cuando se use un dispositivo de puesta a tierra en un sistema de
5kV o menor, el sistema deberá poder ser desenergizado
automaticamente al detectar la falla a menos que:
– La falla a tierra se limite a 5 A o menos; y
– Se proporcione una alarma visual o audible, claramente
identificada, para indicar la existencia de una falla a tierra.
Medición
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Cálculo
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Estimado rápido
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Valores típicos
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Corriente de falla
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Corriente de falla A
B
C
RXC0 XC0 XC0
3IC0
IR
( ) ( )
2
0
2
3 C RF
I I I +=
( )00
3current,faultminimumAt32C RC F
I I I I MIN
==
Sistemas de Alta Resistencia
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Semáforo
Detective
GEMINI
FUSION
Agregar
localizador de
fallas
Agregar
redundancia y
monitoreo de
resistencia
Agregar switch
y segunda
trayectoria a
tierra en
paralelo
Sistema SEMAFORO
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Sistema SEMAFORO
DetecciónEl sistema tiene 3 lamparas de colores rojo, verde y ambar. La
roja indica falla a tierra activa, la verde indica que no ha habidofallas en el sistema y la luz ambar indica que hubo alguna falla.
ProtecciónPermite que su instalación electrica trabaje en forma segura aún
con una falla a tierra. Reduce significativamente el posible daño a
equipos y protege al personal contra fallas a tierra al limitar la
corriente de falla a un nivel mínimo.
LocalizaciónExiste un modelo del Semáforo que es compatible con el módulo
generador de pulsos. Este Semáforo ha sido diseñado
especialment para instalaciones con multiples transformadores. La
utilización de este módulo externo permitirá localizar el puntoexacto de la falla mediante la generación de pulsos detectables
con un sensor de corriente flexible portatil sin interrumpir la
producción.
SEMAFORO
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SEMAFORO
• El STOPLIGHT es un sistema de puesta a tierra de alta resistenciacompleto y económico que proporciona una amplia protección alsistema contra fallas a tierra dañinas. Utilizando un simple peroefectivo sistema de tres lámparas, el Stoplight proporcionaindicación visual y remota para avisar al personal de operación y
mantenimiento de fallas a tierra.• Una luz roja indica un falla a tierra activa, una luz ámbar indica que
ha ocurrido una falla a tierra pero que es intermitente y una luzverde significa que no hay fallas a tierra activas en el sistema.
Componentes del SEMAFORO
R i t i d P t Ti d Alt R i t i
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• Resistencia de Puesta a Tierra de Alta Resistencia
– Su función es limitar las corrientes de falla a tierra a niveles nopeligrosos bajo una condición de falla a tierra monofásica. Esto
proporciona al usuario la oportunidad de mantener la continuidad delproceso y detectar y liberar la falla.
• Relevador y Transformador Detector de Falla a Tierra
– Mide la corriente de falla a tierra utilizando un transformador desecuencia cero. Filtra armónicas para eliminar la posibilidad de disparos
en falso.• Sistema Pulsante Automático (opcional)
– Limitará cíclicamente la falla al 100%, 75% y 50% de la corriente defalla a tierra disponible.
• Sensor Portátil (para usarse con sistema pulsante opcional) – Permite seguir los pulsos desde su fuente hasta el lugar específico de
la falla. Una vez que se localiza la falla, puede ser aislada y reparada.
GEMINI
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Patent Serial No.
09/656 328
DetecciónEl Gemini contiene una resistencia de puesta a tierra (Alta
resistencia) y un relé de falla a tierra y monitoreo de
resistencia. Es posible programar los valores de falla a tierra a
los que se disparará la alarma o se interrumpira el circuito.Este relé también alarmará o disparará cuando la el valor de la
resistencia de puesta a tierra sea mayor que el 150% o menor
que el 70% de su valor programado.
Protección
La resistencia de puesta a tierra tiene una trayectoriaredundante por lo que si una de ellas llegara a fallar la segunda
seguira proporcionando protección al sistema.
GEMINI
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• El GEMINI es un sistema integrado de puesta a tierra de neutrotolerante a fallas y con monitoreo de resistencia.
• Este sistema patentado tiene un altísimo nivel de tolerancia a fallasya que combina un sistema de resistencia redundante con un reléque monitorea su integridad contra cualquier variación.
• Proporciona protección contra problemas que comprometan la
integridad de la resistencia, incluyendo cortos circuitos o circuitosabiertos, además de limitar cualquier falla a tierra a niveles segurosy predeterminados y alarmar en caso de cualquier falla.
• Si empezara a fallar alguna de las resistencias, el sistema dará una
alarma y continuará proporcionando la protección necesaria hastaque el problema sea resuelto.
Componentes del GEMINI
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1.Unidad de Puesta a Tierra de Alta Resistencia
Limita las corrientes de falla a tierra a niveles que no ocasionen
problemas.Resistencias en paralelo que forman dos trayectorias identicas.
Dimensionadas para limitar las corrientes de falla fase-tierra avalores predeterminados. En caso de falla de alguna resistencia,la otra continuará limitando la falla a tierra a la mitad de losniveles predeterminados y seguirá proporcionando protección.
Adicionalmente una alarma indicará la falla de la resistencia.
Componentes del GEMINI
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Componentes del GEMINI
2. Relé de Falla a Tierra con Monitoreo de Resistencia (GFR-RM)En conjunto con un sensor de resistencia y un sensor de corriente, el
GFR-RM mide la corriente a través de la resistencia de puesta a tierra,el voltaje de neutro a tierra y el valor óhmico de la resistencia; comparalos valores medidos contra sus parametros ajustables y al detectar
condiciones anormales proporciona salidas de relé y señalesluminosas.
El GFR-RM es el único relé capaz de discriminar entre fallas a tierra, fallasde la resistencia, corto circuito y circuito abierto. La unidad dispara en1.5 segundos después de detectar una falla en la resistencia. Esta
condición se determina cuando la resistencia baja a menos del 66% osube a más del 150% de su valor nominal.
Componentes del GEMINI
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Componentes del GEMINI
3. Capacidad de Pulsos (Opcional)La corriente de falla fase-tierra se limitará cíclicamente al 100%,
75% y 50% de la corriente máxima permitida de falla a tierra.Este tren de pulsos podrá rastrearse fácilmente con unmultímetro y un sensor de de corriente flexible portátil (TS-
SENSOR) permitiendo la localización rápida del punto de fallaincluso en sistemas de distribución complejos sin necesidad dedesenergizarlos.
Resistencia Pulsante – OHMNI
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Resistencia Pulsante OHMNI
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Localizando fallas
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Localizando fallas
GADP
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• Rele de falla a tierra por detección de voltaje
• Para sistemas puestos a tierra por alta resistencia o flotantes
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Relé GADP
Id l i t d t i t ti di d
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• Ideal para sistemas de potencia con puesta a tierra por medio deresistencia donde se requiere indicación de la severidad de la falla,indicación de la fase fallada y la capacidad de localizar la falla.
• Opera bajo el principio del cambio de voltaje de línea a tierra que sepresenta cuando ocurre una falla en una de las líneas de un sistemacon puesta a tierra con alta resistencia.
• Para propósitos de medición, se utiliza un divisor de voltaje I-GARDtipo DDR2 el cuál proporciona una señal de baja tensiónproporcional para indicar cuál fase ha fallado y el nivel de falla como
un porcentaje del máximo nivel de falla del 100% (representando uncorto circuito de fase a tierra)
Relé GAPD
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RESISTOR DIVIDER
SENSING NETWORK
VOLTAGE SENSINGRELAY
Sistemas de Puesta a Tierra
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SLEUTH (DETECTIVE)
Para instalaciones existentes
DETECTIVE
Detección
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El Detective cuenta con un sensor de corriente de falla, un relé que
indica visual (y opcionalmente en forma auditiva) la ocurrencia de
una falla a tierra y su magnitud. Además cuenta con un sistema
generador de pulsos que permitirá al personal de mantenimientolocalizar el punto exacto de la falla sin perjudicar la operación de
los equipos conectados al sistema.
ProtecciónEl Detective también incluye una resistencia de puesta a tierra que
limitará las corrientes de falla fase-tierra a niveles no perjudiciales
(Alta resistencia).
LocalizaciónLocalizar fallas a tierra es muy sencillo con el Detective. Basta
activar la generación de pulsos y seguirlos hasta el lugar donde se
encuentra la falla. Una vez encontrado el punto de falla es posible
decidir si se separa dicha sección del sistema o si es mejor esperaral siguiente paro programado.
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Componentes del DETECTIVE
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• Resistencias para Puesta a Tierra por Alta Resistencia
– limitan las corrientes de falla a niveles no peligrosos bajocondición de falla fase-tierra.
– Permiten de mantener continuidad en procesos mientras selibera la falla.
• Sensor de corriente flexible portátil – Permite seguir los pulsos desde el Detective™ hasta el punto
exacto donde se encuentra la falla. Puede ordenarse concircunferencias de 61cm (TS-SENSOR) ó 122cm (TS-
SENSOR-48).
Componentes del DETECTIVE
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• Sistema Pulsante Automático
– Limitará la falla cíclicamente al 100%, 75% y 50% de la corrientede falla a tierra. El pulsado cíclico combinado con el sensorportátil ayudarán al usuario a localizar rápidamente el punto defalla aún en sistemas de distribución complejos y sin necesidad
de desenergizarlos o de desconectar las cargas.• Relé con Transformador Sensor de Falla a Tierra
– Este relevador digital basado en microprocesador mide lacorriente de falla a tierra utilizando un transformador de
secuencia cero integrado que mantiene su precisión sobre unrango de 45 a 65Hz y filtra las armónicas para eliminar laposibilidad de disparos en falso.
TURBO DETECTIVE
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DetecciónEl Turbo Detective opera de manera similar al Detective con la
diferencia de que es movil. Esto permite contar con las ventajas del
detective sin tener que instalar uno en cada transformador siempre
y cuando no se tenga el neutro distribuido.
ProtecciónEl Turbo Detective también incluye una resistencia de puesta a
tierra que limitará las corrientes de falla fase-tierra a niveles
menores a 10 amperios (Alta resistencia).
LocalizaciónPara localizar fallas a tierra con el Turbo Detective bastará
conectarlo a tierra y a las tres fases del sistema con falla, activar la
generación de pulsos y seguirlos hasta el lugar donde se dejen de
observar. Una vez encontrado el punto de falla es posible decidir sise separa dicha sección del sistema o si es mejor esperar al
siguiente paro programado.
Relé DSP OHMNI
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Selectividad en lainterrupcion en caso de una segunda falla atierra.
Relé DSP OHMNI
Diseñado para generar alarma sin disparar en caso de ocurrir una
falla a tierra Este relé tiene indicadores de fase magnitud y
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falla a tierra. Este relé tiene indicadores de fase, magnitud y
alimentador con falla.
Es el único que ofrece protección contra segunda falla gracias a su
sistema SIFT (Disparo selectivo instantaneo) que permite al usuario
priorizar los alimentadores de modo que al ocurrir la segunda falla
solo se disparará el alimentador de menor prioridad manteniendo elfuncionamiento del resto del sistema.
Además cuenta con un módulo generador de pulsos que permitirá
encontrar la ubicación exacta de la falla sin tener que deconectar elsistema.
Relé DSP OHMNI
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Nuevas características del DSP OHMNI
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• Comunicación Modbus
• Seguridad mejorada – Detección de corrientes de
arranque evita los incomodos disparos falsos
provocados por altas corrientes de arranque
• Montable en riel DIN – requiere mucho menos espacio
en tableros – ahora cabe en secciones de 22” de ancho
Relé DSP OHMNIOHMNI-PM NGR
PULSE SIGNAL BREAKER
LOADS
G
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DDR225VA CPT
120V
MAIN BUS
HORN
1A
DSP-DSM
ZSCS
TRIP SIGNAL
ALARM
CONTACTS
A B C N G
A B N GC
POWER AC/DC
T R I P
C O N T A C
T
S E N S O R
I N P U
T
DSP-DFM
DSP-DFMDSP-DPS
DSP-DM
RS-485 TO NETWORK
DSP-DFM
DSP-DFM
1A
1A
N
20 COND
RIBBON
Sesión 4
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• Otros Productos:
Rele Minero GCHK-100
DGF-CT-A
Paneles de Protección Personal
Relé Minero GCHK-100
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Relé Minero GCHK-100
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• Para atender las necesidades especiales de la minería, I-Gard hadesarrollado el relevador de falla a tierra GCHK-100. Este relevadorincrementará la seguridad del personal y el equipo en aplicacionessobre y bajo tierra. La detección de fallas a tierra es importante paraevitar descargas eléctricas y riesgos de incendio que al ocurrir
podrían causar serios daños.
• El GCHK-100 ha sido diseñado para usarse en sistemas aterrizadospor resistencia de hasta 4160V así como en circuitos de sistemasaterrizados cuando la corriente de carga se limite a 800 A.
Funcionamiento
• La seguridad del personal contra descargas eléctricas depende en muchode la integridad de la puesta a tierra del equipo cuando está energizado.Para esto se incorpora un segundo conductor de puesta a tierra en el cable
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Para esto se incorpora un segundo conductor de puesta a tierra en el cablede arrastre del equipo móvil. El GCHK-100 monitorea ambas tierras y
dispara cuando se excede un valor determinado.• Adicionalmente detectará si el circuito de tierra se ha puesto en corto o está
abierto. En caso de una falla en la conexión a tierra y una fuga eléctricadentro del equipo móvil, la carcasa podría energizarse y provocar unadescarga. En este caso el GCHK-100 detectará los altos voltajes en la
carcasa del equipo y disparará rápidamente. Este disparo será dos vecesmás rápido que en caso de un problema en la tierra y será cinco veces másrápido cuando el voltaje en la carcasa exceda los 100 V.
• Detecta la falla a tierra con 13 niveles de disparo, de 0.25 a 12.5A y ochoniveles de retardo, de 0.20 a 10 segundos.
• Verifica el circuito de tierra mediante conductor de tierra piloto auxiliar.
• Protección de voltaje de paso en carcasa. Cuatro niveles de disparo de 40a 100 V.
Relé de falla a tierra para CCMs:DGF-CT
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El DGF-CT cabe en una caja de CCM
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Paneles de Protección Personal
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2PDT
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• Protección de Personal, Una fase
• Clase A 5mA
• CSA No 144
• Cargas de 70A
• 120/208V, 120/240V
• 2 Polos
• Usos: Piscinas, Bombas, Jacuzzis
GP/GPA
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• 5mA, y 10mA, ajustes fijos de 208 a 600V
• CSA No144, UL 1053
• Sistemas puestos a tierra y flotantes
• Cargas de hasta 90HP
• Arrancadores, Bombas, Estaciones dePrueba
• Requiere Breaker o Contactor
GPD, GPFJ
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• 5mA, 10mA, 20mA, 35mA, 50mA
• 208V a 600V,
• CSA 144, UL 1053
• Sistemas puestos a tierra y flotantes
• Completo con Breaker o Interruptor manual• Iluminación bajo el agua, Fuentes, Granjas de peces, Lecherias
• Estaciones de pruebas, Laboratorios.
Sesión 5
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• Aplicaciones
Industrias Petrolera, Eléctrica, Química, de
Alimentos, del Papel,Minera, delTransporte, Automotriz, Centros de
Cómputo, Aeropuertos, Hospitales, Barcos
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Generadores en Paralelo
GENERATORS600VG G G G
TYPICAL PARALLEL GENERATOR HIGH RESISTANCE GROUNDING SCHEME
Zero Sequence Current Sensors
(one per feeder; one per generator)
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600V
DDR2-6
DSA
15-20A, 3P
100 kAIC
5A, 347V NeutralGrounding Resistor
To BMS
To BMS
Optional
Pulsing Resistor
5A, 600V
Zig-Zag Grounding
Transformer
2 - #16AWG, 24 Vdc
for pulsing control
See Notes 1 and 2.
Notes:
1. NGR/Zig-Zag assembly w ith pulsing resistor , IPC Part Number: OHMNI-6PM-5-ZZ
2. NGR/Zig-Zag assembly w ithout pulsing resistor, IPC Part Number: NTR600-5-ZZ
D S - P M 2
Optional DS-PM2 Pulsing Card
AWG#8 as per
CEC 10-1108(3)
Sesión 6
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• Configuración y especificación deproductos
Mayor información
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Bibliografía
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• IEEE Std 80-2000 Guide for Safety in AC Substation Grounding
• IEEE Std 142-1991 Grounding of Industrial and Commercial PowerSystems.
• IEEE Std 141-1993 Electric Power Distribution for Industrial Plants.
• NEC 70 1998. National Fire Protection Association. Quincy MA.
• The National Electrical Code - 1990 Handbook. National
Fire Protection Association. Quincy MA.• McGraw-Hill's Standard Handbook for Electrical Engineers 1993.McGraw-Hill. New York NY.
• McGraw-Hill's National Electrical Code Handbook 1993. McGraw-Hill. New York NY.
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