Guia diseño MT

Gua de diseo de MT Media tensin

Merlin Gerin

200 2

Construir un nuevo mundo elctrico

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Gua de diseo

ObjetivoEsta gua constituye un catlogo de conocimientos tcnicos al servicio de cualquier diseador de equipos de media tensin.

b Presentar y ayudar a seleccionar equipos MT conformes con las normas. b Proporcionar las normas de diseo para dimensionar o calcular un cuadro de MT.

Mtodob Proponiendo frmulas de clculo sencillas y claras para guiar paso a paso al diseador. b Mostrando ejemplos concretos de los clculos. b Ofreciendo informacin acerca de las unidades de medida y las normas internacionales. b Comparando las normas internacionales.

ResumenEsta gua le ayuda a realizar los clculos necesarios para definir y dimensionar los materiales y ofrece informacin til para permitirle disear su cuadro de MT.

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ndice general

Gua de diseo de MT

PresentacinEquipos prefabricados bajo envolvente metlicaTensin Intensidad Frecuencia Funciones del aparellaje Diferentes tipos de envolventes

556 8 9 9 10

Normas de diseoPotencia de cortocircuito Intensidad de cortocircuitoTransformador Generadores sncronos Motor asncrono Resumen de ayuda Ejemplo de clculo en trifsico

1111 1213 14 14 15 17

Clculo de los juegos de barrasLa resistencia trmica La resistencia electrodinmica Ejemplo de clculo de juego de barras

2124 27 30

Resistencia dielctricaRigidez dielctrica del entorno Forma de las piezas Distancia entre las piezas

3838 39 39

Grado de proteccinCdigo IP Cdigo IK

4141 43

Definicin de aparellajeDisyuntor de media tensin Transformador de intensidad Transformadores de tensin Decalajes

4545 54 61 64

Unidades de medidaNombre y smbolos de las unidades de medida SIUnidades bsicas Magnitudes y unidades corrientes Correspondencia entre las unidades anglosajonas y las unidades del sistema internacional (SI)

676767 67 69

NormasNormas citadas Comparacin CEI-ANSI

7171 72

ndice

81

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Presentacin

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Equipos prefabricados bajo envolvente metlica

IntroduccinPara empezar, algunos datos indispensables acerca de los cuadros MT. Se hace referencia a la Comisin Elctrica Internacional (CEI). Para disear una celda de media tensin, debe conocer las magnitudes bsicas siguientes:b b b b La tensin La intensidad La frecuencia La potencia de cortocircuito.

La tensin, la intensidad asignada y la frecuencia de utilizacin suelen conocerse o se pueden definir fcilmente, pero, cmo conocer la potencia o la corriente de cortocircuito en un punto determinado de la instalacin? Conocer la potencia de cortocircuito de una red permite elegir entre los diferentes elementos del cuadro que deben resistir a los calentamientos elevados y a los esfuerzos electrodinmicos. Conocer la tensin (kV) permite definir la resistencia dielctrica de los elementos. Ejemplo: disyuntores, aisladores, TC. El seccionamiento, el mando y la proteccin de las redes elctricas se realiza a travs del aparellaje. b Los aparellajes en envolvente metlico se clasifican en tres categoras: v blindados; v compartimentados; v monobloque.

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Presentacin

Equipos prefabricados bajo envolvente metlica0

TensinTensin de servicio U (kV)Es la aplicada en las bornas del material.

Tensin asignada Ur (kV)Conocida anteriormente como tensin nominal, es el valor eficaz mximo de la tensin que el material puede soportar en funcionamiento normal. La tensin asignada es siempre superior a la tensin de servicio y est asociada a un nivel de aislamiento.

Nivel de aislamiento Ud (kV ef. 1 mn) y Up (kV de cresta)Establece la resistencia dielctrica de los materiales a las sobretensiones de maniobra y a los choques de rayos. b Ud: las sobretensiones de origen interno acompaan a cualquier modificacin que se realice en un circuito: apertura o cierre de un circuito, contorneo de un aislante, etc. Se simula en laboratorio por la tensin de resistencia a la frecuencia industrial durante un minuto. b Up: las sobretensiones de origen externo o atmosfrico se producen cuando los rayos caen en la lnea o en sus proximidades. La onda de tensin resultante se simula en laboratorio y se denomina onda de choque.

Nota: la CEI 694 establece en su artculo 4 los diferentes valores de tensin y en el artculo 6 las condiciones de ensayo dielctrico.

Ejemplo: b Tensin de servicio: 20 kV b Tensin asignada: 24 kV b Tensin de resistencia a la frecuencia industrial 50 Hz 1 mn: 50 kV ef. b Tensin de resistencia a la onda de choque 1,2/50 ms: 125 kV cresta

.

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Presentacin

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NormasSalvo casos especiales, los materiales MERLIN GERIN cumplen con la lista 2 del cuadro de la serie 1 de las CEI 60 071 y 60 298. Tensin asignada kV ef. 7,2 12 17,5 24 36 Resistencia a la onda de choque 1,2/50 s 50 Hz kV cresta lista 1 lista 2 40 60 60 75 75 95 95 125 145 170 Resistencia a la frecuencia industrial 1 minuto kV ef. 20 28 38 50 70 Tensiones de servicio ms usuales kV ef. 3,3 a 6,6 10 a 11 13,8 a 15 20 a 22 25,8 a 36

Los niveles de aislamiento se aplican a aparellajes bajo envolvente metlica para una altitud inferior a 1.000 metros, 20C, 11 g/m3 de humedad y una presin de 1.013 mbares. Con valores superiores, se recomienda considerar un decalaje. A cada nivel de aislamiento corresponde una distancia en el aire que garantiza la resistencia del material sin certificado de ensayo. Tensin asignada kV ef. 7,2 12 17,5 24 36 Resistencia a la onda de choque 1,2/50 s kV de cresta 60 75 95 125 170 Distancia/masa en el aire cm 10 12 16 22 32

Tensiones normalizadas CEI

U Um 0,5 Um t

tensin asignadaresistencia dielctrica 50 Hz 1 mm

0

1,2 s

50 s

resistencia dielctrica a la onda de choque

20 7,2 12 28 38 50 70Ud

60 75 95 125 170Up

17,5 24 36Ur

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Presentacin


IntensidadIntensidad asignada en servicio continuo: Ir (A)Es el valor eficaz de la corriente que un material puede soportar cerrado, sin sobrepasar el calentamiento permitido por las normas. En la siguiente tabla se recapitulan los calentamientos permitidos por la CEI en funcin del tipo de contactos. Intensidad asignada en servicio continuo: Tipo del componente del material Valores mximosTemperatura mx. del conductor (0C) Calentamiento mx. = t0. mx. - 400C

contactos en el aire cobre o aleacin de cobre desnudo 75 35 plateados o niquelados 105 65 estaados 90 50 conexiones mediante tuercas o dispositivos equivalentes cobre desnudo, aleacin de cobre desnudo o aleacin de aluminio 90 50 plateadas o niqueladas 115 75 estaadas 105 65Nota: las intensidades asignadas utilizadas normalmente por Merlin Gerin son las siguientes: 400, 630, 1 250, 2 500 y 3 150 A.

Intensidad de servicio: I (A)Se calcula en funcin del consumo de los aparatos conectados al circuito en cuestin. Es la intensidad que atraviesa realmente el material. Si no disponemos de los elementos de clculo, el cliente debe proporcionarnos su valor. La intensidad de servicio se puede calcular cuando se conoce la potencia de los receptores. Ejemplos: b Un cuadro con una salida de motor de 630 kW y una salida de transformador de 1.250 kVA con 5,5 kV de tensin de servicio. v clculo de la intensidad de servicio de la salida del transformador: Potencia aparente:S = UI 3 S 1250 I = ---------- = -------------------------- = 130A U 3 5 ,5 1 ,732

v clculo de la intensidad de servicio de la salida del motor: cosj = factor de potencia = 0,9 h = rendimiento del motor = 0,9P 630 I = ----------------------- = ----------------------------------------------------- = 82A U 3 cos jh 5 ,5 1 ,732 0 ,9 0 ,9

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Presentacin

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Intensidad de cortocircuito mnima: Icc (kA ef)(ver la explicacin en el captulo "Corrientes de cortocircuito").

Valor eficaz de la intensidad de cortocircuito mxima: It (kA ef. 1 o 3 s)(ver la explicacin en el captulo "Corrientes de cortocircuito").

Valor cresta de la intensidad de cortocircuito mxima: Idin (kA cresta)(valor de la primera cresta del perodo transitorio) (ver la explicacin en el captulo "Corrientes de cortocircuito").

Frecuencia fr (Hz)b Se utilizan normalmente dos frecuencias en todo el mundo: v 50 Hz en Europa v 60 Hz en America. Algunos pases utilizan las dos frecuencias indistintamente.

Funciones del aparellajeDesignacin y smboloSeccionador

funcin

maniobra de las corrientes de servicio de defecto

aslaSeccionador de tierra

aslaInterruptor

(poder de cierre en c/c)

maniobra no aslaInterruptor seccionador

maniobra aslaDisyuntor fijo

maniobra protege no asla maniobra protege

Disyuntor desenchufable

Contactor fijo

maniobra no aslaContactor desenchufable

maniobra, asla si est desenchufadoFusible

protege no asla = S

(1 vez)

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Presentacin


Diferentes tipos de envolventesCaractersticasCeldas

Blindada

Compartimentada

Monobloque

Paredes externas Nmero de compartimentos de MT Paredes internas

metlicas y siempre conectadas a tierra u 3 metlicas y siempre conectadas a tierra difcil, pero siempre posible = S

3 indiferente metlicas o no posible

y2 indiferente metlicas o no

Presencia de pasatapas de enchufado Pantallas para impedir el acceso a los compartimentos en tensin Flexibilidad de intervencin en caso de presencia de tensin Desplazamiento del arco en el interior de la clula

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Normas de diseo

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Potencia de cortocircuito

IntroduccinEjemplo 1: 25 kA con tensin de servicio de 11 kVR E

Zcc LIcc

b La potencia de cortocircuito depende directamente de la configuracin de la red y de la impedancia de sus componentes: lneas, cables, transformadores, motores, etc., que recorre la corriente de cortocircuito. b Es la potencia mxima que puede proporcionar una red en una instalacin en defecto, expresada en MVA o en kA eficaces para una tensin de servicio determinada.U Icc : : tensin de servicio (kV) corriente de cortocircuito (kA eficaz) Ver: pgs. siguientes

A U B Zs

Scc =

3 U Icc

La potencia de cortocircuito se puede equiparar a una potencia aparente. b El cliente nos impone asimismo el valor de la potencia de cortocircuito, ya que raras veces disponemos de los elementos de clculo. Para determir la potencia de cortocircuito, es preciso un anlisis de los flujos de las potencias que alimentan el cortocircuito en el caso ms desfavorable.

Las fuentes posibles son las siguientes:b Llegada de la red a travs del o de los transformadores de potencia. b Llegada del alternador. b Retorno de potencia debido a las mquinas giratorias (motores, etc.) o a travs de los transformadores MT/BT.63 kV

Ejemplo 2: b El retorno por la BT Icc5 slo es posible si el transf. (T4) est alimentado por otra fuente. b Tres fuentes suministran al cuadro (T1-A-T2) v disyuntor D1 (c/c en A) Icc1 + Icc2 + Icc3 + Icc4 + Icc5 v disyuntor D2 (c/c en B) Icc1 + Icc2 + Icc3 + Icc4 + Icc5 v disyuntor D3 (c/c en C) Icc1 + Icc2 + Icc3 + Icc4 + Icc5

T1Icc1

A

T2Icc2 Icc3

A D1

B D2 10 kV

C D3

D6 MT T3Icc5

D4

D5

D7

M

Icc4

BT T4 BT MT

Es preciso calcular cada una de las corrientes Icc.

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Normas de diseo

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Intensidad de cortocircuito

Todas las instalaciones elctricas deben estar protegidas contra los cortocircuitos, y salvo excepcin, cada vez que se produce una discontinuidad elctrica; sto se debe generalmente a un cambio de seccin de los conductores. La intensidad de la corriente de cortocircuito debe calcularse en cada fase de la instalacin para las diferentes configuraciones posibles de la red; con el fin de determinar las caractersticas del material que debe soportar o que debe cortar esta corriente de defecto.

b Para elegir adecuadamente los aparatos de corte (disyuntores o fusibles) y ajustar las funciones de proteccin, deben conocerse tres valores de corriente de cortocircuito: v intensidad de cortocircuito mnima: Icc = (kA ef) (ejemplo: 25 kA ef)

Corresponde a un cortocircuito en el extremo del enlace protegido (defecto en el extremo de un alimentador (ver fig.1) y no justo detrs del dispositivo de corte). Su valor permite elegir el ajuste de los umbrales de proteccin de mximo de corriente y los fusibles; en particular, cuando la longitud de los cables es importante o cuando la fuente es relativamente impedante (generador, onduladores).

v valor eficaz de la intensidad de cortocircuito mxima: It = (kA ef. 1 s 3 s) (ejemplo: 25 kA ef. 1 s)

Corresponde a un cortocircuito muy prximo a las bornas aguas abajo del aparato de corte (ver la fig.1). Se define en kA para 1 3 segundos y sirve para determinar la resistencia trmica que deben soportar los materiales. v valor de cresta de la intensidad de cortocircuito mxima: (valor de la primera cresta del perodo transitorio)Ith Icc

Idin = (kA cresta)R X cable MT

(ejemplo: 2,5 25 kA = 63,75 kA de cresta CEI 60 056 2,7 25 kA = 67,5 kA de cresta ANSI) - Idin equivale a:

figura 1

2,5 Icc en 50 Hz (CEI) , 2,6 Icc en 60 Hz (CEI) , 2,7 Icc (ANSI) (Icc: intensidad de cortocircuitocalculada en un punto concreto de la red)

Determina el poder de corte y de cierre de los disyuntores e interruptores, as como la resistencia electrodinmica de los juegos de barras y del aparellaje.Corriente Componente continuaI cresta = Idyn

- La CEI indica los valores siguientes: 8 - 12,5 - 16 - 20 - 25 - 31,5 - 40 kA eficaces. Estos valores se utilizan generalmente en las especificaciones.Nota: b Puede ocurrir que un pliego de condiciones proporcione un valor en kA ef y un valor en MVA como se indica a continuacin: 2rIcc Icc = 19 kA ef 350 MVA con 10 kV Tiempo v si se calcula la intensidad equivalente a 350 MVA se obtiene: 350 I cc = -------------------- = 20 ,2 kA ef 3 10 La diferencia se debe a la forma en que se redondea el valor y a las costumbres locales. El valor 19 kA ef es probablemente el ms realista. v existe otra explicacin: en media y alta tensin, la CEI 909 aplica un coeciente de 1,1 para calcular el Icc mximo. U E I cc = 1 ,1 ----------------------- = -------3 Z cc Z cc (Ver: ejemplo 1 p 11 Introduccin). El coeficiente 1,1 tiene en cuenta una cada de tensin del 10% en la lnstalacin en defecto (cables, etc.).

2rIcc

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Normas de diseo

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TransformadorPara determinar la intensidad de cortocircuito en las bornas de un transformador, se necesita conocer la tensin de cortocircuito (Ucc %). b Ucc % se define de la siguiente forma:

La intensidad de cortocircuito depende del tipo de material instalado en la red (transformadores, alternadores, motores, lneas, etc.).

potencimetro

U: O a Ucc

V

primario

secundario

A

I: O a Ir

1 el transformador de tensin no est alimentado: U = 0 2 poner el secundario en cortocircuito 3 subir progresivamente la tensin U en el primario hasta obtener

Ejemplo: b Transformador 20 MVA b Tensin 10 kV b Ucc = 10% b Potencia de la fuente aguas arriba: infinita Sr 20 000 Ir = ------------------------------- = ---------------- = 1 150A 3 U (vaco) 3 10 Ir 1 150 Icc = ------- = -------------------- 11 500A = 11 ,5kA U cc 10 100

la intensidad nominal asignada Ir en el secundario del transformador.

El valor U obtenido en el primario es entonces igual a Ucc

b La corriente de cortocircuito, expresada en kA, se obtiene por la siguiente relacin: Ir I cc = --------U cc

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G

Generadores sncronos (alternadores y motores)El clculo de la intensidad de cortocircuito en las bornas de un generador sncrono es muy complejo, ya que la impedancia interna de ste vara en funcin del tiempo. b Cuando la potencia aumenta progresivamente, la corriente disminuye pasando por tres perodos caractersticos: v subtransitorio (permite determinar el poder de cierre de los disyuntores y los esfuerzos electrodinmicos), duracin media de 10 ms v transitorio (fija los esfuerzos trmicos del material), duracin media 250 ms v permanente (es el valor de la corriente de cortocircuito en rgimen establecido). b La intensidad de cortocircuito se calcula igual que para los transformadores, pero es necesario tener en cuenta los diferentes regmenes.

Ejemplo: Modo de clculo para un alternador o un motor sncrono b Alternador 15 MVA b Tensin U = 10 kV b X'd = 20% Sr 15 Ir = --------------- = --------------------------- = 870A 3U 3 10 000

corriente

Iraparicin del defecto

Icc tiempo

Ir 870 Icc = ----------------------- = --------------- = 4350A = 4 ,35kA Xcc trans 20/100

rgimen rgimen normal subtransitorio

rgimen transitorio

rgimen permanente

cortocircuito

b La intensidad de cortocircuito se obtiene por la siguiente relacin: Ir I cc = --------X cc1

Xcc

:

reactancia de c/c

b Los valores ms corrientes para un generador sncrono son los siguientes: RgimenXcc

Subtransitorio X''d10 - 20%

Transitorio X'd15 - 25%

Permanente Xd200 - 350%

Motor asncronoMb Para los motores asncronos v la intensidad de cortocircuito en las bornas equivale a la intensidad de arranque Icc z 5 a 8 Ir v la contribucin de los motores (retorno de corriente) a la intensidad de cortocircuito es igual a: I z 3 S Ir El coeficiente 3 tiene en cuenta los motores parados y la impedancia para ir hasta el defecto.14Schneider Electric

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Resumen de ayuda para el clculo de las intensidades de cortocircuito trifsico

b Cortocircuito trifsico S cc = 1 ,1 U I cc = 1 ,1 U I cc = --------------------3 Z cc b Red aguas arriba U Z = --------S cc b Lneas areas L R = r --SX = 0,4 W/km X = 0,3 W/km r = 1,8.10-6 W cm r = 2,8.10-6 W cm r = 3,3.10-6 W cm HT MT/BT cobre aluminio almelec2

U2 3 = -------Z cc Z cc = R2 + X2

con

R --- = X

{

0,3 en 6 kV 0,2 en 20 kV 0,1 en 150 kV

b Generadores sncronos U X cc ( % ) Z ( W ) = X ( W ) = ----- -----------------Sr 100Xcc turbo polos salientes subtransitorio 10 a 20% 15 a 25% transitorio 15 a 25% 25 a 35% permanente 200 a 350% 70 a 120%2

b Transformadores(orden de magnitud: para los valores reales, consultar los proporcionados por el fabricante)

Ejemplos :

20 kV/410 V; Sr = 630 kVA; Ucc = 4% 63 kV/11 V; Sr = 10 MVA; Ucc = 9%2

U U cc ( % ) Z ( W ) = ----- -----------------Sr 100Sr (kVA) Ucc (%) 100 a 3.150 5.000 a 25.000 4 a 7,5 8 a 12 MT/BT AT/MT

b Cables X = 0,10 a 0,15 W/km trifsicos o unipolares b Juegos de barras X = 0,15 W/km

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b Motores y compensadores sncronos

Xcc motores G velocidad motores P velocidad compensadorers

subtransitorio 15% 35% 25%

transitorio 25% 50% 40%

permanente 80% 100% 160%

b Motores asncronos Ir U Z ( W ) = ---- ----Id Sr2

subtransitoio solamente Icc z 5 a 8 Ir Iz

3SI r

aportacin a Icc por retorno de corriente (con I asignada = Ir)

b Arcos en defecto I cc I d = ------------------1, 2 a 3 b Impedancia equivalente de un elemento a travs de un transformador v por ejemplo, para un defecto en baja tensin, la contribucin de un cable AT aguas arriba del transformador AT/BT ser: 2 R2 = R1 U - -----1 U 2

y

2 X2 = X1 U - -----1 U

2

2 as Z2 = Z1 U 1 -----U

2

Esta frmula es vlida independientemente del nivel de tensin del cble, es decir, incluso a travs de varios transformadores en serie.

AFuente de alimentacin Ra, Xa HT cable R1, X1 n BT cable R2, X2

transformador RT, XT (impedancia en el primario)

v impedancia vista desde el punto de defecto A:

S R = R 2 + ------- + ------ + -----2 2 2

RT n

R1 n

Ra n

S X = X 2 + ------- + ------ + -----2 2 2

XT n

X1 n

Xa n

n: relacin de transformacin b Tringulo de impedancias Z = (R + X )2 2Z X

R

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Ejemplo de clculo en trifsicoLa complejidad del clculo de la intensidad de cortocircuito trifsica reside bsicamente en determinar el valor de la impedancia de la red aguas arriba del punto de defecto Mtodo de las impedanciasTodos los componentes de una red (red de alimentacin, transformador, alternador, motores, cables, barras, etc.) se caracterizan por una impedancia (Z) compuesta por un elemento resistente (R) y un elemento inductivo (X) denominado reactancia. X, R y Z se expresan en ohmios. b La relacin entre los diferentes valores se obtiene mediante: Z=(ver el ejemplo 1 al lado)

( R2 + X2 )

Ejemplo 1:

b El mtodo consiste en: v descomponer la red en tramos v calcular para cada componente los valores R y X v calcular para la red: - el valor de R o de X equivalente - el valor de la impedancia equivalente - la intensidad de cortocircuito. b La intensidad de cortocircuito trifsica es la siguiente: U Icc = ----------------------

Esquema de la redTr1 Tr2

A

3 Z cc

Esquemas equivalentesZr Zt1 Za Zt2

Icc U Zcc

: : :

intensidad de cortocircuito (en kA) tensin entre fases en el punto en cuestin antes de la aparicin del defecto, en kV. impedancia de cortocircuito (en ohmios)

(ver el ejemplo 2 al lado)Z = Zr + Zt1//Zt2 Z = Zr + Zt1 Zt2 Zt1 + Zt2

Za

Zcc = Z//Za Zcc = Z Za Z + Za

Ejemplo 2: b Zcc = 0,72 ohmios b U = 10 kV Icc = ----10--- = 21,38 kA ---------3 0,27

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Un problema para resolver...

Datos del ejercicio propuestoAlimentacin en 63 kV Potencia de cortocircuito de la fuente: 2.000 MVA b Configuracin de la red: Dos transformadores en paralelo y un alternador. b Caractersticas de los materiales: v transformadores: - tensin 63 kV / 10 kV - potencia aparente: 1 de 15 MVA, 1 de 20 MVA - tensin de cortocircuito: Ucc = 10% v Alternador: - tensin: 10 kV - potencia aparente: 15 MVA - X'd transitorio: 20% - X"d subtransitorio: 15% b Pregunta: v determinar el valor de la corriente de cortocircuito en el nivel del juego de barras, v el poder de corte y de cierre de los disyuntores D1 a D7.

Esquema unifilarAlternador 15 MVA X'd = 20% X''d = 15%T1 G1

63 kVTransformador 15 MVA Ucc = 10%T2

Transformador 20 MVA Ucc = 10%

D3

D1 10 kV

D2Juego de barras

D4

D5

D6

D7

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Pero he aqu la solucin del problema junto con el mtodo...

Solucin del ejerciciob Determinacin de las diferentes corrientes de cortocircuito Las tres fuentes que pueden alimentar el cortocircuito son los dos transformadores y el alternador. Supongamos que no puede haber retorno de potencia a travs de D4, D5, D6 y D7. En caso de cortocircuito aguas arriba de un disyuntor (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7), ste se ve atravesado por la corriente de cortocircuito suministrada por los T1, T2 y G1. b Esquema equivalente Cada elemento se compone de una resistencia y de una inductancia. Es necesario calcular estos valores para cada elemento. La red se puede representar de la siguiente forma:

Zr = impedancia de red

Za = impedancia de diferentes alternadores en funcin del rgimen (transitorio o subtransitorio) Z20 = impedancia del transformador 20 MVA

Z15 = impedancia del transformador 15 MVA

juego de barras

La experiencia demuestra que la resistencia suele ser dbil frente a la reactancia, por lo que se puede deducir que la reactancia es igual a la impedancia (X = Z). b Para determinar la potencia de cortocircuito, es preciso calcular los diferentes valores de las resistencias y de las inductancias y a continuacin realizar la suma aritmtica por separado: Rt = R Xt = X b Conociendo Rt y Xt, se deduce el valor Zt aplicando la frmula: ( Z = SR 2 + SX 2 )Nota: al no ser R relevante frente a X, se puede decir que Z = X.

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Componente

Clculo Zr U 10 = ------ = --------2000 Scc2 2 2

Z = X (ohmios)0,052

Y ahora... los resultados!

Red Scc = 2.000 MVA U de servicio = 10 kV Transformador 15 MVA (Ucc = 10%) U de servicio = 10 kV Transformador 20 MVA (Ucc = 10%) U de servicio = 10 kV Alternador de 15 MVA U de servicio = 10 kV Rgimen transitorio (Xcc = 20%) Rgimen subtransitorio (Xcc = 15%) Juego de barras Puesta en paralelo de los transformadores Puesta en serie con la red y la impedancia de los transformadores Puesta en paralelo del grupo Rgimen transitorio Rgimen subtransitorio

Z15 =

U

10 ---- U c c = 10 100 ------ -----15 Sr U 10 ---- U c c = 10 100 ------ -----20 Sr2 2 2

0,67 0,5

Z20 =

U Za = ------ X cc Sr 2 20 10 Zat = -------- -----15 100 15 10 Zas = -------- -----15 100 Z15 Z20 0, 67 0, 5 Z15 || Z20 = --------------------------- = -----------------------------Z15 + Z20 0, 67 + 0, 5 Zr + Zet = 0, 05 + 0, 29 Zer Zat 0, 34 1, 33 Zer || Zat = -------------------------- = --------------------------------Zer + Zat 0, 34 + 1, 33 Zer Zat 0, 34 1 Zer || Zat = -------------------------- = ----------------------Zer + Zat 0, 34 + 12

Zat = 1,33 Zas = 1

Zet = 0,29 Zer = 0,34

z 0,27 z 0,25

Disyuntor

Circuito equivalente Poder de corteZ (ohmios) en kA ef. Icc 10 1 U2 = ----------------------- = ------ -------3 Zcc 3 Zcc

Poder de cierre2,5 Icc (en kA cresta)

Nota: un disyuntor se dene por un poder de corte de un valor ecaz en rgimen estabilizado y un porcentaje de componente aperidica que depende del tiempo de apertura R del disyuntor y del --- de la red (aprox. 30%). X Para los alternadores, el componente aperidico es muy elevado; es preciso validar los clculos mediante ensayos en laboratorios.

D4 a D7Zr Za Z15 Z20

rgimen transitorio Z = 0,27 rgimen subtransitorio Z = 0,25

21,40

21, 40 2, 5 = 53, 15

Zt = [Zr + (Z15//Z20)]//Za D3 alternadorZr

17 Z = 0,34Z20

17 2, 5 = 42, 5

Z15

Zt = Zr + (Z15//Z20) D1 transformador 15 MVA 17,9Zr Za Z20

14, 9 2, 5 = 37, 25


Zt = (Zr + Z20)//Za D2 transformador 20 MVA 12,4Zr Za Z15

12, 4 2, 5 = 31


Zt = (Zr + Z15)//Za 20

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Clculo de los juegos de barras

Introduccinb Las dimensiones del juego de barras se determinan teniendo en cuenta las condiciones normales de utilizacin. La tensin (kV) que se aplica a la instalacin establece la distancia entre las fases y entre las fases y la masa y determina la altura y la forma de los soportes. La intensidad asignada de la corriente que atraviesa el juego de barras sirve para determinar la seccin y la naturaleza de los conductores. b A continuacin es preciso asegurarse de que los soportes (aisladores) resistan a los efetos mecnicos y que las barras resistan a los efetos mecnicos y trmicos debido a las corrientes de cortocircuito. Es tambin necesario comprobar que el perodo de vibracin propio de las barras no entre en resonancia con el perodo de la corriente. b Para calcular un juego de barras es preciso partir de las hiptesis de caractersticas elctricas y fsicas siguientes: Caractersticas elctricas del juego de barrasScc Ur U Ir : : : : potencia de cortocircuito de la red* tensin asignada tensin de servicio intensidad asignada MVA kV kV A

Calcular un juego de barras consiste en realidad en comprobar que ofrece una resistencia trmica, electrodinmica y de no resonancia sucientes.

* Nota: El cliente la proporciona normalmente de esta forma o se puede calcular conociendo la corriente de cortocircuito Icc y la tensin de servicio U: (Scc = 3 Icc U; ver el captulo relativo a las "Corrientes de cortocircuito").

Caractersticas fsicas del juego de barrasS d l : : : seccin de una barra distancia entre las fases distancia entre aisladores de una misma fase temperatura ambiente (qn 40C) calentamiento admisible* : : : plano cobre plano cm cm2

cm C C

qn (q - qn)

: :

perfil material disposicin

aluminio de canto

n de barras por fase :* Nota: ver la tabla V de la norma CEI 60 694 en las 2 pgs. siguientes

Resumen: barra de cm por fase

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CalentamientoExtracto de la tabla V de la norma CEI 60 694

Naturaleza del componente, del material y del dielctricoTemperatura (Ver: 1, 2 y 3) q (C)Conexiones mediante tuercas o dispositivos equivalentes (ver : 7) cobre desnudo, aleacin de cobre desnudo o aleacin de alum. en el aire el aire 90 el SF6 * 105 el aceite 100 plateados o niquelados en el aire 115 el SF6 115 el aceite 100 estaados en el aire 105 el SF6 105 el aceite 100* SF6 (hexafluoruro de azufre)

(q - qn) con qn = 40C

50 65 60 75 75 60 65 65 60

1 Segn su funcin, el mismo componente puede pertenecer a varias de lascategoras enumeradas en la tabla V. En tal caso, los valores admisibles correspondientes a la temperatura y al calentamiento que deben tenerse en cuenta son los ms dbiles de las categoras en cuestin.

2 Para los aparatos de conexin en el vaco, los valores lmites de temperatura y de calentamiento no se aplican a los componentes en el vaco. Los dems componentes no deben superar los valores de temperatura y de calentamiento indicados en la tabla V.

3 Deben tomarse todas las precauciones necesarias para no causar ningndao en los materiales del entorno.

7 Cuando elementos de contacto estn protegidos de forma diferente,las temperaturas y los calentamientos admisibles son los del elemento para el cual la tabla V permite los valores ms elevados.

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CalentamientoExtracto de la tabla V de la norma CEI 60 694

Naturaleza del componente, del material y del dielctrico temperatura(Ver: 1, 2 y 3) Contactos (Ver: 4) cobre o aleacin de cobre desprotegido en el aire el SF6 * el aceite plateados o niquelados (Ver: 5) en el aire el SF6 el aceite estaados (ver: 5 y 6) en el aire el SF6 el aceite* SF6 (hexafluoruro de azufre)

(q - qn)con qn = 40 C

q (C)

75 90 80 105 105 90 90 90 90

35 50 40 65 65 50 50 50 50

1 Segn su funcin, el mismo componente puede pertenecer a varias de lascategoras enumeradas en la tabla V. En tal caso, los valores admisibles correspondientes a la temperatura y al calentamiento que deben tenerse en cuenta son los ms dbiles de las categoras en cuestin.

2 Para los aparatos de conexin en el vaco, los valores lmites detemperatura y de calentamiento no se aplican a los componentes en el vaco. Los dems componentes no deben superar los valores de temperatura y de calentamiento indicados en la tabla V.

3 Deben tomarse todas las precauciones necesarias para no causar ningndao en los materiales del entorno.

4 Cuando los elementos de contacto estn protegidos de forma diferente,las temperaturas y los calentamientos admisibles son los del elemento para el cual la tabla V permite los valores ms bajos.

5 La calidad del revestimiento debe ser tal que una capa de proteccinpueda subsistir en la zona de contacto: - despus del ensayo de establecimiento y de corte (si existen), - despus del ensayo de corriente de corta duracin admisible, - despus del ensayo de resistencia mecnica, segn las especificaciones propias de cada material. En caso contrario, los contactos deben considerarse como "desnudos".

6 Para los contactos de los fusibles, el calentamiento debe cumplir con laspublicaciones relativas a los fusibles de alta tensin.

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Comprobemos que la seccin elegida : ... barras de ... ... cm por fase responde a los calentamientos producidos por el paso de la intensidad asignada y al paso de la intensidad de cortocircuito durante 1 a 3 segundos.

La resistencia trmica...Al paso de la intensidad asignada (Ir)La frmula de MELSON & BOTH publicada en la revista "Copper Development Association" permite definir la intensidad admisible en un conductor:

24 ,9 ( q q n ) 0, 61 S 0, 5 p 0, 39 I = K --------------------------------------------------------------------------r 20 [ 1 + a ( q 20 ) ]

con:I : intensidad admisible expresada en amperios (A) el decalaje de la intensidad debe preverse: - para una temperatura ambiente superior a 40C - para un ndice de proteccin superior a IP5 temperatura ambiente (qn 40C) calentamiento admisible * seccin de una barra permetro de una barra(ver esquema contiguo)

qn (q - qn) S

: : : :

C C cm2 cm

P

P

p

permetro de una barra

r

20

: : : : :

resistividad del conductor a 20C cobre: aluminio:

1,83 W cm 2,90 W cm

a K

coeciente de temperatura de la resistividad: 0,004 coeciente de las condiciones producto de 6 coecientes (k1, k2, k3, k4, k5, k6), descritos a continuacin

* (ver la tabla V de la norma CEI 60 694 en las pginas anteriores)

Definicin de los coeficientes k1, 2, 3, 4, 5, 6:

e

b El coeficiente k1 depende del nmero de barras semiplanas por fase para: v 1 barra (k1 = 1) v 2 3 barras, ver la tabla siguiente:0,05 0,06 n de barras por fase 2 1,63 1,73 3 2,40 2,45 0,08 1,76 2,50 e/a 0,10 0,12 k1 1,80 1,83 2,55 2,60 0,14 1,85 2,63 0,16 1,87 2,65 0,18 1,89 2,68 0,20 1,91 2,70

a

e

En nuestro caso: e/a = el nmero de barras por fase = por lo que k1 =

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b El coeficiente k2 depende del estado de la superficie de las barras: v desprotegidas: k2 = 1 v pintadas: k2 = 1,15 b El coeficiente k3 depende de la posicin de las barras: v barras de canto: k3 = 1 v 1 barra plana: k3 = 0,95 v varias barras planas: k3 = 0,75 b El coeficiente k4 depende del lugar en el que estn instaladas las barras: v atmsfera normal en el interior: k4 = 1 v atmsfera normal en el exterior: k4 = 1,2 v barras en un remonte sin ventilar: k4 = 0,80 b El coeficiente k5 depende de la ventilacin artificial: v sin ventilacin artificial: k5 = 1 v el caso con ventilacin deber tratarse caso por caso y a continuacin validarse por ensayos. b El coeficiente k6 depende del tipo de corriente: v para una corriente alterna de frecuencia 60 Hz, k6 depende del nmero de barras n por fase y de su separacin. Valor de k6 para una separacin equivalente al grosor de las barras:n k6 En nuestro caso: 1 1 2 1 3 0,98

n=

por lo que k6 =

En denitiva, se obtiene: k= =

=

0, 5 0, 39 24 ,9 ( ) 0, 61 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------[ 1 + 0 ,004 ( 20 ) ]

24, 9 ( q q n ) 0, 61 S 0, 5 p 0, 39 I = K --------------------------------------------------------------------------r 20 [ 1 + a ( q 20 ) ]

I=

A

La solucin elegida de cm por fase

Conviene si la Ir del juego de barras deseado ISchneider Electric

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Al paso de la intensidad de cortocircuito de corta duracin (It)b Se considera que, durante toda la duracin (1 3 segundos): v todo el calor generado sirve para aumentar la temperatura del conductor v los efectos de la radiacin son irrelevantes. La frmula siguiente se puede utilizar para calcular el calentamiento debido al cortocircuito:

0, 24 r 20 I t h2 t k Dq cc = ---------------------------------------------------2 (n S) c d

conDqcc c : : calentamiento debido al cortocircuito calor especco del metal cobre: aluminio: seccin de una barra nmero de barras por fase corriente de cortocircuito de corta duracin:(valor ecaz de la corriente de cortocircuito mx.)

0,091 kcal/daNC 0,23 kcal/daN C cm2

S n It

: : :

A ef

Ejemplo: Cmo encontrar el valor It para una duracin diferente? Sabiendo que: (It)2 t = constante b Si It2 = 26,16 kA ef. 2 s, a cunto corresponde It1 para t = 1 s? (It2) t = constante (26,16 103)2 2 = 137 1072

tk

:

duracin del cortocircuito de corta duracin (1 a 3 s) en s

d

:

densidad del mtal cobre: aluminio: resistividad del conductor a 20C cobre: aluminio: calentamiento admisible

8,9 g/cm3 2,7 g/cm3

r20

:

1,83 W cm 2,90 W cm C

(q - qn)

:

luego It1 =

( constante ) ----------------------- = t

( 137 107 ) -----------------------1

It1 = 37 kA ef. para 1 s b En resumen: v a 26,16 kA ef. 2 s, le corresponde 37 kA eff. 1 s v a 37 kA ef. 1 s, le corresponde 26,16 kA ef. 2 s

Dqcc = Dqcc =

0,24 (

10-6 ( )2

)2

C

La temperatura del qt conductor despus del cortocircuito ser:

q t = q n + ( q q n ) + Dq ccqt =

C

Compruebe lo siguiente: qt temperatura mxima que pueden soportar las piezas que estn en contacto con el juego de barras.Compruebe que la temperatura qt es compatible con la temperatura mxima de las piezas que estn en contacto con el juego de barras (concretamente el aislador).26Schneider Electric

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Resistencia electrodinmicaComprobemos si las barras elegidas resisten a los esfuerzos electrodinmicos.

Esfuerzos entre conductores en paraleloLos esfuerzos electrodinmicos consecutivos a la corriente de cortocircuito se obtienen mediante la frmula:

l 8 F 1 = 2 -- l din 2 10 dcon F1 Idin

: :

esfuerzo expresado en daN valor de la cresta de corriente de cortocircuito expresada en A, que se calcula con la frmula siguienteScc I din = k ----------- = k I t h U 3

F1 Idin F1 Idin

Scc Ith U l d k

: : : : : :

potencia de cortocircuito intensidad de cortocircuito de corta duracin tensin de servicio distancia entre aisladores de una misma fase distancia entre las fases 2,5 para 50 Hz; 2,6 para 60 Hz segn CEI y 2,7 segn ANSI

kVA A ef kV cm cm

l d

Por lo que: Idin =

A y F1 =

daN

Esfuerzo al principio de los soportes o pasosFrmula para calcular el esfuerzo en un soporte:

H+h F = F 1 ------------HdconF H h : : : esfuerzo expresado altura del aislador distancia desde la cabeza del aislador al centro de gravedad del juego de barras daN cm cm

h = e/2 F1 F H soporte

Clculo de un esfuerzo en caso de N soportesb El esfuerzo F absorbido por cada soporte es como mximo igual al esfuerzo calculado F1 (ver captulo anterior) multiplicado por un coeficiente kn que vara en funcin del nmero total N de soportes equidistantes instalados. v nmero de soportes =N v conocemos N; definamos kn con ayuda de la siguiente tabla: por lo que F =N kn

(F1)2 0,5 3 1,25 4

(kn) =5 1,14

daN

1,10

b El esfuerzo obtenido despus de aplicar el coeciente k debe compararse con la resistencia mecnica del soporte, a la que se aplicar un coeciente de seguridad: v los soportes empleados tienen una resistencia a la exin F = daN v obtenemos un coeciente de seguridad de F ------- = comprobar F > F FSchneider Electric

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Resistencia mecnica de las barrasb Con la hiptesis admisible de que los extremos de las barras estn empotrados, stos estn sometidos a un momento de exin cuyo esfuerzo resultante es:

F1 i v h = -------------- -l 12

conh : es el esfuerzo resultante, que debe ser inferior al esfuerzo admisible por las barras, es decir: cobre dureza 1/4: 1.200 daN/cm2 cobre dureza 1/2: 2.300 daN/cm2 cobre dureza 4/4: 3.000 daN/cm2 aluminio estaado: 1.200 daN/cm2 esfuerzo entre conductores distancia entre aisladores de una misma fase mdulo de inercia de una barra o de un conjunto de barras(elegir el valor en la tabla de la pgina siguiente)

F1 i

: :

daN

cm

I/v fase 1 b v h x' x fase 2 v

:

cm3

:

distancia entre la fibra neutra y la bra ms solicitada (la ms alejada)

b Una barra por fase: b h3 I = ---------------12

fase 1 v b x

fase 2

b h2 I --- = ---------------v 6 b Dos barras por fase: bh 2 I = 2 ---------------- + S d 12 3

d h x'

bh 2 2 ---------------- + S d 12 I --- = ------------------------------------------------1, 5 h vS : seccin de la barra (en cm2)

3

xx: perpendicular al plano de vibracin

Compruebe lo siguiente: h < h Barras Cu o Al (en daN/cm2)

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Escoja la seccin S, la masa lineal m, el mdulo de inercia I/v y el momento de inercia I para las barras denidas a continuacin: Dimensiones de las barras (mm)S cm2 m Cu daN/cm A5/L I I/v Ixx

Disposicin*x

100 x 10 10 0,089 0,027 0,83 1,66 83,33 16,66 21,66 14,45 166,66 33,33 82,5 33 250 50

80 x 10 8 0,071 0,022 0,66 1,33 42,66 10,66 17,33 11,55 85,33 21,33 66 26,4 128 32

80 x 6 4,8 0,043 0,013 0,144 0,48 25,6 6,4 3,74 4,16 51,2 12,8 14,25 9,5 76,8 19,2

80 x 5 4 0,036 0,011 0,083 0,33 21,33 5,33 2,16 2,88 42,66 10,66 8,25 6,6 64 16

80 x 3 2,4 0,021 0,006 0,018 0,12 12,8 3,2 0,47 1,04 25,6 6,4 1,78 2,38 38,4 9,6

50 x 10 5 0,044 0,014 0,416 0,83 10,41 4,16 10,83 7,22 20,83 8,33 41,25 16,5 31,25 12,5

50 x 8 4 0,036 0,011 0,213 0,53 8,33 3,33 5,54 4,62 16,66 6,66 21,12 10,56 25 10

50 x 6 3 0,027 0,008 0,09 0,3 6,25 2,5 2,34 2,6 12,5 5 8,91 5,94 18,75 7,5

50 x 5 2,5 0,022 0,007 0,05 0,2 5,2 2,08 1,35 1,8 10,41 4,16 5,16 4,13 15,62 6,25

cm4 cm3 cm4 cm3 cm4 cm3 cm4 cm3 cm4 cm3 cm4 cm3

xx

I/v I

xx

I/v I

xx

I/v I

xx

I/v I

x

I/v

*disposicin: seccin de un plano perpendicular al juego de barras (se representan 2 fases)

Frecuencia propia de resonanciaLas frecuencias propias de vibraciones que deben evitarse para las barras que estn sometidas a una corriente de 50 Hz son las frecuencias que se aproximan a 50 y 100 Hz. Esta frecuencia propia de vibraciones se obtiene mediante la frmula: EI f = 112 --------------m i4 Comprobemos que las barras elegidas no entren en resonancia.f E : : frecuencia de resonancia en Hz mdulo de elasticidad: del cobre = 1,3 106 daN/cm2 del aluminio A5/L = 0,67 106 daN/cm2 masa lineal de la barra (elegir el valor en la tabla superior) longitud entre 2 soportes momento de inercia de la seccin de la barra en relacin con el eje x'x perpendicular al plano de vibracin daN/cm

m

:

i I

: :

cm

cm4

(ver las frmulas expresadas anteriormente o elegir el valor en la siguiente tabla)

por lo que

f=

Hz

Comprobemos que esta frecuencia est fuera de los valores prohibidos, a saber: de 42 a 58 y de 80 a 115 Hz.

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Ejemplo de clculo de juegos de barrasComprobemos este juego de barras.

Datos del ejercicio propuestob Consideremos un cuadro formado por al menos 5 cabinas de MT. Cada cabina incluye 3 aisladores (1 por fase). Un juego de barras compuesto por 2 barras por fase, conecta elctricamente las celdas entre s. Caractersticas del juego de barras que se va a comprobar: S : seccin de barra (10 1) cm2 10 dl qn (q - qn) perlVista superiorClula 1 Clula 2 Clula 3 Clula 4 Clula 5

: : : : : :

distancia entre las fases distancia entre aisladores de una misma fase temperatura ambiente calentamiento admisible(90-40=50)

18 70 40 50

cm cm C C

plano barras de cobre duro 1/4, con un esfuerzo admisible h = 1.200 daN/cm2 de canto

material

disposicin :

nmero de barras por fase:d d

2

b El juego de barras debe poder soportar permanentemente una intensidad asignada Ir = 2.500 A y una intensidad de cortocircuito de corta duracin Ith = 31.500 A ef. durante un tiempo tk = 3 segundos. b Frecuencia asignada fr = 50 HzVista lateral1 cm 1 cm

10 cm 5 cm

b Otras caractersticas: v las piezas que estn en contacto con el juego de barras pueden soportar una temperatura mxima de qmx = 100C v los soportes empleados tienen una resistencia a la exin F' = 1.000

12 cm

d

d

plano 1

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Comprobemos la resistencia trmica del juego de barras...

Al paso de la intensidad asignada (Ir)La frmula de MELSON & BOTH permite denir la intensidad admisible en un conductor: 0, 61 0, 5 0, 39

S p 24, 9 ( q q n ) I = K -----------------------------------------------------------------------------------r 20 [ 1 + a ( q 20 ) ]

con:l : : : : : : intensidad admisible expresada en amperios (A) temperatura ambiente calentamiento admisible * seccin de una barra permetro de una barra resistividad del conductor a 20C cobre: coeciente de temperaturas de la resistividad:

qn(q - qn) S e

40 50 10 22

C C cm2 cm

pr20

1,83 W cm

a

:

a

0,004

K e

:

coeciente de las condiciones producto de 6 coecientes (k1, k2, k3, k4, k5, k6), descritos a continuacin

*(ver la tabla V de la norma CEI 60 694 en las pginas 22 y 23)

Denicin de los coecientes k1, 2, 3, 4, 5, 6:b El coeciente k1 depende del nmero de barras semiplanas por fase para: v 1 barra (k1 = 1) v 2 3 barras, ver la tabla siguiente:

e /a0,05 0,06 0,08 n de barras por fase 2 1,63 1,73 1,76 3 2,40 2,45 2,50 0,10 1,80 2,55 0,12 0,14 k1 1,83 1,85 2,60 2,63 0,16 1,87 2,65 0,18 1,89 2,68 0,20 1,91 2,70

En nuestro caso: e/a = el nmero de barras por fase = por lo que k1 =0,1 2 1,80

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Clculo de los juegos de barras0

b El coeciente k2 depende del estado de la supercie de barras: k2 = 1 v desnudas: v pintadas: k2 = 1,15 b El coeciente k3 depende de la posicin de las barras: k3 = 1 v barras de canto: v 1 barra plana: k3 = 0,95 k3 = 0,75 v varias barras planas: b El coeciente k4 depende del lugar en el que estn instaladas las barras: k4 = 1 v atmsfera normal en el interior: v atmsfera normal en el exterior: k4 = 1,2 v barras en un remonte sin ventilar: k4 = 0,80 b El coeciente k5 depende de la ventilacin articial: k5 = 1 v sin ventilacin artificial: v el caso con ventilacin deber tratarse caso por caso y a continuacin validarse por ensayos. b El coeciente k6 depende del tipo de corriente: v para una corriente alterna de frecuencia 60 Hz, k6 depende del nmero de barras n por fase y de su separacin. Valor de k6 para una separacin equivalente al grosor de las barras: n k6 1 1 2 1 3 0,98

En nuestro caso: n= 2 por lo que k6 =

1

En denitiva, se obtiene: k = 1,80 1 1 0,8

1

1

= 1,44

10 24, 9 ( 90 40 ) 22 I = 1,44 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1, 83 [ 1 + 0, 004 ( 90 20 ) ]

0, 61

0, 5

0, 39

S p 24, 9 ( q qn ) I = K ----------------------------------------------------------------------------------r20 [ 1 + a ( q 20 ) ]

0, 61

0, 5

0, 39

I=

2.689

A

La solucin elegida es adecuada porque:Ir

2

barras de 10 1 cm por fase2 500 A < 2 689

< I es decir

32

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0


Al paso de la intensidad de cortocircuito de corta duracin (Ith)b Se considera que, durante toda la duracin (3 segundos): v todo el calor generado sirve para aumentar la temperatura del conductor v los efectos de la radiacin son irrelevantes.

La frmula siguiente se puede utilizar para calcular el calentamiento debido al cortocircuito:0, 24 r 20 Ith tk Dqcc = --------------------------------------------------------2 (n S) c d2

con: c Sn

:

calor especco del metal cobre: seccin expresada en cm2 nmero de barras por fase intensidad de cortocircuito de corta duracin(valor eficaz de la intensidad de cortocirrcuito mxima)

0,091 kcal / daNC 10 2 31.500 A ef cm2

: : :

It

tkd

: :

duracin del cortocircuito de corta duracin (1 a 3 s) densidad del metal cobre: resistividad del conductor a 20C cobre: calentamiento admisible

3 8,9 g/cm3

en s

r20

:

1,83 W cm 50 C

(q - qn) :

v El calentamiento debido a cortocircuito es el siguiente:

3 0, 24 1, 83 10 6 ( 31 500 ) 2 Dqcc = -------------------------------------------------------------------------------------------------------2 ( 2 2 10 ) 0 ,091 8, 9

El clculo de qt debe anarse, puesto que el juego de barras deseado debe soportar Ir = 2.500 A como mx. y no 2.689 A.

cc =

4

C

La temperatura qt del conductor despus del cortocircuito ser: t = n + ( n ) + cc 4 40 + 50 + = = 94 C para I = 2.689 A (ver el clculo en las pginas anteriores)

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b Ajustemos el clculo de qt para Ir = 2.500 A (intensidad asignada del juego de barras) v de la frmula de MELSON & BOTH (ver: pgina 31), se puede deducir lo siguiente: I = constante (q-qn) 0,61 y Ir = constante (Dq) 0,610,61 por lo tanto I = (q-qn) (Dq) Ir

(

)

2 689 = 2 500

((D ))50q

0,61

2 689 50 Dq = 2 500

(

)

1

0,61

50 = 1,126 Dq Dq = 44,3C v la temperatura qt del conductor despus del cortocircuito, para un instante asignado Ir = 2.500 A es la siguiente: qt = qn + Dq + Dqcc= =

4088,3

+

44,3 +

4

C para Ir = 2.500 A

El juego de barras elegido es adecuado porque:qt = 88,3C es inferior a qmx. = 100C (qmx. = temperatura mxima que pueden soportar las piezas que estn en contacto con el juego de barras).

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Comprobemos la resistencia electrodinmica del juego de barras.

Esfuerzos entre conductores en paraleloLos esfuerzos electrodinmicos consecutivos a la intensidad de cortocircuito se obtienen mediante la frmula:

F1 = 2 l d

p

ldin2 p 10-8

(ver el plano 1 al principio del ejemplo de clculo) l d k : : : distancia entre aisladores de una misma fase distancia entre las fases 2,5 para 50 Hz segn CEI 70 18 cm cm

Idyn :

valor de pico de la intensidad de cortocircuito = k p lth = 2,5 p 31 500 = 78 750 A

F1

= 2 p (70/18) p 78 7502 p 10-8 = 482,3 daN

Esfuerzo al principio de los soportesFrmula para calcular el esfuerzo en un soporte:

F = F1 p H + h HconF H h : : : esfuerzo expresado en daN altura del aislador 12 cm

distancia desde el principio del aislador hasta el centro de gravedad del juego de barras cm 5

Clculo de un esfuerzo en caso de N soportesb El esfuerzo F absorbido por cada soporte es como mximo igual al esfuerzo calculado F1 multiplicado por un coeciente kn que vara en funcin del nmero total N de soportes equidistantes instalados. v nmero de soportes 5 =N v conocemos N, denamos kn con ayuda de la siguiente tabla: N 2 3 4 5kn 0,5 1,25 1,10 1,14

por lo tanto F =

683 (F1) p 1,14 (Kn) =

778

daN

Los soportes empleados tienen una resistencia a la flexin F' = 1 000 daN superior al esfuerzo calculado F = 778 daN. La solucin es adecuada

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Resistencia mecnica de las barrasCon la hiptesis admisible de que los extremos de las barras estn empotrados, stos deben someterse a un momento de flexin cuyo esfuerzo resultante es: F1 l v h = ------------- --

12

I

conh l : : el esfuerzo resultante en daN/cm2 distancia entre aislantes de una misma fase mdulo de inercia de una barra o de un conjunto de barras(elegir el valor en la siguiente tabla)

70

cm

I/v :

14,45 cm3

1 482, 70 h = -----3---- -------------- ----12 14, 45 h = 195 daN / cm2 El esfuerzo resultante calculado (h = 195 daN / cm2) es inferior al esfuerzo admisible por las barras de cobre dureza 1/4 (1200 daN / cm2) : La solucin es adecuada Dimensiones de las barras (mm)100 x 10 Disposicinx

S m daN/cm I

cm2 Cu A5/L cm4 cm3 cm4 cm3 cm4 cm3 cm4 cm3 cm4 cm3 cm4 cm3

10 0,089 0,027 0,83 1,66 83,33 16,66 21,66 14,45 166,66 33,33 82,5 33 250 50

x' x

I/v I

x' x

I/v I

x' x

I/v I

x' x

I/v I

x' x

I/v I

x'

I/v

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Comprobemos que las barras elegidas no entren en resonancia

Frecuencia propia de resonanciaLas frecuencias propias de vibraciones que deben evitarse para las barras que estn sometidas a una corriente de 50 Hz son las frecuencias que se aproximan a 50 y 100 Hz. Esta frecuencia propia de vibraciones se obtiene mediante la frmula: I f = 112 -E-------- m l4f E : : frecuencia de resonancia en Hz mdulo de elasticidad: del cobre = masa lineal de la barra longitud entre 2 soportes

1,3 106 daN/cm2

m l

: :

0,089

daN/cm

70I : momento de inercia de la seccin de la barra en relacin con el eje ss perpendicular al plano de vibracin

cm

21,66

cm4

(elegir m y l en la tabla de la pgina anterior)

1, 3 10 6 21, 66 f = 112 ----------------- ---------------- 0, 089 70 4 f = 406 Hz

f est fuera de los valores prohibidos, a saber: de 42 a 58 Hz y de 80 a 115 Hz : La solucin es adecuada

ConclusinEl juego de barras deseado, barras

2

de 10 1 cm por fase, es adecuado para Ir = 2 500 A y Ith = 31,5 kA 3 s.

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Resistencia dielctrica

Algunas rdenes de magnitud Rigidez dielctrica (20c, 1 bar absoluto): 2,9 a 3 kV/mm Umbral de ionizacin (20c, 1 bar absoluto): 2,6 kV/mm

b La resistencia dielctrica depende de los 3 parmetros principales siguientes: v la rigididez dielctrica del entorno v la forma de las piezas v la distancia: - aire ambiente entre las piezas en tensin - interface del aire aislante entre las piezas en tensin.

Rigidez dielctrica del entornoEs una de las caractersticas del fluido (gas o lquido) que compone el entorno. Para el aire ambiente, esta caracterstica depende de las condiciones atmosfricas y de la contaminacin.

La rigidez dielctrica del entorno depende de las condiciones ambientales siguientes:b La contaminacin El polvo conductor puede estar presente en un gas o en un lquido, o bien depositarse en la superficie de un aislador. Su efecto es siempre el mismo: reducir el rendimiento del aislamiento de un factor que puede llegar hasta 10. b La condensacin Fenmeno de depsito de pequeas gotas de agua en la superficie de los aisladores, lo que tiene por efecto reducir localmente las prestaciones del aislamiento de un factor 3. b La presin Las prestaciones de un aislamiento gaseoso aumentan con la presin. Para un aparato aislado en el aire ambiente, la altitud puede provocar un descenso del rendimiento del aislamiento debido a la disminucin de la presin. A menudo es necesario desclasificar el aparato. b La humedad En los gases y los lquidos, la presencia de humedad puede modificar las prestaciones del aislamiento. En el caso de los lquidos, siempre es una disminucin del rendimiento. En el caso de los gases, suele ser una disminucin (SF6, N2) excepto para el aire, en el que a baja concentracin (humedad < 70%) se produce una ligera mejora del rendimiento "a pleno gas"*. b La temperatura Las prestaciones de un aislamiento gaseoso, lquido o slido se reducen cuando la temperatura aumenta. Para los aislantes slidos, los choques trmicos pueden hacer aparecer micro-fisuras que pueden provocar rpidamente descargas elctricas. Por lo tanto, es preciso prestar especial atencin a los fenmenos de dilatacin: un aislante slido se dilata de 5 a 15 veces ms que un conductor.* Se denomina aislamiento a pleno gas.

Nivel de contaminacinLa contaminacin puede tener distinto origen: el entorno gaseoso externo (polvo), una impureza inicial, eventualmente un corte en la superficie interna, etc., la contaminacin combinada con la humedad desarrolla una conduccin electroqumica que agrava los fenmenos de descargas. La radiacin puede ser una limitacin del entorno externo (exposicin al exterior).

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Forma de las piezasDesempea una funcin esencial en la resistencia dielctrica del aparellaje. Es absolutamente necesario eliminar todo efecto de "punta", que tendra consecuencias desastrosas en la resistencia a la onda de choque en concreto y para el envejecimiento de la superficie de los aisladores: Ionizacin del aire Produccin de ozono Degradacin de la piel de moldeo de los aisladores

Distancia entre las piezasAire ambiente entre las piezas en tensinb Para las instalaciones que, por diferentes motivos, no pueden someterse a los ensayos de choque, la tabla de la publicacin CEI 71-2 proporciona, en funcin de la tensin de resistencia nominal a los choques de sobretensin, las distancias mnimas que se deben respetar en el aire entre fase y tierra o entre fases. b Estas distancias garantizan una resistencia adecuada para las configuraciones desfavorables: altitud < 1.000 m. b Distancias en el aire* entre las partes conductoras en tensin y las estructuras puestas a tierra con una tensin especificada de resistencia a los choques con tiempo seco:

V d

O

U

Tensin asignada de resistencia a los choques de sobretensinUp (kV) 40 60 75 95 125

Distancia mnima en el aire entre fase y masa y entre fasesd (mm) 60 90 120 160 220

Los valores de las distancias en el aire indicadas en la tabla anterior son los valores mnimos determinados teniendo en cuenta las propiedades dielctricas, y no incluyen ninguno de los aumentos que podran necesitarse para tener en cuenta las tolerancias de construccin, los efectos de los cortocircuitos, los efectos del viento, la seguridad del personal, etc.*Estas indicaciones son relativas a una distancia a travs de un intervalo de aire nico, sin tener en cuenta la tensin de descargas elctricas por recorrido a lo largo de las superficies, debidas a problemas de contaminacin.

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U

Lf

O

Interface del aire aislante entre las piezas en tensinb Existen 4 niveles de gravedad de contaminacin, que se indican en la tabla siguiente, segn CEI 60 815*:Tabla de seleccin del nivel de contaminacin

Lf: lnea de fuga

Nivel de Ejemplo de entornos contaminacin caractersticosI-bajo v zonas sin industrias y con baja densidad de edicios equipados con instalaciones de calefaccin v zonas con baja densidad de industrias o edicios pero a menudo sometidas al viento y/o a la lluvia v regiones agrcolas 1 v regiones montaosas v todas estas zonas deben estar situadas a una distancia mnima de 10 km del mar y no deben estar expuestas a los vientos marinos2 v zonas con industrias que no produzcan humos especialmente contaminantes y/o con densidad media de edicios equipados con instalaciones de calefaccin v zonas de elevada densidad de edicios y/o industrias y sometidas frecuentemente a los vientos y/o a las lluvias v zonas expuestas a los vientos marinos, pero no muy cercanas a la costa (distantes al menos de algunos kilmetros) 2 v zonas de gran densidad de industrias y afueras de grandes ciudades con gran densidad de instalaciones de calefaccin contaminantes v zonas situadas cerca del mar o en cualquier caso expuestas a vientos relativamente fuertes procedentes del mar 2

II-medio

III-elevado

IIII-muy elevado v zonas generalmente poco extendidas, sometidas a suciedad conductora y a humos industriales generadores de los depsitos conductores especialmente espesos v zonas generalmente poco extensas, muy cercanas de la costa y expuestas a las neblinas o a los vientos muy fuertes, as como a los contaminantes procedentes del mar 2 v zonas desrticas caracterizadas por largos perodos sin lluvia, expuestas a los vientos fuertes que transportan arena y sal y sometidas a una condensacin regular.*La CEI 60 815 le sirve de gua para la seleccin de los aislantes en condiciones de contaminacin1 La utilizacin de abonos extendidos por pulverizacin o la quema de tierras segadas puede llevar a un nivel de contaminacin ms elevado debido a la dispersin por el viento. 2 Las distancias a la orilla del mar dependen de la topografa de la zona costera y de las condiciones extremas del viento.

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Grado de proteccin

Atencin: Debe preverse un decalaje por temperatura

Cdigo IPIntroduccinLas normas internacionales sobre instalaciones elctricas y productos (CEI 60 529) exigen la proteccin de las personas contra los contactos directos y la proteccin de los materiales contra determinadas influencias externas. Conocer los grados de proteccin es indispensable para la prescripcin, la instalacin, la explotacin y el control de calidad de los materiales.

DefinicionesEl grado de proteccin es el nivel de proteccin creado por una envolvente contra el acceso a las partes peligrosas, la penetracin de cuerpos slidos extraos y el agua. El cdigo IP es el sistema de codificacin que indica los grados de proteccin.

mbito de aplicacinEs aplicable a las envolventes para materiales elctricos de tensin asignada inferior o igual a 72,5 kV. No es relativo al disyuntor solo, pero sin embargo la cartula debe adaptarse cuando sta est instalada en el interior de una celda (mallado ms fino de las rejillas de aireacin, por ejemplo).

Los diferentes IP y su significadoEn la tabla de la pgina siguiente se ofrece una descripcin abreviada de los elementos del cdigo IP.

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Grado de proteccin

ElementoLetra del cdigo primera cifra caracterstica

Cifras o letrasIP

Significacin para la proteccin del material de las personascontra la penetracin de cuerpos slidos extraos (sin proteccin) de dimetro u 50 mm contra el acceso a las partes peligrosas con (sin proteccin) dorso de la mano

Sealizacin

0 1

50mm

2

de dimetro u 12,5 mm

dedo

12,5mmX

~

3

de dimetro u 2,5 mm

herramienta 2,5mm

4

de dimetro u 1 mm

hilo 1mm

5

protegido contra el polvo

hilo

6

estanco al polvo

hilo

segunda cifra caracterstica 0 1

contra la penetracin del agua con efectos nocivos (sin proteccin) gotas de agua verticales

2

gotas de agua (15 de inclinacin)

15

3

lluvia

60

4

proyeccin de agua

5

proyeccin con manguera

6

proyeccin potente con manguera

7

inmersin temporal

8 letra adicional (opcional) A B C D letra adicional (opcional) H M S W

inmersin prolongada contra el acceso a las partes peligrosas con: dorso de la mano dedo herramienta hilo informacin adicional especfica para: material de alta tensin movimiento durante el ensayo de agua estacionario durante el ensayo de agua intemperie

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Grado de proteccin

Cdigo IKIntroduccinb Algunos pases han sentido la necesidad de codificar tambin la proteccin ofrecida por los envolventes contra los impactos mecnicos. Para ello, aadieron una tercera cifra caracterstica al cdigo IP (caso de Blgica, Espaa, Francia y Portugal). Sin embargo, desde que se adopt la CEI 529 como norma europea, ningn pas europeo puede tener un cdigo IP diferente. b Puesto que la CEI no permiti aadir esta tercera cifra al cdigo IP, la nica solucin para mantener una clasificacin en este campo era crear un cdigo diferente. Es el objeto del proyecto de la norma europea EN 50102: el cdigo IK. b Dado que las terceras cifras de los distintos pases podan tener significados diferentes y que fue necesario introducir niveles adicionales para cubrir los principales requisitos de las normas de los productos, los grados del cdigo IK tienen un significado diferente del de las antiguas terceras cifras (ver la tabla siguiente). Antiguas 3as cifras del cdigo IP de la NF C 20-010 (1986)IP XX1 IP XX3 IP XX5 IP XX7 IP XX9

Cdigo IKIK 02 IK 04 IK 07 IK 08 IK 10

Nota: para reducir las confusiones, cada nuevo grado se identifica mediante un nmero de dos cifras.

Definicionesb Los grados de proteccin corresponden a niveles de energa de impacto expresados en julios: v choque de un martillo aplicado directamente a un material v choque transmitido por los soportes, expresados en trminos de vibraciones y por lo tanto de frecuencia y aceleracin. b Los grados de proteccin contra los impactos mecnicos pueden comprobarse mediante distintos tipos de martillo: martillo de pndulo, martillo de resorte o martillo de cada libre vertical (ver esquemas siguientes).pieza de contacto mecanismo de enganche

cono de disparo

pivote de pndulo

botn de rearme

soporte

altura de cada

soporte de fijacin

modelo

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Grado de proteccin

Los diferentes IK y su significadoCdigo IKenerga en julios radio en mm 1 material 1 acero = A 2 poliamida = P 3 martillo de pndulo de resorte vertical

IK 010,15 10 P

IK 020,2 10 P

IK 030,35 10 P

IK 040,5 10 P

IK 050,7 10 P

IK 061 10 P

IK 072 25 A

IK 085 25 A

IK 0910 50 A

IK 10 20 50 A

= S

Nota: 1 de la cabeza de contacto 2 Fe 490-2 segn ISO 1052, de dureza comprendida entre 50 y 58 HR segn ISO 6508 3 de dureza HR 100 segn ISO 2039-2

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Definicin de aparellaje

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Disyuntor de media tensin

IntroduccinLa CEI 60 056 y la ANSI C37-06 definen por un lado las condiciones de servicio, las caractersticas asignadas, el diseo y la construccin; y por otro los ensayos, la seleccin de los controles y la instalacin. b El disyuntor es un aparato que lleva a cabo el control y la proteccin de una red. Puede establecer, soportar e interrumpir la intensidad de servicio, as como la intensidad de cortocircuito. b El circuito principal debe poder soportar sin daos: v la intensidad trmica = intensidad de cortocircuito durante 1 3 s v la intensidad electrodinmica: 2,5 Icc para 50 Hz (CEI) 2,6 Icc para 60 Hz (CEI) 2,7 Icc (ANSI), para constantes de tiempo particulares (CEI) v la intensidad de carga permanente. b Puesto que la mayor parte del tiempo un disyuntor se encuentra en posicin "cerrado", la corriente de carga debe circular sin aceleracin trmica durante toda la vida til del aparato.

CaractersticasCaractersticas asignadas obligatoriasb Tensin asignada b Nivel de aislamiento asignado b Intensidad asignada en servicio continuo b Intensidad de corta duracin admisible asignada b Valor de cresta de la intensidad admisible asignada b Duracin del cortocircuito asignado b Tensin asignada de alimentacin de los dispositivos de cierre y apertura y de los circuitos auxiliares b Frecuencia asignada b Poder de corte asignado en cortocircuito b Tensin transitoria de restablecimiento asignada b Poder de cierre asignado en cortocircuito b Secuencia de maniobra asignada b Duraciones asignadas.

Caractersticas asignadas particularesb Estas caractersticas no son obligatorias pero pueden solicitarse para aplicaciones especficas: v poder de corte asignado en discordancia de fases v poder de corte asignado de los cables en vaco v poder de corte asignado de las lneas en vaco v poder de corte asignado de batera nica de los condensadores v poder de corte asignado de las bateras de condensadores en escalones v poder de cierre asignado de las bateras de condensadores v poder de corte asignado de bajas corrientes inductivas.

Tensin asignada (ver 4.1 CEI 60 694)La tensin asignada es el valor eficaz mximo de la tensin que el material puede soportar en servicio normal. Siempre es superior a la tensin de servicio. b Valores normalizados para Ur (kV): 3,6 - 7,2 -12 - 17,5 - 24 - 36 kV.

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Ucresta (%)100 90 501,2 s t ( s) 50 s

Nivel de aislamiento asignado (ver 4.2 CEI 60 056 y 60 694)b El nivel de aislamiento se caracteriza por dos valores: v la resistencia a la onda de choque (1,2/50 s) v la resistencia a la frecuencia industrial durante un minuto. Tensin asignada Resistencia a la onda de choque(Up en kV)

10

Onda normalizada 1,2/50

s

Resistencia a la frecuencia industrial(Ud en kV)

(Ur en kV)

7,2 12 17,5 24 36

60 75 95 125 170

20 28 38 50 70

Intensidad asignada en servicio continuo (ver 4.4 CEI 60 694)Puesto que un disyuntor siempre est cerrado, la corriente de carga debe circular respetando un valor mximo de temperatura en funcin de los materiales y del tipo de enlaces. La CEI establece el calentamiento mximo admisible de los distintos materiales utilizados para una temperatura ambiente que no supere los 40C (ver 4.4.2 tabla 3 CEI 60 694).

Intensidad de corta duracin admisible (ver 4.5 CEI 60 694)S cc I cc = -----------------3 UScc U : : : potencia de cortocircuito tensin de servicio intensidad de cortocircuito (en MVA) (en kV) (en kA)

Icc

Es el valor normalizado eficaz de la intensidad de cortocircuito mxima admisible en una red durante 1 3 segundos. b Valores del poder de corte asignado en cortocircuito mximo (kA): 6,3 - 8 - 10 - 12,5 - 16 - 20 - 25 - 31,5 - 40 - 50 kA.

Valor de cresta de la intensidad admisible (ver 4.6 CEI 60 694) y poder de cierre (ver 4.103 CEI 60 056)El poder de cierre es el valor mximo que un disyuntor es capaz de establecer y de mantener en una instalacin en cortocircuito. Debe ser superior o igual al valor de cresta de la intensidad de corta duracin asignada. Icc es el valor mximo de la intensidad de cortocircuito asignado para la tensin asignada del disyuntor. El valor de cresta de la intensidad de corta duracin admisible es igual a: 2,5 Icc para 50 Hz 2,6 Icc para 60 Hz 2,7 Icc para aplicaciones particulares.

Duracin del cortocircuito asignado (ver 4.7 CEI 60 694)La duracin de cortocircuito asignada es igual a 1 3 segundos.46Schneider Electric


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Tensin asignada de alimentacin de los dispositivos de cierre y apertura y de los circuitos auxiliares (ver 4.8 CEI 60 694)b Valores de la tensin de alimentacin de los circuitos auxiliares: v en corriente continua (cc): 24 - 48 - 60 - 110 125 - 220 250 voltios, v en corriente alterna (ca): 120 - 220 - 230 - 240 voltios. b Las tensiones de funcionamiento deben encontrarse en los rangos siguientes: v motor y disparadores de cierre: -15% a +10% de Ur en cc y ca v bobinas de apertura: -30% a +10% de Ur en cc -15% a +10% de Ur en ca v bobinas de apertura de mnima tensinla bobina da la orden de apertura y prohibe el cierre la bobina no debe accionarse

U

0%

35%

70%

100%

(al 85%, la bobina debe permitir el cierre del aparato)

Frecuencia asignada (ver 4.9 CEI 60 694)Se utilizan actualmente dos frecuencias en todo el mundo: 50 Hz en Europa y 60 Hz en Amrica; algunos pases utilizan las dos frecuencias. La frecuencia asignada es de 50 Hz 60 Hz.t Icc Ir tiempo O C O C O t'

Secuencia de maniobra asignada (ver 4.104 CEI 60 056)b Secuencia de maniobras asignada segn CEI, O - t - CO - t' - CO. (ver esquema contiguo)O CO: :

representa una maniobra de apertura representa una maniobra de cierre seguida inmediatamente de una maniobra de apertura

b Existen tres secuencias de maniobra asignadas: v lenta: 0 - 3 mn - CO - 3 mn - CO v rpida 1: O - 0,3 s - CO - 3 mn - CO v rpida 2: O - 0,3 s - CO - 15 s - CONota: se pueden solicitar otras secuencias.

b Ciclo de cierre/apertura Hiptesis: orden O desde que el disyuntor se cierra.desplazamiento de los contactos

posicin de apertura

circulacin de la corrienteduracin de cierre-apertura duracin de establecimiento-corte los contactos se tocan en todos los polos y orden O puesta en tensin del circuito de cierre inicio de la circulacin de la corriente en el primer polo

tiempo

extincin final del arco en todos los polos separacin de los contactos de arco en todos los polos

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b Ciclo de nuevo cierre automtico Hiptesis: orden C desde que se abre el disyuntor, (con temporizacin para obtener 0,3 s 15 s 3 min).

posicin de cierre

desplazamiento de los contactos posicin de apertura

circulacin de corriente duracin de corte-establecimiento duracin de apertura-cierre duracin de reestablecimiento duracin de nuevo cierre extincin final del arco en todos los polos separacin de los contactos de arco en todos los polos y orden C puesta en tensin de la bobina de apertura

circulacin de corriente

tiempolos contactos se tocan en todos los polos los contactos se tocan en el 1er polo inicio de la circulacin de la corriente en el primer polo

Ejemplo 1:

b Para un disyuntor de duracin de apertura mnima de 45 ms (Top) a los que se aaden 10 ms (Tr) debido a los rels, el grco proporciona un porcentaje de componente aperidico del 30% para una constante de tiempo t1 = 45 ms:% DC = e ( 45 + 10 ) -------------------------45 = 29 ,5 %

Poder de corte asignado en cortocircuito (ver 4.101 CEI 60 056)El poder de corte asignado en cortocircuito es el valor ms elevado de la corriente que el disyuntor debe poder cortar bajo su tensin asignada. b Se caracteriza por dos valores: v el valor eficaz de su componente peridico, denominado de forma abreviada: "poder de corte asignado en cortocircuito" v el porcentaje del componente aperidico correspondiente a la duracin de apertura del disyuntor a la que se aade el semi perodo de la frecuencia asignada. El semi perodo corresponde al tiempo mnimo de activacin de una proteccin con el mximo de intensidad, es decir 10 ms a 50 Hz. b Segn la CEI, el disyuntor debe cortar el valor eficaz del componente peridico del cortocircuito (= su poder de corte nominal) con el porcentaje de asimetra definido por las curvas siguientes.Porcentaje del componente aperidico (% DC) en funcin del intervalo de tiempo (t)

Ejemplo 2:b Supongamos que el % DC de un disyuntor de MT equivale al 65% y que la intensidad de cortocircuito simtrica calculada (Isym) equivale a 27 kA.

A qu es igual Iasim?( % DC ) 2 I asim = Isim 1 + 2 ----------------100= 27kA 1 + 2 ( 0,65 ) = 36 ,7k A2

% DC 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60

}

[A]

4= 120 ms(constante de tiempo alterna)

b Basndose en la frmula [A], equivale a una intensidad de cortocircuito simtrica de calibre:36 ,7k A ------------------- = 33 ,8kA 1 ,086

1= 45 ms(constante de tiempo normalizada)

para un %DC del 30%.

70

80

90

(ms)

b El calibre del disyuntor deber por lo tanto ser superior a 33,8 kA. Segn la CEI, el calibre normalizado ms prximo es 40 kA.

t : duracin de apertura del disyuntor (Top), aumentada de un semi perodo a la frecuencia industrial (Tr).

b La CEI define de forma estndar los equipos de MT para un %DC del 30%, para un valor de cresta de corriente mxima igual a 2,5 Icc en 50 Hz 2,6 Icc en 60 Hz. En este caso, utilizar la curva t1.

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b Para los circuitos poco resistivos como las llegadas de generadores, %DC puede ser mayor, con un valor de cresta de la corriente mxima igual a 2,7 Icc. En este caso, utilizar la curva t4. Para todas las constantes comprendidas entre t1 y t4, utilizar la frmula:--------------------------------e t 1, ... ,4( T o p

+ Tr)

% DC = 100

b Valores del poder de corte asignado en cortocircuito: 6,3 - 8 - 10 - 12,5 - 16 20 - 25 - 31,5 - 40 - 50 - 100 kA.I (A)

b Los ensayos de corte en cortocircuito deben responder a las 5 secuencias de ensayo siguientes:Secuencia % Isim % componente aperidico %DC

IAC IMCt (s)

IDC

1 2 3 4 5*IMC IAC Idc %DC : : : :

10 20 60 100 100

20 20 20 20

segn la frmula

* para disyuntores que se abran en menos de 80 ms

intensidad establecida valor de cresta del componente peridico (Icc de cresta) valor del componente aperidico % de asimetra o componente aperidico: I DC ( Top + Tr ) -------------------------------t ( 1 ,... ,4 )

------- 100 = 100 e I AC

b Intensidad de cortocircuito simtrica (en kA):I AC I sim = ------2

b Intensidad de cortocircuito asimtrica (en kA):I asim 2 = I 2 AC + I 2 DC

%DC 2 I a sim = I sim 1 + 2 ---------- 100-

Tensin Transitoria de Restablecimiento asignada (TTR) (ver 4.102 CEI 60 056)Es la tensin que aparece entre las bornas de un polo del disyuntor despus de la interrupcin de la corriente. La forma de la onda de tensin de establecimiento vara en funcin de la configuracin real de los circuitos. Un disyuntor debe poder interrumpir una corriente determinada para todas las tensiones de restablecimiento cuyo valor sea inferior a la TTR asignada. b Factor de primer polo Para los circuitos trifsicos, la TTR se refiere al polo que corta en primer lugar, es decir, a la tensin en las bornas del polo abierto. La relacin de esta tensin con una tensin simple se denomina factor de primer polo y equivale a 1,5 para las tensiones de hasta 72,5 kV.

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b Valor de la TTR asignada v la TTR est en funcin de la asimetra; se proporciona para una asimetra del 0%U (kV) Uc

Tensin asignada(Ur en kV) 7,2 12 17,5 24 36

Valor de la TTR(Uc en kV) 12,3 20,6 30 41 62

Tiempo(t3 en s) 52 60 72 88 108

Retardo(td en s) 8 9 11 13 16

Velocidad de aumento(Uc/td en kV/s) 0,24 0,34 0,42 0,47 0,57

0 td t3 t (s)

2 U c = 1, 4 1, 5 ------ U r = 1, 715U r 3 t d = 0, 15t 3

v Representacin de una TTR especicada por un trazado de referencia con dos parmetros y por un segmento de recta que dene un retardoTd : t3 : Uc : Velocidad de aumento de la TTR: tiempo de retardo tiempo necesario para alcanzar Uc tensin de cresta de la TTR en kV Uc/t3 en kV/s

X1

A

B

X2

Poder de corte asignado en discordancia de fases (ver 4.106 CEI 60 056)Cuando un disyuntor est abierto y los conductores de ambos lados no son sncronos, la tensin entre sus bornas puede aumentar hasta la suma de las tensiones de los conductores (oposicin de fases). b En la prctica, la norma exige al disyuntor que corte una intensidad equivalente al 25% de la intensidad de defecto en las bornas, con una tensin igual al doble de la tensin en relacin con la tierra.

G

U1

U2

G

UA - UB = U1 - (-U2) = U1 + U2 si U1 = U2 entonces UA - UB = 2U

b Si Ur es la tensin asignada del disyuntor, la tensin de restablecimiento (TTR) a frecuencia industrial es igual a: v 2 3 3 Ur para las redes cuyo neutro es directo a la tierra 3 v 2.53 Ur para las dems redes. b Valores de cresta de la TTR para las redes que no tienen neutro a la tierra:3 U c = 1, 25 2, 5 ------ U r 2

Tensin asignada(Ur en kV) 7,2 12 17,5 24 36

Valor de la TTR(Uc en kV) 18,4 30,6 45 61 92

Tiempo(t3 en s) 104 120 144 176 216

Velocidad de aumento(Uc/td en kV/s) 0,18 0,26 0,31 0,35 0,43

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Poder de corte asignado de los cables en vaco (ver 4 .108 CEI 60 056)La especificacin de un poder de corte asignado para un disyuntor situado a la cabeza de cables en vaco no es obligatoria y no se considera necesaria para tensiones a 24 kV. b Valores normales del poder de corte asignado para un disyuntor situado a la cabeza de cables en vaco: Tensin asignada(Ur en kV) 7,2 12 17,5 24 36

Poder de corte asignado de los cables en vaco(Ic en kA) 10 25 31,5 31,5 50

Poder de corte asignado de las lneas en vaco (ver 4 .107 CEI 60 056)La especificacin de un poder de corte asignado para un disyuntor de maniobra situado a la cabeza de lneas en vaco est limitado a las lneas areas trifsicas y de tensin asignada 72 kV.

L

A

B Ic

Poder de corte asignado de batera nica de los condensadores (ver 4 .109 CEI 60 056)La especificacin del poder de corte de un disyuntor de maniobra situado aguas arriba de condensadores no es obligatoria. Debido a la presencia de armnicos, el poder de corte de los condensadores es igual a 0,7 veces el valor de la corriente asignada del aparato. Corriente asignada (A)400 630 1.250 2.500 3.150

G

U

C

Poder de corte de los condensadores (A)280 440 875 1.750 2.200

Por denicin

2 pu = U r -----3

b El valor normal de la sobretensin obtenida es igual a 2,5 pu, es decir:X1

2 2,5 Ur -----3

Poder de corte asignado de la batera de condensadores en escalones (ver 4.110 CEI 60 056)G U

La especificacin del poder de corte de condensadores en escalones no es obligatoria. b Si n es igual al nmero de escalones, la sobretensin equivale a:C1 C2 C3

2n 2 --------------- pe con pu = U r -----2n + 1 3

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Poder de cierre asignado de las bateras de condensadores (ver 4.111 CEI 60 056)El poder de cierre asignado de las bateras de condensadores es el valor de la cresta de la corriente que el disyuntor debe poder establecer a su tensin asignada. El valor del poder de cierre asignado del disyuntor debe ser superior al valor de la corriente de conexin de la batera de condensadores. En servicio, la frecuencia de la corriente de conexin est normalmente en el rango 2 - 5 kHz.

Poder de corte asignado de bajas corrientes inductivas (ver 4.112 CEI 60 056)El corte de una corriente poco inductiva (de unos amperios a algunas decenas de amperios) provoca sobretensiones. El tipo de disyuntor debe elegirse con el n de que las sobretensiones que aparecen no daen el aislamiento de los receptores (transformadores, motores).U

b La gura contigua representa las diferentes tensiones del lado de la cargaUf Uc Um Uif Up Ud : : : : : : valor instantneo de la tensin de red tensin de la red en el momento del corte punto de extincin sobretensin con respecto a tierra sobretensin mxima con respecto a tierra amplitud mxima cresta a cresta de la sobretensin debida al recebado.

Up Um Uc Uf Uif Ud t

b Niveles de aislamiento de los motores La CEI 60 034 establece los niveles de aislamiento de los motores. Los ensayos de resistencia a la frecuencia industrial y a los choques vienen dados en la tabla siguiente (niveles de aislamiento nominales para mquinas giratorias). AislamientoEntre espiras (4 Ur + 5) kV 4,9 pu + 5 = 31 kV a 6,6 kV (50% en una muestra) tiempo de subida 0,5 s Respecto a la tierra (2 Ur + 5) kV 2Ur + 1 2(2Ur + 1) 0 14 kV 28 kV 0 (4 Ur + 5) kV 4,9 pu + 5 = 31 kV a 6,6 kV tiempo de subida 1,2 s

Ensayo a 50 (60) Hz valor ecaz

Ensayo de choque

1 kV/s 0 1 mn

t

Condiciones normales de funcionamiento (ver CEI 60 694)Para todos los materiales que funcionen en condiciones distintas a las indicadas, debe preverse un decalaje (ver el captulo sobre decalaje). Los materiales estn diseados para un funcionamiento normal en las siguientes condiciones: b Temperatura 0CAmbiente instantnea mnima mxima valor mximo medio diario

InstalacinInterior -5C +40C 35C Exterior -25C +40C 35C

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b Humedad Valor medio de la humedad relativa para un perodo24 horas 1 mes

Material de interior95% 90%

b Altitud La altitud no debe superar los 1.000 metros.

Resistencia elctricaLa resistencia elctrica exigida por la recomendacin es de 3 cortes a Icc. Los disyuntores Merlin Gerin garantizan como mnimo 15 veces el corte Icc.

Resistencia mecnicaLa resistencia mecnica exigida por la recomendacin es de 2.000 maniobras. Los disyuntores Merlin Gerin garantizan 10.000 maniobras.

Coordinacin de los valores asignados (ver CEI 60 056)Tensin asignadaUr (kV) 3,6

Poder de corte asignado en cortocircuitoIcc (kV) 10 16 25 40 8 12,5 16 25 40 8 12,5 16 25 40 50 8 12,5 16 25 40 8 12,5 16 25 40 8 12,5 16 25 40

Intensidad asignada en servicio continuoIr (A) 400 630 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.250 1.600 1.600 2.500 2.500

3.150

7,2

400 400

630 630 630

1.600 1.600 1.600

.2500 2.500

3.150

12

400 400

630 630 630

1.600 1.600 1600 1.600

2.500 2.500 2.500

3.150 3.150

17,5

400

630 630 630

1.600

2.500

3.150

24

400

630 630 630

1.600 1.600

2.500 2.500

3.150

36

630 630 630

1.600 1.600 1.600

2.500 2.500

3.150

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Transformador de intensidad

Atencin: No dejar nunca un TI en circuito abierto.

Est destinado a proporcionar al secundario una intensidad proporcional a la corriente primaria.

Informe de transformacin (Kn)N2 l pr K n = ------- = -----Isr N1Nota: los transformadores de intensidad deben cumplir con la norma CEI 185 pero tambin pueden estar definidos por las normas BS 3938 y ANSI.

b Est formado por uno o varios bobinados primarios alrededor de uno o varios bobinados secundarios, cada uno de los cuales tiene su propio circuito magntico, todo ello envuelto en una resina aislante. b Es peligroso dejar un TI en circuito abierto, ya que pueden aparecer tensiones peligrosas para el personal y el material en sus bornas.

Caractersticas del circuito primario segn las normas CEIFrecuencia asignada (fr)Un TI definido a 50 Hz se puede instalar en una red de 60 Hz. Su precisin se conserva, pero no as a la inversa.

Tensin asignada del circuito primario (Upr)b Caso general:

Tensin asignada TI tensin asignada de la instalacin La tensin asignada establece el nivel de aislamiento del material (ver el captulo "Introduccin" de la gua). Generalmente, se elegir la tensin asignada del TI a partir de la tensin de servicio U de la instalacin, segn la tabla:U Upraislanteaire

3,3

5

5,5

6

6,6

10

11

13,8

15

20

22

30

33

TI toroidal

7,2 kV 12 kV

aislantecable o pasata pas

17,5 kV 24 kV

(pasatapas con o sin funda aislante)

36 kV

b Caso particular:

El TI es un toroidal BT instalado en un pasatapas o en un cable. El aislamiento dielctrico se realiza mediante el aislante del cable o del pasatapas y el aire situado entre ambos. El propio toroidal TI est tambin aislado.

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Transformador de intensidad

Intensidad de servicio primaria (Ips)La intensidad de servicio pirmaria I (kA) de una instalacin (una salida de transformador, por ejemplo) es igual a la intensidad de servicio primaria del TI (Ips) teniendo en cuenta decalajes eventuales.b Si :S U P Q Ips : : : : :

potencia aparente en kVA tensin de servicio primaria en kV potencia activa del motor en kW potencia reactiva de los condensadores en kvars intensidad de servicio primaria en A

b Se obtiene: v celda de llegada

S I ps = -----------------3U

v llegada del alternador

S I ps = -----------------3U v salida del transformador S I ps = -----------------3U v salida del motor P I ps = -----

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