Manual Abb Corto Circuito

Cuaderno de aplicaciones tcnicas n 2Subestaciones transformadoras MT/BT:teora y ejemplos del clculo de cortocircuitos

ndice

1 Informacin general sobrelas subestacionestransformadoras MT/BT1.1 Tipologas clsicas ..................................... 21.2 Consideraciones generales acerca de los

transformadores MT/BT .............................. 5

1.3 Dispositivos de proteccin MT:indicacin sobre los lmites marcadospor la compaa elctrica ............................ 8

1.4 Dispositivos de proteccin BT .................... 8

2 Clculo de la corrientede cortocircuito2.1 Datos necesarios para el clculo .............. 112.2 Clculo de la corriente de cortocircuito ..... 122.3 Clculo de la aportacin del motor ........... 152.4 Clculo de la corriente de pico ................. 15

Subestaciones transformadoras MT/BT:teora y ejemplos del clculo de cortocircuitos

Cuadernos de aplicaciones tcnicas

3 Eleccin de los dispositivosde proteccin y control3.1 Generalidades sobre los principales

parmetros elctricos de los dispositivosde proteccin y control ............................. 17

3.2 Criterios para la seleccin de losinterruptores automticos ......................... 19

3.3 Coordinacin entre interruptoresautomticos e interruptores-seccionadores .......................................... 21

3.4 Coordinacin entre dispositivosdiferenciales e interruptoresautomticos (RCDs) .................................. 22

3.5 Ejemplo de estudio de una red MT/BT ..... 23

Anexo A:Clculo de la corriente de arranque deltransformador ....................................................... 30Anexo B:Ejemplo de clculo de la corriente decortocircuito .......................................................... 32

B1 Mtodo de componentes simtricos ............ 33B2 Mtodo de potencia ..................................... 38

Glosario ............................................................. 40

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Subestaciones transformadoras MT/BT: teora y ejemplos del clculo de cortocircuitos


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1 Informacin general sobre las subestacionestransformadoras MT/BT

1.1 Tipologas clsicasUna subestacin transformadora elctrica consta deuna serie completa de dispositivos (conductores, apa-ratos de medicin y control y maquinaria elctrica),que transforman la tensin suministrada por la red dedistribucin de media tensin (p. ej. 15 kV o 20 kV) avalores de tensin adecuados para alimentar lneasde baja tensin (400 V - 690 V).Las subestaciones elctricas pueden dividirse en sub-estaciones pblicas y privadas:subestaciones pblicas: pertenecen a los serviciospblicos encargados de suministrar electricidad, yproporcionan corriente alterna monofsica o trifsica alos usuarios privados (los valores tpicos de la tensinde los dos tipos de suministro de alimentacin pue-den ser 230 V y 400 V). A su vez, stas se dividen ensubestaciones de tipo urbano o rural, que constan deun nico transformador de energa de tamao reduci-do. Normalmente, las subestaciones urbanas son cons-trucciones, mientras que las rurales suelen instalarseexternamente de forma directa en la torre de MT.subestaciones privadas: a menudo, se pueden con-siderar subestaciones de tipo terminal, es decir, sub-estaciones en que la lnea de MT termina en el puntode instalacin de la propia subestacin. Pertenecen alusuario y pueden suministrar energa tanto a usuariosciviles (escuelas, hospitales, etc.) como a usuarios in-dustriales desde la red de MT pblica. En su mayora,

estas subestaciones se encuentran en las mismas de-pendencias de la fbrica a la que alimentan y, bsica-mente, se componen de tres salas diferenciadas:

- sala de suministro: el lugar en que se instala la cel-da de compaa de la compaa elctrica. Esta saladebe tener unas dimensiones que permitan alojar laconstruccin del sistema de alimentacin/salida quepermita ampliar por parte de la compaa elctrica,incluso con posterioridad, para satisfacer sus nuevosrequisitos. El punto de toma se encuentra en la salade suministro, que representa la frontera y la conexinentre la red pblica y la planta del usuario.

- sala de instrumentos: el lugar en que se encuen-tran equipos de medida.Las dos salas deben disponer de un acceso porcarretera pblica para permitir la intervencin porparte de personal autorizado, tanto si el usuario estpresente como si no.

- sala del usuario: destinado para contener el trans-formador y los interruptores de MT y BT que sonresponsabilidad del usuario. Normalmente, esta saladebe estar adyacente a las otras dos salas.

La Figura 1 muestra la estructura tpica de una subesta-cin con la divisin en salas anteriormente descritas.Normalmente, se espera que el cliente utilice los trans-formadores MT/BT con:- bobinado primario tringulo (), excepto cuando se

prevean aplicaciones especiales (mquinas de sol-

Figura 1: Diagrama conceptual de la subestacin

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Subestaciones transformadoras MT/BT: teora y ejemplos del clculo de cortocircuitos 3

1 Informacin general sob

re las subestaciones transform

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T/BT

dar, accionamientos, etc.). La conexin que puedano ser del tipo tringulo y la eleccin debe acordar-se con la compaa elctrica

- bobinado secundario estrella con punto central co-nectado a tierra ( ), para reducir las alteracionesen la red y para hacer que la tensin de fase y neu-tro estn disponibles fcilmente.

La compaa elctrica en su documentacin oficial de-fine los criterios y los mtodos de conexin de clien-tes normales (considerados como los que no son otrosproductores de energa o usuarios especiales con car-gas perturbadoras caracterizadas, por ejemplo, por ar-mnicos o fluctuaciones).Estas disposiciones se aplican especficamente a co-nexiones a la red de MT con una tensin nominal de15 kV y 20 kV, mientras que para otros valores de MTpueden aplicarse por similitud.Como ejemplo, a continuacin facilitamos las disposi-ciones de una compaa elctrica italiana en relacincon la potencia del transformador que puede utilizarse.Los valores de potencia permitidos son los siguientes:- potencia mxima de 1600 kVA para redes de 15 kV- potencia mxima de 2000 kVA para redes de 20 kV.Las potencias indicadas se refieren a un transformadorcon vk%=6%. Si se prev la conexin de varios transfor-madores, el lmite de la potencia indicada debe aplicar-se a todo el conjunto de transformadores en paralelo.Tambin se define el lmite relativo a la potencia instalabley, para evitar desconexiones no deseadas de la protec-cin contra sobreintensidades de la lnea MT durantelas operaciones de puesta en servicio de sus propiasplantas, el cliente no puede instalar ms de tres trans-formadores de un tamao equivalente a los lmites ante-riormente indicados con barras de distribucin BT inde-pendientes. En caso contrario, deber proporcionar dis-positivos adecuados en su planta para evitar que sepongan en funcionamiento simultneamente los trans-

formadores que haran que se superaran estos lmites.Adems los usuarios no pueden instalar transforma-dores en paralelo (barras de tensin conectadas) parano exceder los lmites ya mencionados, en el caso deun cortocircuito en la parte del suministro de BT, elinterruptor automtico principal de BT, slo el interrup-tor automtico de MT del usuario, instalado para pro-teger el transformador, y no la lnea de proteccin deaparatos de la compaa elctrica, disparar.En estos casos cuando la planta del cliente no es com-patible con los lmites mencionados, ser necesarioconsiderar otras soluciones, por ejemplo suministran-do alimentacin mediante una lnea dedicada y perso-nalizando las configuraciones del dispositivo de pro-teccin de sobrecorrientes.El transformador se conecta al punto de toma en la salade suministro a travs de un cable de conexin de cobreque, con independencia de la potencia suministrada, debetener una seccin mnima de 95 mm2. Este cable es pro-piedad del usuario y debe ser lo ms corto posible.La tendencia actual relativa a la gestin de la conexina tierra del sistema consiste en proporcionar el pasodesde neutro aislado hasta neutro conectado a tierra atravs de impedancia. Esta modificacin, requerida parareducir las corrientes monofsicas de falta a tierra queaumentan continuamente debido al efecto del uso cre-ciente de cables subterrneos o areos, tambin impli-ca la actualizacin de las protecciones contra faltas atierra por parte de las compaas elctricas y los clien-tes. La intencin es limitar los disparos no deseados enla medida de lo posible, con lo que mejora el servicio.Tras haber explicado cules son las principales nor-mas elctricas para una subestacin MT/BT, ahora ana-lizaremos cules son los mtodos de gestin ms ha-bituales en relacin con la disposicin de los transfor-madores para una subestacin alimentada por unanica lnea de media tensin.

Mtodo 1

Subestacin con un nico transformador

Cuando en la planta se prev la instalacin de un dispositivo deproteccin contra sobreintensidades IMT en el origen de la lnea quealimenta la subestacin, como se muestra en el diagrama 1, estedispositivo debe garantizar la proteccin de la lnea MT y deltransformador.

En el caso en que el dispositivo de proteccin tambin lleva a cabofunciones de conmutacin y aislamiento, debe facilitarse un bloqueoque permita el acceso al transformador solamente cuando la lnea desuministro de alimentacin de la subestacin se haya aislado.

En el diagrama 1a se muestra otro mtodo de gestin, que prev lainstalacin del dispositivo de conmutacin y aislamiento SMT,colocado inmediatamente en la parte de alimentacin deltransformador, y con independencia del dispositivo de proteccin quepermanece instalado al principio de la lnea.

IMT

IBT

Lnea MT

L1 L2

Diagrama 1

IMT

IBT

Lnea MT

L1 L2

Diagrama 1a

SMT

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Mtodo 2



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T/BT

Subestacin con dos transformadores, con uno actuando como reservadel otro

Cuando en la planta se prev la instalacin de un transformador que seconsidera de reserva, los interruptores automticos en la parte de BTdeben conectarse con un bloqueo I, cuya funcin es evitar que lostransformadores funcionen en paralelo.

Aparte del dispositivo de conmutacin y aislamiento en la lnea MT deentrada (IGMT), tambin es aconsejable proporcionar un dispositivo deconmutacin, aislamiento y proteccin en los conductores de MTindividuales aguas arriba de los dos transformadores (IMT1 e IMT2).De esta manera, con la apertura del dispositivo en la parte de laalimentacin y de la carga de un transformador, es posible garantizar elaislamiento y el acceso a la mquina sin tener que parar toda lasubestacin.

Mtodo 3

Subestacin con dos transformadores que funcionan en paraleloen la misma barra de distribucin

Cuando en la planta se prev la instalacin de dos transformadores quefuncionan en paralelo con la potencia total requerida de la planta, esposible emplear dos transformadores con una potencia nominal menor. Encomparacin con el mtodo de gestin descrito en los dos casosanteriores, podran generarse intensidades de cortocircuito mayores parafaltas en el sistema de baja tensin debidas a la reduccin del valor vk%posible en transformadores de menor potencia.El funcionamiento de los transformadores en paralelo podra provocarproblemas ms graves en la gestin de la red. No obstante, en este casola parada de un transformador tambin podra requerir cierta flexibilidad enla gestin de la carga, garantizando el suministro de alimentacin de lascargas que se consideran prioritarias. Al coordinar las protecciones, debetenerse en cuenta el hecho de que la sobreintensidad en la parte de BT sedivide entre los dos transformadores.

Subestacin con dos transformadores que funcionan simultneamentecon dos semibarras de distribucin independientes

Partiendo del mtodo de gestin anterior, al proporcionar un enlace debarra CBT y un bloqueo I que evite el cierre de dicho enlace de barras alcerrarse ambos interruptores automticos de salida del transformador, seconfigura una subestacin gestionada como se muestra en el diagrama 4,en que se prevn dos transformadores que alimentan individualmente alas barras de distribucin de baja tensin, que son independientes.Con la misma potencia de los transformadores instalados, este mtodo degestin permite un valor inferior de la intensidad de cortocircuito en labarra de distribucin. En otras palabras, cada transformador determina elnivel de cortocircuito para la barra de distribucin de su competencia sinconsiderar la aportacin de otros transformadores. Una vez ms en estecaso, cuando un transformador est fuera de servicio, con cualquier cierredel enlace de barra se pasa a un sistema con una nica barra dedistribucin alimentada solamente por el transformador en buenascondiciones, y debe facilitarse una lgica de gestin de cargas condesconexin de las cargas no prioritarias.

Es posible realizar una gestin de la planta de acuerdo con el diagrama 4,por ejemplo utilizando la serie Emax de interruptores automticos con unbloqueo mecnico entre tres interruptores automticos.

IGMT

IMT1

IBT1

IMT2

IBT2

L1 L6

I

Diagrama 4

CBTL2 L3 L4 L5

Mtodo 4

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T/BT

1.2 Consideraciones generales acercade los transformadores MT/BT

El transformador es la parte ms importante de lasubestacin transformadora. Su seleccin afecta a laconfiguracin de la subestacin y se efecta sobre labase de diversos factores.Dado que no es un tema especfico de este documen-to y que solamente queremos proporcionar unas indi-caciones generales, podemos sealar que para po-tencias bajas (hasta 630 kVA - 800 kVA) puede insta-larse un nico transformador, mientras que para po-tencias superiores (hasta 1000 kVA - 1600 kVA), la po-tencia se divide entre varias unidades en paralelo.Otra caracterstica a tener en cuenta al seleccionar eltransformador es el tipo de sistema de refrigeracin,que puede ser de aire o aceite. En la instalacin deaire acondicionado para la estructura de la subestacin,en el caso de transformadores refrigerados por aceitedeben adoptarse medidas, por ejemplo las destina-das a evitar fugas de aceite, mediante un foso de cap-

tacin de aceite como se muestra en la Figura 2. Ade-ms, la subestacin debe tener una resistencia mni-ma al fuego de 60 minutos (REI 60) y ventilacin sola-mente hacia el exterior. En funcin del tipo de refrige-racin, los transformadores se identifican del modosiguiente:

AN refrigeracin con circulacin de aire natural;AF refrigeracin con circulacin de aire

forzada;ONAN refrigeracin con circulacin de aire

y aceite natural;ONAF refrigeracin con circulacin de aire natural

y de aceite forzada;OFAF refrigeracin con circulacin de aire

y aceite forzada.

La eleccin ms frecuente son los tipos AN y ONAN,ya que no es aconsejable utilizar transformadores queincorporen ventiladores o distribuidores de aceite, por-que pocas veces es posible tener personal en lassubestaciones.

Figura 2: Transformadores ONAN que contienen ms de 500 kg de aceite (> 800 kVA)

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T/BT

Otras caractersticas importantes a tener en cuenta sonlas referentes a los parmetros elctricos adems delos datos habituales como la potencia nominal, la ten-sin nominal del secundario sin carga, el cociente detransformacin, la tensin de cortocircuito nominal en por-centaje vk%, adquieren gran importancia sobre todo cuan-do los transformadores estn funcionando en paralelo:

- la tipologa de conexin de los bobinados (la co-nexin a tierra en tringulo/estrella es la ms utiliza-da en los transformadores de subestaciones)

- el sistema de conexin (grupo IEC), que convencio-nalmente se expresa como un nmero que, multipli-cado por 30, da el ngulo de desfase de la tensinde fase en la parte de BT en comparacin con laparte de MT.

La presencia de dos o ms transformadores MT/BT yun posible enlace de barra cerrado en las barras dedistribucin BT permite gestionar la red elctrica conlos transformadores en paralelo.En presencia de faltas, este mtodo de gestin provo-ca un incremento del valor de la corriente de cortocir-cuito en la parte de BT, con un posible incremento delpoder de corte de los interruptores automticos de sa-lida de la barra de distribucin y unas condiciones deanclaje ms estrictas para las barras de distribucin,en comparacin con el funcionamiento con un solo trans-formador. Ello se debe al menor valor de vk% que carac-teriza a los transformadores con menos potencia. Por

otro lado, cuando se gestiona adecuadamente, el m-todo paralelo tiene la ventaja de permitir el suministrode alimentacin, como mnimo a los usuarios conside-rados principales, a travs del posible enlace de barra,incluso en caso de fallo de uno de los transformadores.El ejemplo siguiente muestra el incremento del valorde la corriente de cortocircuito en la barra de distribu-cin en el caso de transformadores en paralelo:

Red de alimentacin, potenciade cortocircuito ...................................Sknet = 750 MVATensin secundaria de la planta ........ V2n = 400 VPotencia del transformador nico ......SnTR = 1600 kVATensin nominal de cortocircuitodel transformador nico ..................... vk% = 6%Potencia del transformadoren paralelo ..........................................SnTR = 800 kVATensin de cortocircuito deltransformador en paralelo .................. vk% = 4%

A partir de estos datos y de clculos rpidos, se ob-tiene un valor de corriente de cortocircuito de 37 kA enla barra de distribucin con el transformador nico de1600 kVA.Con dos transformadores de 800 kVA en paralelo, lacorriente de cortocircuito en la barra de distribucinser de aproximadamente 55 kA.En referencia a la red elctrica descrita en la Figura 3,las consideraciones siguientes tienen el objetivo deilustrar la filosofa de gestin de las protecciones:

Figura 3

IGMT

IMT1

IBT1

IMT2

IBT2

L1 L6CBT

L2 L3 L4 L5

G3

G4

G2

G1

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T/BT

G1 Falta en una de las salidas de BTCon independencia de la presencia o la ausencia delenlace de barra:con la seleccin apropiada de los dispositivos de pro-teccin y de conformidad con las disposiciones deselectividad de BT normales, es posible discriminar elfallo y garantizar la continuidad del servicio con la aper-tura de tan slo el interruptor automtico L1.

G2 Falta en la barra de distribucin BTSin enlace de barra:la falta se elimina a travs de los dos interruptoresautomticos generales de la parte de BT (IBT1 e IBT2) delos transformadores, lo que provoca la cada comple-ta de la planta. Los transformadores siguen alimenta-dos sin carga. Para evitar la apertura de los interrupto-res automticos IMT, la obtencin de la selectividad MT/BT vuelve a ser importante en este caso.

Con enlace de barra:el enlace de barra CBT debe abrirse, con la consiguien-te separacin de las barras de distribucin y la elimi-nacin completa de la falta a travs de la apertura delinterruptor automtico IBT1 principal. La accin del en-lace de barra permite mantener el suministro de ali-mentacin a la semibarra de distribucin no afectadapor la falta. La actuacin de los dispositivos BT (IBT1 CBT IBT2), que resultan afectados por la falta, puedecoordinarse empleando dispositivos para los cualesse implementa la selectividad de la zona direccional,como por ejemplo los disparadores de proteccinPR123 para la serie Emax y PR333 para el interruptorautomtico Emax tipo X1.

G3 Falta en el bus BT aguas abajo del transformadorSin enlace de barra:La corriente de falta afecta a los dos transformadoresy puede llegar a provocar la apertura de los dos dis-positivos IMT e IBT de los transformadores. La conse-cuencia de ello sera la desconexin de toda la planta.En este caso, es importante estudiar e implementaruna lgica de gestin dedicada (por ejemplo, selecti-vidad direccional) que permita la apertura de IBT1 e IMT1para aislar tan slo el transformador afectado por lafalta. Asimismo, debe preverse una lgica para la des-conexin de cargas no prioritarias, dado que la plantaslo funciona con un transformador.

Con enlace de barra:la lgica de gestin sigue siendo la misma y, posible-mente, tambin podra tener en cuenta la apertura delenlace de barra.

G4 Falta en el bus MT aguas arriba del transformadorSin enlace de barra:la lgica de gestin debe permitir la apertura inmediatadel interruptor automtico IMT1 afectado por la corrientede falta plena (IMT2 ver una corriente baja limitada por laimpedancia de los dos transformadores) y, si la gestinde la planta prev coordinacin, ordenar la aperturadel interruptor automtico IBT1 con aislamiento de la faltay seguir con la continuidad del servicio de toda la plantagarantizada por el suministro de alimentacin a travsdel otro transformador. Asimismo, debe preverse unalgica para la desconexin de cargas no prioritarias,dado que la planta slo funciona con un transformador.

Con enlace de barra:la lgica de gestin sigue siendo la misma, y el enlacede barra slo tendra la funcin de separar las barras dedistribucin eliminando as el transformador excluido.Tras un anlisis de las modalidades de tratamiento defaltas, que en algunas circunstancias resulta ser bas-tante complejo debido a la doble alimentacin de lostransformadores en paralelo, a continuacin se exami-nan los requisitos mnimos para tener dos transforma-dores funcionando en paralelo:

a) las conexiones internas deben pertenecer al mismogrupo (grupo IEC) y los transformadores deben tener lamisma relacin de transformacin. Al cumplir estas dis-posiciones, los dos conjuntos de tensin coinciden yestn en oposicin de fase; por consiguiente, no haydiferencias vectoriales entre la tensin secundaria decada malla aislada y no se generan corrientes de cir-culacin. En el caso contrario, se generaran corrientesde circulacin, que podran daar los transformadoresincluso en funcionamiento sin carga;b) las tensiones de cortocircuito (vk%) deben tener elmismo valor. Gracias a esta medida, la intensidad decarga total se subdivide entre los dos transformado-res en proporcin a sus potencias nominales respecti-vas. En caso negativo, los dos transformadores secargaran de forma distinta y el transformador con lamenor cada de tensin interna estara ms cargada.

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T/BT

Figura 4

A continuacin se facilita una breve descripcin deestas funciones de proteccin implementadas en losrels electrnicos basados en microprocesador:

- proteccin contra sobrecargase identifica como la funcin L, y se trata de unaproteccin con desconexin con tiempo de retardolargo inverso con intensidad y tiempo ajustables. Enlos rels de proteccin electrnicos de ABB tambinse indica como la funcin I1.

- proteccin contra cortocircuitose identifica como la funcin S, contra cortocircuitoretardado (en los rels de proteccin electrnicos deABB tambin se indica como la funcin I2) e I contracortocircuito instantneo (en los rels de proteccin elec-trnicos de ABB tambin se indica como la funcin I3).La funcin S puede asociarse a desconexin conretardo de tiempo inverso o definido, con intensidady tiempo ajustables. La funcin I es una protec-cin con desconexin con tiempo definido y slo in-tensidad ajustable.

- proteccin contra falta a tierrase identifica como la funcin G, y puede asociar-se a desconexin con retardo inverso o definido, conintensidad y tiempo ajustables. Esta proteccin pue-de efectuarse en el punto de estrella del transforma-dor con toroide externo.

La curva amarilla representa el comportamiento delinterruptor automtico con valores de intensidad muysuperiores a la proteccin definida I3.El diagrama de la Figura 4 muestra un ejemplo de unacurva de desconexin de tiempo/intensidad de un inte-rruptor automtico BT en que se han activado todas lasfunciones de proteccin anteriormente mencionadas.

El ejemplo siguiente tiene el objetivo de explicar cmoes posible operar con la informacin que caracteriza lacurva de tiempo inverso con constante I2t caractersti-ca como las disponibles para las funciones L - S G.

1.3 Dispositivos de proteccin MT:indicacin sobre los lmites marcadospor las compaas elctricas

La lnea procedente de la distribucin MT que alimentala subestacin del usuario est provista de sus pro-pias protecciones contra sobreintensidad y faltas a tie-rra; por lo tanto, la compaa elctrica no facilitar dis-positivos de proteccin para la planta del cliente.Para evitar que las faltas internas de la planta de MT y BTafecten al servicio de la red de distribucin, el cliente debeinstalar protecciones adecuadas. La seleccin de los dis-positivos de proteccin y su coordinacin deben garanti-zar la seguridad del personal y los transformadores, ade-ms de la fiabilidad del servicio de la instalacin.A continuacin se facilitan algunas indicaciones relati-vas a las caractersticas que deben tener las funcio-nes de proteccin de la parte de MT/BT y el modo enque pueden interactuar.Normalmente, la proteccin de la empresa elctricaopera con caractersticas de desconexin por tiempoindependientes, y los valores umbral de desconexincomunicados al cliente representan el lmite mximo acumplir para evitar desconexiones no deseadas.

A continuacin se facilita un ejemplo del rango de ajustedel dispositivo de proteccin para los distintos um-brales de proteccin:

- Umbral de sobreintensidad (sobrecarga 51):Umbral (30600) A, con intervalos de 15 A (valoresprincipales)Tiempo de retardo (0,055) s, con intervalos de 0,05 s.

- Umbral de sobreintensidad (cortocircuito 50):Umbral (30600) A, con intervalos de 15 A (valoresprincipales)Tiempo de retardo (0,055) s, con intervalos de 0,05 s.

- Proteccin contra faltas a tierra:Segn las caractersticas de la instalacin del usuario,la proteccin contra falta a tierra puede componerse deuna proteccin direccional contra faltas a tierra combi-nada con una proteccin contra sobreintensidades 67N,o simplemente de una proteccin contra sobreintensi-dades de falta a tierra 51N.Por ejemplo, en el caso de la proteccin contra sobre-intensidades los rangos de ajuste son los siguientes:

umbral de sobreintensidad (010) A, con inter-valos de 0,5 A (demora de los valores principales(0.051) s, con intrvalos de 0,05 s).

1.4 Dispositivos de proteccin BTLos dispositivos de proteccin BT se encuentran en laparte de la carga del transformador.Las funciones de proteccin normalmente disponiblesen un dispositivo BT son las funciones de proteccincontra sobrecargas, cortocircuitos y faltas a tierra.

1E4s

1E3s

100s

10s

1s

0.1s

1E-2s

0.1kA 1kA 10kA

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T/BT

En referencia a la funcin de proteccin L imple-mentada en el rel montado en los interruptores auto-mticos en caja moldeada de la serie Tmax, por ejem-plo un T2...160 In100 (In indica el tamao del rel deproteccin montado en el interruptor automtico), lascurvas de desconexin posibles son tipo A y tipo B.La curva de tipo A se caracteriza por su paso a travsdel punto identificado como:

6 x I1 con un tiempo t1 = 3 s

La curva de tipo B se caracteriza por su paso a travsdel punto identificado como:

6 x I1 con un tiempo t1 = 6 s

Suponiendo para I1 un ajuste genrico I1 = 0,6 x In =0,6 x 100 = 60A, lo anterior significa que, con arreglo a6 x I1 = 360A, las dos curvas de ajuste se caracteriza-rn por un tiempo de desconexin de 3 6 segundos(sin las tolerancias), como muestra el diagrama de tiem-po/intensidad de la Figura 5.

Figura 5

Dado que se trata de curvas con constante I2t, siem-pre deber verificarse la condicin siguiente:

para la curva A:(6 x I1)2 x 3 = const = I2t

para la curva B:(6 x I1)2 x 6 = const = I2t

Por ejemplo, con las condiciones anteriores, es posibledeterminar el tiempo de desconexin de la proteccinpara una intensidad de sobrecarga equivalente a 180 A.Por lo tanto, a partir de las frmulas anteriores, pue-den obtenerse las condiciones siguientes:

(6 x I1)2 x 3 = 1802 x tA(6 x I1)2 x 6 = 1802 x tB

que, respectivamente, dan:

tA = 12stB = 24s

Obviamente, estos resultados obtenidos matemtica-mente pueden verificarse inmediatamente mediante laevolucin de las curvas de desconexin, como mues-tra el diagrama de tiempo/intensidad de la Figura 6.

Figura 6

100s

10s

1s

0.1kA 1kA0.1s

6 seg

3 seg

Curva B

Curva A

6xI1=360 A

100s

10s

1s

0,1kA 1kA

1E3s

Tiempo x 180A curva B=24s

Curva B

Curva A

Is=180 A

Tiempo x 180A curva A=12s

Por ejemplo, si los requisitos de la instalacin impo-nen la eliminacin de la carga supuesta de 180 A enun tiempo inferior a 15 segundos, el anlisis efectuadodemostrar que la caracterstica de desconexin a uti-lizar y ajustada en el rel de proteccin se define comola curva A (tiempo de desconexin t1 = 3 s para unaintensidad equivalente a 6 x I1).An en referencia a la condicin

(6 x I1)2 x t = const

para seleccionar la curva adecuada para eliminar lasobrecarga de 180 A en un tiempo inferior a 15 segun-dos, es posible actuar de forma inversa mediante laecuacin:

(6 x 0,6 x 100)2 x t = const = 1802 x 15

Esta relacin permite el clculo del mximo retardo dela caracterstica de desconexin para cumplir los re-quisitos de la instalacin.Al explicitar el tiempo se obtiene el valor siguiente:

t = 3,75 s

La curva adecuada ser la que tenga un valor t1inferior a t. Por lo tanto, la curva a utilizar ser lacurva A, como refleja el anlisis anterior.Las protecciones, sobre todo las de MT, suelen iden-tificarse con cdigos alfanumricos como 50 51N 67, que no tienen un equivalente en la nomenclaturatpica de BT. A continuacin, se facilita informacinque explica el significado de los cdigos ms comu-nes y que tiene el objetivo de crear una corresponden-cia, en la medida de lo posible, entre las indicacionesutilizadas para identificar las protecciones de MT y lasutilizadas para las de BT.

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Tabla 1



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T/BT

CdigoANSI/IEEE Definicin de la funcin

Simbologa correspondientea la norma IEC 60617-7

51

50

51N

50N

67

67N

Sobreintensidad retardada

Sobreintensidad instantnea

Sobreintensidad de falta a tierra retardada

Sobreintensidad de falta a tierra instantnea

Sobreintensidad de fase direccional

Sobreintensidad de falta a tierra direccional

= 0

= 0

= 0

= 0

Actualmente est en vigor la norma IEC 60617-7, quedefine la simbologa y la funcin relevante de los dis-paros utilizados normalmente en instalaciones elctri-cas. Para gran parte del personal que trabaja en elmbito elctrico, la prctica comn consiste en utilizarla codificacin de la norma ANSI/IEEE C37.2.A continuacin se facilita un ejemplo de la correspon-dencia entre la simbologa IEC y ANSI/IEEE para algu-nas de las principales funciones de proteccin de MT.

50 Rel de sobreintensidad instantneoUn dispositivo que funciona sin retardo intencional cuan-do la intensidad excede un valor predefinido. Puedecompararse con una proteccin I de un rel de BT.

51 Rel de sobreintensidad retardadoUn dispositivo que funciona cuando la intensidad deentrada excede un valor predeterminado, y en el cualla intensidad de entrada y el tiempo de actuacin guar-dan una relacin inversa. Puede compararse con unaproteccin S de un rel de BT.

51N o 51G Rel de sobreintensidad de falta a tierraretardadoDispositivos que funcionan con un tiempo de retardodefinido cuando se produce una falta a tierra. En detalle:

- 51N: corriente residual medida en el retorno comn deltransformador de intensidad. Este dispositivo puedecompararse con una proteccin G de un rel de BT.

- 51G: corriente residual medida directamente en untransformador de intensidad o slo en un transfor-mador de intensidad toroidal. Este dispositivo pue-de compararse con la proteccin que puede

implementarse, por ejemplo, mediante un toroidehomopolar que funcione con un dispositivo diferen-cial con tiempos de desconexin ajustables (p. ej.un RCQ), o a travs de la funcin G del rel deproteccin alimentado por un toroide externo.

50N o 50G Rel de sobreintensidad de falta a tierrainstantneoUn dispositivo que funciona sin retardo intencionalcuando se produce una falta a tierra. En detalle:- 50N: corriente residual medida en el retorno comn

del transformador de intensidad. Puede compararsecon una proteccin G con tiempo definido de unrel de BT.

- 50G: corriente residual medida directamente en untransformador de intensidad o slo en un transfor-mador de intensidad toroidal. Puede compararse conuna proteccin que, por ejemplo, puede efectuarsea travs de un toroide homopolar.

67 Rel de potencia direccional de corriente alterna orel de sobreintensidad direccionalUn dispositivo que funciona con un valor deseado depotencia que circula en una direccin predetermina-da, o para sobreintensidad con potencia que circulaen una direccin predeterminada. Puede compararsecon una proteccin D de un rel de BT.

49 Rel trmico de corriente alternaUn dispositivo que funciona cuando la temperatura de lamquina o del aparato excede un valor predeterminado.Puede compararse con la proteccin contra sobrecargaL de un rel de BT, aunque no se proporciona una pro-teccin real contra sobrecarga para aplicaciones de MT.

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2 Clculo de la corriente de cortocircuito

2.1 Datos necesarios para el clculoA continuacin se facilitan algunas indicaciones gene-rales respecto a los parmetros tpicos que caracteri-zan los componentes principales de una instalacin.El conocimiento de los parmetros siguientes es fun-damental para efectuar un anlisis exhaustivo de lainstalacin.

Redes de distribucin:En una red MT, la tensin nominal suele ser el nicoparmetro conocido.Para calcular la corriente de cortocircuito, es necesa-rio conocer la potencia de cortocircuito de la red, quepuede oscilar entre 250 MVA y 500 MVA en sistemasde hasta 30 kV.Cuando aumenta el nivel de tensin, la potencia decortocircuito puede oscilar entre 700 MVA y 1500 MVA.Los valores de tensin de la red de distribucin MT y losvalores de potencia de cortocircuito relevantes acepta-dos por la norma IEC 60076-5 se describen en la Tabla 1.

Generador sncronoLos datos que normalmente se conocen de una m-quina elctrica son la tensin nominal Vn y la potenciaaparente nominal Sn.En generadores sncronos, al igual que en cualquierotra mquina elctrica, para obtener un anlisis com-pleto tambin es necesario evaluar:

- el comportamiento en condiciones estables para unanlisis de los problemas de estabilidad esttica

- el comportamiento en condiciones transitorias cuan-do la carga vara repentinamente para un anlisis delos problemas de estabilidad dinmica, en particu-lar cuando se produce un cortocircuito trifsico.

Por lo tanto, es necesario conocer los valores de lareactancia de la mquina, en particular:

- respecto al primer tipo de problema, el parmetro deter-minante se representa mediante la reactancia sncrona;

- respecto al segundo tipo de problema, la reactanciatransitoria con las constantes de tiempo relevantesy la reactancia subtransitoria;

En este documento, el anlisis esttico y dinmico delos fenmenos conectados al generador no se trataren detalle, y slo se estudiarn y determinarn los si-guientes elementos:

x% =XIn3

Vn100

- el valor de intensidad mxima en los instantes ini-ciales del cortocircuito, del cual dependen las ten-siones en los bobinados, en las conexiones genera-dor-transformador y en la base del alternador;

- la forma de onda de la corriente de cortocircuito, queresulta ser fundamental para la correcta coordina-cin de las protecciones en la red alimentada. Lacorriente de cortocircuito en la curva de tiempo-co-rriente presenta una evolucin tpica: antes de al-canzar su valor en condiciones estables, alcanza va-lores mayores que caen progresivamente.

Este comportamiento se debe al hecho de que la impe-dancia del generador, que prcticamente slo se com-pone de la reactancia, no tiene un valor definido, sinoque vara a cada instante porque el flujo magntico delque depende no alcanza inmediatamente la configura-cin de estabilidad. Un valor de inductancia distinto co-rresponde a cualquier configuracin del flujo, sobre tododebido a caminos distintos de las lneas magnticas.Adems, no hay un nico circuito ni una nica inductancia,sino ms inductancias (del bobinado del inducido, delbobinado del campo, de los circuitos de amortiguacin)que estn acopladas mutuamente. Para simplificar, hayque tener en cuenta los parmetros siguientes:

reactancia subtransitoria, eje directo Xdreactancia transitoria, eje directo Xdreactancia sncrona, eje directo Xd

La evolucin de estos parmetros durante el tiempo influ-ye en la evolucin de la corriente de cortocircuito del ge-nerador. Las reactancias suelen expresarse en valoresp.u. (por unidad) y porcentuales, es decir, que estn rela-cionados con los parmetros nominales de la mquina.Pueden determinarse a travs de la relacin siguiente:

Donde:X es el valor real en ohmios de la reactancia considerada;In es la intensidad asignada de la mquina;Vn es la tensin asignada de la mquina.

Los valores siguientes pueden indicarse en orden decantidad para las diversas reactancias:- reactancia subtransitoria: los valores oscilan entre el

10% y el 20% en turboalternadores (mquinasisotrpicas con rotor liso), y entre el 15% y el 30% enmquinas con rotor de polos salientes (anisotrpicas);

- reactancia transitoria: puede variar entre el 15% y el30% en turboalternadores (mquinas isotrpicas conrotor liso), y entre el 30% y el 40% en mquinas conrotor de polos salientes (anisotrpicas);

- reactancia sncrona: los valores oscilan entre el 120%y el 200% en turboalternadores (mquinas isotrpicascon rotor liso), y entre el 80% y el 150% en mquinascon rotor de polos salientes (anisotrpicas).

Tensin de la red Potencia aparente de cortocircuito Potencia aparente de cortocircuitode distribucin Prctica europea actual Prctica norteamericana actual

[kV] [MVA] [MVA]

7.21217.5-24 500 50036 1000 1500

5272.5 3000 5000

Tabla 1

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12

2 Clculo d

e la corriente de cortocircuito

TransformadorUn transformador MT/BT con bobinado primario trin-gulo () y bobinado secundario con punto de estrellaconectado a tierra ( ).Los parmetros elctricos que suelen conocerse y quecaracterizan al transformador son:

- potencia asignada aparente Sn [kVA]- tensin asignada del primario V1n [V]- tensin asignada del secundario V2n [V]- tensin cortocircuito en porcentaje vk% (los valores

tpicos son 4% y 6%)

Con estos datos, es posible determinar las corrientesasignadas del primario y el secundario y las corrientesen condiciones de cortocircuito.Los valores tpicos de la tensin de cortocircuito vk% enrelacin con la potencia nominal de los transformadores sedetallan en la Tabla 2 (norma de referencia IEC 60076-5).

La capacitancia de funcionamiento en condiciones desobrecarga depende de las caractersticas de construc-cin de cada transformador nico. En general, puedeconsiderarse que la capacitancia de funcionamiento delos transformadores en bao de aceite en condicionesde sobrecarga es la mostrada en la norma ANSI C57.92,y que se ajusta a los valores detallados en la Tabla 3.

Motor asncronoLos datos que normalmente se conocen para un motorasncrono son la potencia activa asignada en kW, latensin asignada Vn y la corriente asignada In. Entrelos valores asignados, tambin estn disponibles elvalor de rendimiento y el factor de potencia.En caso de cortocircuito, el motor asncrono funciona comoun generador al que se asigna una reactancia subtransitoriaentre el 20% y el 25%. Ello significa que se supone unaintensidad equivalente a 4-5 veces la corriente asignadacomo elemento que contribuye al cortocircuito.

2.2 Clculo de la corriente de cortocircuitoEn referencia a la red elctrica esquematizada en laFigura 1, se supone un cortocircuito en las conexionesde la carga. La red puede estudiarse y representarsecon los parmetros resistencias y reactancias decada componente elctrico.Todos los valores de resistencia y reactancia debenestar relacionados con el mismo valor de tensin quese supone que es el valor de referencia para el clculode la corriente de cortocircuito.El paso de los valores de impedancia Z1, relacionadoscon una tensin mayor (V1), a los valores Z2, relaciona-dos con una tensin menor (V2), se produce a travsdel cociente de transformacin:

de conformidad con la relacin siguiente:

Figura 1

La estructura de la red elctrica que se tiene en cuentapuede representarse a travs de elementos en serie;as, se obtiene un circuito equivalente al que se mues-tra en la Figura 2, que permite calcular la impedanciaequivalente apreciada desde el punto de falta.

En el punto de cortocircuito, se sita una fuente detensin equivalente (VEQ), con valor

El factor c depende de la tensin del sistema y tieneen cuenta la influencia de las cargas y de la variacinen la tensin de la red.

Sobre la base de estas consideraciones, es posibledeterminar los valores de resistencia y reactancia quecaracterizan los elementos que componen la instalacin.

red

Carga L

Red de distribucin

Transformador

Cable

Falta

K =V1V2

Z2 =Z1K2

VEQ =c Vn

3

Potencia nominal aparente Tensin de cortocircuitoSn [kVA] vk%

- 630 4

630 < Sn - 1250 5

1250 < Sn - 2500 6

2500 < Sn - 6300 7

6300 < Sn - 25000 8

Tabla 2

Mltiplo de la corriente asignadadel transformador Tiempo [s]

25 2

11.3 10

6.3 30

4.75 60

3 300

2 1800

Tabla 3

Figura 2

RknetVEQ

Xknet RTR XTR RC XC

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2 Clculo d


Red de alimentacin (red)En la mayora de los casos, la instalacin resulta estaralimentada por una red de distribucin de media tensin,cuyo valor de tensin de alimentacin Vnet y corriente decortocircuito inicial Iknet pueden determinarse fcilmente.Sobre la base de estos datos y de un factor de correc-cin para el cambio de tensin provocado por el corto-circuito, es posible calcular la impedancia directa decortocircuito de la red mediante la frmula siguiente:

Zknet =c Vnet

3 Iknet

Para el clculo de los parmetros resistencia de red yreactancia de red, pueden emplearse las relacionessiguientes:

Rknet = 0.1 Xknet

Xknet = 0.995 Zknet

Si se conociera la potencia aparente de cortocircuitoAknet de la red de distribucin, tambin sera posibledeterminar la impedancia que representa a la red me-diante la relacin siguiente:

Zknet =V2netSknet

TransformadorLa impedancia del transformador puede calcularse conlos parmetros asignados del mismo transformador (ten-sin asignada V2n; potencia aparente SnTR; cada detensin porcentual vk%), mediante la frmula siguiente:

ZTR =V22n vk%100 SnTR

El componente resistivo puede calcularse con el valorde las prdidas totales PPTR relacionado con la corrien-te asignada de conformidad con la relacin siguiente:

RTR =PPTR

I22n3

El componente reactivo puede determinarse mediantela relacin clsica

XTR = (ZTR2 RTR

2)

Cables y lneas areasEl valor de impedancia de estos elementos de conexindepende de distintos factores (tcnicas de construccin,temperatura, etc.) que influyen en la resistencia y lareactancia de la lnea. El fabricante del cable facilita es-tos dos parmetros expresados por unidad de longitud.

Generalmente, la impedancia se expresa con la fr-mula siguiente:

Zc = (rc + xc)L

Los valores de resistencia suelen facilitarse para unatemperatura de referencia de 20C; para distintas tem-peraturas de funcionamiento , con la frmula siguien-te es posible calcular el valor de resistencia relevante:

r = 1[ + ( 20) ] r20donde: es el coeficiente de temperatura que depende deltipo de material (para cobre es 3,95x10-3).

Clculo de la corriente de cortocircuitoLa determinacin de los valores de reactancia y resis-tencia a cortocircuito de los elementos principales deun circuito permite calcular las corrientes de cortocir-cuito de la instalacin.En referencia a la Figura 2 y aplicando la modalidadde reduccin para elementos en serie, pueden deter-minarse los valores siguientes:

- la resistencia total de cortocircuito RTk = R- la reactancia total de cortocircuito XTk = X

Una vez se conocen estos dos parmetros, es posibledeterminar el valor de impedancia total de cortocircui-to ZTk

ZTk = (RTk2 + XTk

2)

Una vez se ha determinado la impedancia equivalenteapreciada desde el punto de falta, es posible prose-guir con el clculo de la corriente de cortocircuitotrifsica:

Esto est considerado como una falta que generalas mximas corrientes (excepto para condicionesparticulares). Cuando no hay mquinas rotativas, ocuando su accin se ha reducido, este valor tam-bin representa la corriente de cortocircuito en con-diciones estables, y se toma como referencia paradeterminar la capacidad de corte del dispositivo deproteccin.

Valor de la corriente de cortocircuito simtrica trifsica

Ik3F =c Vn3 ZTk

ZL

ZL

ZL

ZN

Ik3F

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14

2 Clculo d


A continuacin se facilita un ejemplo de clculo de la corriente de cortocircuito trifsica empleando la relacinanteriormente descrita.

Corriente y potencia de cortocircuito de la red de alimentacinSknet = 500 MVA Iknet = 14,4 kATensin asignada de la red de alimentacin Vnet = 20 kVCable MT:

Resistencia RCMT = 360 mReactancia XCMT = 335 m

Potencia asignada del transformador SnTR = 400 kVATensin asignada del secundario del transformador V2n = 400 VPrueba de cortocircuito del transformador: vk% =4%; pk% = 3%

Cable BT con longitud L = 5 m:Resistencia RCBT = 0,388 mReactancia XCBT = 0,395 m

Ejemplo:En referencia a la red esquematizada, los parmetroselctricos de los distintos componentes son:

red

Cable MT

Transformador MT/BT

Cable BT

En referencia a la relacin anterior, el clculo de la im-pedancia total de los distintos elementos se efectapara determinar la corriente de cortocircuito trifsicaen el punto en concreto.Puesto que la falta se encuentra en la parte de BT,todos los parmetros determinados para la seccinMT de la red se relacionarn con la tensin asignadadel secundario aplicando el coeficiente

K =400

20000 = 50 Para obtener informacin ms detallada y consideraciones acerca delclculo de la corriente de cortocircuito, vase el Anexo B de estedocumento.

(1) El factor de tensin c es necesario para simular el efecto de algunosfenmenos que no se tienen en cuenta explcitamente en el clculo, comopor ejemplo:- los cambios de tensin con el tiempo- los cambios en las derivaciones del transformador- los fenmenos subtransitorios de las mquinas rotativas (generadores ymotores).

Red de alimentacin

Xkred 400V = 0,995 0,000348 Zkred 400V =

Zkred 400V =Zkred

=

0,88= 0,00035

502K2

Rkred 400V = 0,1 0 0000348 Xkred 400V =

1,1Zkred =c Vred

=

Ikred= 0,88

103320000

3 14,4

Cable MT

Transformador

RCMT 400V =RCMT

= = 0,000144 K2

360502

10-3

XCMT 400V =XCMT

= = 0,000134 K2

335502

10-3

ZTR = = = 0,016 V22n vk%100 SnTR 103

44002

100 400

PPTR = = = 12 kWpk% SnTR

1001033

100400

I2n = = = 577 ASnTR

V2n3400

4003103

XTR = ( =ZTR2 RTR2) (0,0162 ) 0,0122 = 0,0106

Cable BTRCBT = 0,388 mXCBT = 0,395 m

El valor de resistencia de cortocircuito total viene dado por: RTk = RRTk = Rkred 400V + RCMT 400V +RTR + RCBTRTk = 0,0000348 + 0,000144 + 0,012 + 0,000388 = 0,01256

El valor de reactancia de cortocircuito total viene dado por: XTk = XXTk = Xkred 400V + XCMV 400V + XTR + XCLVXTk = 0,000348 + 0,000134 + 0,0106 + 0,000395 = 0,01147

RTR = = = 0,012 PPTR

312000

I22n 3 5772

Valor de la corriente de cortocircuito simtricatrifsica

Al calcular el valor de la impedancia de cortocircuito total

ZTk = ( =RTk2 + XTk2) )= 0,017 (0,012562+ 0,011472

y suponiendo el factor c(1) = 1,1 el valor de la corriente de cortocircuitoes:

Ik3F = = = 14943Ac V2n

ZTk31,1 400

0,0173= 14,95kA

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2 Clculo d


2.3 Clculo de la aportacin del motorEn caso de cortocircuito, el motor empieza a funcionarcomo un generador y alimenta la falta durante un tiem-po limitado, correspondiente al tiempo necesario paraeliminar la energa que se almacena en el circuito mag-ntico del motor. Mediante una representacin elctri-ca del motor con su reactancia subtransitoria X, pue-de calcularse el valor numrico de la aportacin delmotor. Este dato suele ser difcil de determinar; por lotanto, la regla general consiste en considerar la apor-tacin del motor como un mltiplo de su corriente asig-nada. Los valores tpicos del factor de multiplicacinvaran entre 4 a 6 veces.Para un motor BT, en referencia a la duracin del pero-do de tiempo, el efecto de la aportacin a la corrientede cortocircuito ya es insignificante despus de los pri-meros perodos posteriores al inicio del cortocircuito.La norma IEC 60909 o CEI 11-28 describe los criteriosmnimos para tener en cuenta el fenmeno; deber ser:

(InM >Ik

100)

donde:InM representa la suma de las corrientes asignadasde los motores conectados directamente a la red enque se ha producido el cortocircuito. Ik es la corrientede cortocircuito trifsica determinada sin aportacindel motor.

2.4 Clculo de la corriente de picoPuede considerarse que la corriente de cortocircuitoIk consta de dos componentes:

un componente simtrico is con forma de ondasinusoidal y exactamente simtrico respecto al ejede abscisas de tiempos. Este componente seexpresa con la relacin siguiente:

is = 2 Ik sen ( t k)

el componente unidireccional iu con curvaexponencial debido a la presencia de un compo-nente inductivo. Este componente se caracterizapor una constante de tiempo =L/R (R indica laresistencia y L la inductancia del circuito aguasarriba del punto de falta) y se extingue tras 3 a 6veces .

iu = 2 Ik senk eLR

t

El componente unidireccional durante el perodo tran-sitorio hace que la corriente de cortocircuito asimtricase caracterice por un valor mximo llamado valor de

Como se sabe, las prestaciones de un interruptor auto-mtico en condiciones de cortocircuito, en referencia ala tensin de funcionamiento del dispositivo, se defi-nen sobre todo mediante los parmetros siguientes:

Icu = poder de corteIcm = poder de cierre

El poder de corte Icu se define en referencia al valoreficaz del componente simtrico de la corriente decortocircuito. Puede decirse que el valor eficaz de unacorriente sinusoidal representa ese valor de corrientedirecta que, en un tiempo equivalente, produce losmismos efectos trmicos. Las cantidades sinusoidalessuelen expresarse a travs de su valor eficaz. Comovalor eficaz puede tenerse en cuenta el valor de co-rriente de cortocircuito que normalmente puede calcu-larse mediante la relacin clsica:

Ik =V

(R2 + X2)

El poder de cierre Icm se define en referencia al valorpico mximo de la posible corriente de cortocircuito.

Figura 3

30000

25000

20000

15000

10000

5000

0

-5000

-10000

-15000

-20000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

[A]

[ms]

Ik

is

iu

pico, que resulta ser superior al valor atribuible a unacantidad puramente sinusoidal. En general, es posi-ble afirmar que, si se tiene en cuenta el valor eficazdel componente simtrico de la corriente de cortocir-cuito Ik, el valor del primer pico de corriente puedevariar entre

. 2 Ik a 2 2 Ik .

Despus de finalizar el perodo transitorio, la corrientede cortocircuito es prcticamente simtrica. Las cur-vas de corriente se muestran en la Figura 3.

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16

Dado que cada elemento con una impedancia modifi-ca la corriente de cortocircuito en la parte de la carga,y dado que el interruptor automtico es un elementocon una impedancia propia, la corriente de cortocir-cuito se define como la intensidad que circula cuandoel dispositivo de proteccin es sustituido por un ele-mento con impedancia nula.La norma de producto IEC 60947-2 proporciona unatabla que permite pasar del valor eficaz de la corrientede cortocircuito a su valor mximo relevante, a travsde un coeficiente multiplicativo que tambin est vin-culado al factor de potencia de la instalacin. Estatabla constituye la referencia necesaria para determi-nar los valores Icu e Icm de los diversos interruptoresautomticos.Al pasar de las caractersticas de los interruptoresautomticos a las de la instalacin, el clculo del valoreficaz de la componente simtrica de la corriente esinmediato, mientras que la determinacin del valor depico relevante quiz no lo sea tanto. Los parmetrosnecesarios, como el factor de potencia de cortocircui-to o el cociente entre la resistencia y la inductancia delcircuito en la parte de la carga del punto de falta, nosiempre estn disponibles.La norma IEC 60909 proporciona cierta informacin deutilidad para el clculo de la corriente de pico y, enparticular, refleja la relacin siguiente:

ip = k 2 Ik

donde el valor de k puede evaluarse con la siguien-te frmula:

k = 1.02 + 0.98 e-3 R

X

2 Clculo d


2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

a)

k

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2R/X

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

b)

k

0.5 1 2 5 10 20 200X/R

50 100

Ejemplo:Suponiendo un valor eficaz de la componente simtrica de la corriente de cortocircuito trifsica Ik=33 kA y unvalor de pico en condiciones de cortocircuito (cosk=0,15), es posible determinar cmo hay que actuar parahallar el valor de pico:a partir del valor de cosk es posible explicitar el cociente X/R mediante el clculo de la tangente.Despus de calcular el cociente X/R = 6,6, mediante la grfica o la frmula, es posible hallar el valor de k = 1,64,que da un valor de pico Ip=76,6 kA en correspondencia con la corriente de cortocircuito trifsica Ik=33 kA.

Teniendo en cuenta la necesidad de elegir un dispositivo de proteccin para una instalacin con una tensinnominal de 400 V, en referencia solamente a la corriente de cortocircuito trifsica, podra utilizarse un interruptorautomtico con capacidad de corte Icu=36 kA, al que correspondera un poder de cierre Icm=75,6 kA, encumplimiento de la norma IEC 60947-2. Este poder de cierre resulta ser inferior que el valor mximo que puedeobtenerse en la instalacin en cuestin; por lo tanto, la eleccin es incorrecta y obliga al uso de una versin deinterruptor automtico con mayor poder de corte (por ejemplo 50 kA) y, por consiguiente, un valor Icm mayor yadecuado para el valor mximo de la instalacin.

A partir del ejemplo anterior puede verse cmo, al principio, se habra elegido incorrectamente un interruptorautomtico, versin N (con poder de corte de 36 kA). Por otra parte, las consideraciones relativas al valor depico que requerir utilizar un interruptor de la versin S o H.

o a travs de los diagramas siguientes que muestranel valor de k como una funcin del parmetro R/X o X/R.

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3 Eleccin de los dispositivos de protecciny control

3.1 Generalidades sobre los principalesparmetros elctricos de losdispositivos de proteccin y control

En general, cuando es necesario analizar y seleccio-nar un dispositivo de proteccin y control como uninterruptor automtico, deben evaluarse algunosparmetros elctricos que caracterizan al dispositivo,por ejemplo la intensidad nominal y el poder de corte.A continuacin se facilita una breve descripcin deestos parmetros, relacionados con los valores elc-tricos de la instalacin.

Tensin asignada de servicio Ue: se trata del valor detensin que determina el lmite de aplicacin de unequipo y al que se refieren todos los dems parmetrostpicos del equipo. Generalmente se expresa como latensin entre fases.

Corriente asignada ininterrumpida Iu: se trata del valorde corriente que puede soportar el dispositivo duranteun tiempo indefinido (semanas, meses o incluso aos)Este parmetro se utiliza para definir el tamao delinterruptor automtico.

Intensidad nominal In: se trata del valor de intensidadque caracteriza al disparo de proteccin instalado enel interruptor automtico y, basndose en los ajustesdisponibles para el disparo, determina la caractersti-ca de proteccin del interruptor automtico mismo. Estaintensidad suele estar relacionada con la intensidadnominal de la carga protegida por el interruptor auto-mtico.

Poder asignado de corte ltimo en cortocircuito Icu: setrata del valor eficaz de la componente simtrica de lacorriente de cortocircuito que puede cortar el interrup-tor automtico. Este valor se determina a travs de unciclo de prueba claramente definido (O-t-CO) y lasmodalidades de prueba especificadas descritas en lanorma de producto IEC 60947-2. Los interruptores au-tomticos se clasifican de conformidad con sus nive-les de rendimiento identificados con letras (N, S,H, L, etc.) referidos a su poder de corte.

Poder asignado de corte de servicio en cortocircuitoIcs: se trata del valor eficaz de la componente simtri-ca de la corriente de cortocircuito que puede cortar elinterruptor automtico. Este valor se determina a tra-vs de un ciclo de prueba claramente definido (O-t-CO-t-CO) y las modalidades de prueba especificadasdescritas en la norma de producto IEC 60947-2.Se expresa como un porcentaje del 25% - 50% - 75%- 100% del poder asignado de corte ltimo en cortocir-cuito, por ejemplo podra ser Ics = 75% Icu.El valor del poder de corte debe ponerse en relacincon el valor de la corriente de cortocircuito en el puntode instalacin del interruptor automtico mismo, y debeverificarse la relacin Icu>Ik o Ics>Ik.

Poder asignado de cierre en cortocircuito Icm: se tratade la corriente de cortocircuito de pico que debe po-der cortar el interruptor automtico. En corriente alter-na, el poder de corte asignado de un interruptor auto-mtico en condiciones de cortocircuito no debe serinferior a su poder asignado de corte ltimo en corto-circuito multiplicada por el factor n, con lo que Icm=nx Icu.Este valor de Icm debe ponerse en relacin con el va-lor de pico de la intensidad medida en el punto deinstalacin del interruptor automtico, y debe verifi-carse la relacin Icm>ip.La Tabla 1 muestra los valores del coeficiente n comose especifica en la normativa de producto IEC 60947-2.

Tabla 1Capacidad de Factor de

corte Icu potencia n4,5 - Icu - 6 0.7 1.5

6 < Icu - 10 0.5 1.7

10 < Icu - 20 0.3 2

20 < Icu - 50 0.25 2.1

50 < Icu 0,2 2.2

Intensidad asignada de corta duracin admisible Icw:se trata del valor eficaz del componente de corrientealterna que puede soportar el interruptor automticosin daos durante un tiempo determinado, y los valo-res preferidos son 1 s y 3 s.

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3 Eleccin d

e los disp

ositivos de p

roteccin y control

Interruptores automticos de caja moldeadaT1690160

T2690160

T3690250

Tmax

familiainterruptor automticotensin asignada de servicio (Ue)nivel de prestacincorriente asignada ininterrumpida (Iu)

poder asignado de corte ntimo en cortocircuito (Icu)(CA) 50-60 Hz 220/230/380/415 V(CA) 50-60 Hz 440V(CA) 50-60 Hz 500/525V(CA) 50-60 Hz 660/690Vpoder asignado de corte de servicio en cortocircuito (Ics)(CA) 50-60 Hz 220/230/380/415 V(CA) 50-60 Hz 440V(CA) 50-60 Hz 500/525V(CA) 50-60 Hz 660/690Vpoder asignado de cierre en cortocircuito (Icm)(CA) 50-60 Hz 220/230/380/415 V(CA) 50-60 Hz 440V(CA) 50-60 Hz 500/525V(CA) 50-60 Hz 660/690Vintensidad asignada de corta duracin admisible (Icw) (1s)

(3s)

B630800100012501600

42424242

42424242

88,288,288,288,242

Emax

N63080010001250 1600

65655555

50504242

14314312112142

L63080010001250

15013010060

15013010045

33028622013215

B800100012501600

42424242

42424242

88,288,275,675,64236

N800100012501600

50505050

5050 50 50

10510575,675,65036

B16002000

42424242

42424242

88,288,284844242

N1000125016002000

65655555

65655555

1431431211215542

S8001000125016002000

85856565

85856565

1871871431436542

L12501600

1301108585

1301106565

28624218718710

X1690

E1690

E2690

(1) 70 kA (2) 27 kA (3) 75% para T5 630 (4) 50% para T5 630 (5) slo para T7 800/1000/1250 A

(1) el rendimiento a 600 V es 100 kA,

familiainterruptor automticotensin asignada de servicio (Ue)corriente asignada ininterrumpida (Iu)poder asignado de corte ltimo en cortocircuito (Icu)(CA) 50-60 Hz 220/230V(CA) 50-60 Hz 380/415V(CA) 50-60 Hz 440V(CA) 50-60 Hz 500V(CA) 50-60 Hz 690Vpoder asignado de corte de servicio en cortocircuito (Ics)(CA) 50-60 Hz 220/230V(CA) 50-60 Hz 380/415V(CA) 50-60 Hz 440V(CA) 50-60 Hz 500V(CA) 50-60 Hz 690Vpoder asignado de cierre en cortocircuito (Icm)(CA) 50-60 Hz 220/230V(CA) 50-60 Hz 380/415V(CA) 50-60 Hz 440V(CA) 50-60 Hz 500V(CA) 50-60 Hz 690V

N653630256

100%100%100%100%100%

14375,663

52,59,2

S855045307

100%100%100%100%100%

18710594,563

11,9

H1007055368

100%100%100%100%100%

22015412175,613,6

L12085755010

100%75%(1)75%75%75%

26418716510517

N503625205

75%75%75%75%75%

10575,652,5407,7

N503622156

75%75%50%50%50%

10575,646,2309,2

C402515104

75%100%75%75%75%

8452,530175,9

B25161083

100%100%100%100%100%

52,53217

13,64,3

S855040308

50%50%(2)50%50%50%

1871058463

13,6

Interruptores automticos de bastidor abierto

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3 Eleccin d

e los disp

ositivos de p

roteccin y control

H800

100012501600200025003200

10010010085(1)

85858585

2202201871877565

V80012501600200025003200

130130100100

1001008585

2862862202208565

L20002500

1301108585

1301106565

28624218718715

S4000

75757575

75757575

1651651651657575

H32004000

10010010085(1)

10010010085

22022022018710075

V32004000

150150130100

150150130100

33033028622010075

H400050006300

100100100100

100100100100

22022022022010085

V3200400050006300

150150130100

125125100100

33033028622010085

E3690

T4690

250/320

T5690

400/630

T6690

630/800/1000

T7690

800/1000/1250/1600N7036302520

100%100%100%100%100%

15475,663

52,540

S8550403025

100% 100% 100% 100% 100%

1871058463

52,5

H10070655040

100% 100% 100% 100% 100%

22015414310584

L2001201008570

100%100%100%100%100%

440264220187154

V30020018015080

100%100%100%100%100%

660440396330176

N7036302520

100%100%100%100%100%

15475,663

52,540

S8550403025

100%100%100%100%100%

1871058463

52,5

H10070655040

100%100%100%100%

100%(3)

22015414310584

L2001201008570

100%100%100%

100%(3)100%(4)

440264220187154

V30020018015080

100%100% 100%

100%(4)100%(4)

660440396330176

N7036302520

100%100%100%100%75%

15475,663

52,540

S8550453522

100%100%100%100%75%

18710594,573,548,4

H10070505025

100%100%100%100%75%

22015410510555

L200100806530

75%75%75%75%75%

44022017614366

S8550504030

100%100%100%100%100%

1871051058463

H10070655042

100% 100% 100% 100%75%

22015414310588,2

L2001201008550

100%100%100%75%75%

440264220187105

V(5)20015013010060

100%100%100%100%75%

440330286220132

N25003200

65656565

65656565

1431431431436565

S100012501600200025003200

75757575

75757575

1651651651657565

E4690

E6690

3.2 Criterios para la seleccin de losinterruptores automticos

Los diversos criterios de eleccin de un interruptor au-tomtico imponen, adems de una verificacin de losparmetros elctricos tpicos del interruptor automtico(tensin intensidad capacidad de corte, etc.), laverificacin de la capacidad del interruptor automticode proteger los dispositivos a los que se ha asignado.A continuacin se facilita un breve anlisis de las mo-dalidades de verificacin a seguir para obtener la pro-teccin de los dispositivos que se emplean con ma-yor frecuencia en una instalacin.

Proteccin de las alimentacionesEl cable deber protegerse contra sobrecargas y corto-circuitos.En referencia a la proteccin contra sobrecargas, de-ber verificarse la condicin siguiente IB - I1 - IZdonde:IB es la intensidad de carga,I1 es el umbral de desconexin por sobrecarga (fun-cin L) definido en el disparo de proteccin;IZ es la capacidad de conduccin de corriente conti-nua del cable.En referencia a la proteccin contra cortocircuitos, de-ber verificarse la condicin siguiente K2S2 I2tdonde:K2S2 es la energa especfica que puede admitir el ca-ble y que resulta ser una funcin de la seccin S y deuna constante K, que equivale a 115 para cables ais-lados con PVC y 143 para cables aislados con EPR.I2t es la energa especfica pasante del interruptor au-tomtico de conformidad con la corriente de cortocir-cuito mxima de la instalacin.

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3 Eleccin d

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ositivos de p

roteccin y control

Longitud mxima protegidaPara el circuito secundario de tipo TN-S en la parte deBT, la norma IEC 60364 proporciona algunas indica-ciones para un clculo aproximado para evaluar lacorriente de cortocircuito mnima en el extremo delcable. Esta norma presupone que la condicin de co-rriente de falta mnima se produce en caso de unafalta de fase a neutro en el extremo del conductor.La diferencia determinada depende de si el conductorneutro est distribuido o no, y las frmulas de clculoson las siguientes:

Conductor TN-S neutro no distribuido

Ikmin =0.8 V SF

1.5 2 L

Conductor TN-S neutro distribuido

Ikmin =0.8 V0 SF

1.5 (1 + m) L

donde:0,8 1,5 2 constantes caractersticas de la frmula

consideradaV tensin fase-fase del sistemaV0 tensin fase-neutro del sistemaSF seccin del conductor de fase resistividad del material conductor del

cablem cociente entre la resistencia del conduc-

tor neutro y la del conductor de fase. Enel caso bastante comn de conductoresde fase y neutro fabricados con el mismomaterial, m se convierte en el cocienteentre las secciones de fase y neutro

L longitud del cable en metros [m]Ikmin corriente de cortocircuito mnima en el

extremo del cable.

Si, en las frmulas anteriores, el valor Ikmin se sustituye porel umbral de desconexin I3Max que incluye la toleranciamayor del interruptor automtico utilizado, y la frmula sesoluciona explicitando la longitud, el resultado obtenidode forma indicativa proporciona el valor de la longitudmxima del cable que resulta estar protegida por el ajus-te del umbral magntico del dispositivo de proteccin.Las frmulas obtenidas de esta manera son:

LMax =0.8 V0 SF

1.5 (1 + m) I3Max

LMax =0.8 V SF

1.5 2 I3Max

Proteccin contra contacto indirectoLa proteccin contra contacto indirecto consiste enla proteccin de las personas contra los riesgos deri-

vados de tocar piezas conductoras accesibles quenormalmente no son activas, salvo cuando se produ-ce un fallo del aislamiento principal con presencia detensin.La proteccin por desconexin automtica de la ali-mentacin se requiere cuando, debido a un defecto,pueden producirse tensiones de contacto en las par-tes metlicas durante un tiempo y con un valor peli-grosos para las personas.Las medidas para obtener proteccin contra el con-tacto indirecto en instalaciones de BT se recogen en lanorma IEC 64-8, mientras que para instalaciones deMT la norma de referencia es IEC 11-1.Para la verificacin de la proteccin de sistemas deBT, la norma incluye algunas disposiciones que difie-ren segn los diversos sistemas de distribucin, refe-rentes a la impedancia del bucle de falta, a la tensin,a la corriente que provoca la desconexin del disposi-tivo de proteccin y al tiempo en que se desconectael dispositivo.En sistemas de MT, el problema de la proteccin con-tra contacto indirecto se produce cuando la planta delusuario tiene su propia subestacin transformadora.En cumplimiento de la norma IEC 11-1, la intensidadde tierra Ig puede calcularse con la relacin

Ig = V . (0,003 . L1 + 0,2 . L2

donde L1 representa la extensin de la lnea de ali-mentacin y L2 la del cable.El valor de la intensidad a tierra es difcil de evaluar,por lo que debe solicitarse al fabricante, que lo asig-nar.La norma proporciona el valor mximo que pueden al-canzar la escala de tensiones y la tensin de contactosobre la base del tiempo de eliminacin del fallo.

Proteccin de generadoresEn relacin con la representacin tpica de la corrientede cortocircuito de un generador, para una buena pro-teccin de la mquina giratoria el dispositivo de pro-teccin deber tener las caractersticas siguientes:

- ajuste de la proteccin contra sobrecarga L equi-valente o superior a la intensidad nominal del ge-nerador;

- desconexin de la proteccin contra cortocircuitos (Iinstantnea o S retardada) en el primer instante delcortocircuito;

- proteccin relacionada con la capacidad admisiblede sobreintensidad de la mquina que, de confor-midad con la norma IEC 60034-1, se obtiene delpunto 1,5xInG durante 30 s donde InG es la intensidadnominal del generador.

Proteccin de transformadoresEn este caso, se tiene en cuenta un transformador BT/BT para analizar las caractersticas que deben tenerlos dispositivos de proteccin cuando se encuentranaguas arriba o abajo del transformador.

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3 Eleccin d

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ositivos de p

roteccin y control

En cuanto al interruptor automtico aguas arriba, esnecesario referirse a la curva de magnetizacin de lamquina; su curva no deber intersectar con la curvade desconexin del interruptor automtico. La capaci-dad de corte debe ser la adecuada para la corriente decortocircuito de la red aguas arriba del transformador.El interruptor automtico aguas abajo debe tener unacaracterstica de desconexin tal que garantice la pro-teccin contra una capacidad de sobrecarga trmicaextrema que puede soportar la mquina en caso decortocircuito. La norma IEC 60076-5 indica como lmitea sobrecarga trmica extrema debidas a un cortocircui-to (umbral de sobrecarga) el valor de corriente de corto-circuito que deja pasar el transformador durante 2 s.Esta condicin tambin deber ser verificada por el in-terruptor automtico aguas arriba en caso de un corto-circuito en la parte del secundario que no afecte al inte-rruptor automtico aguas abajo. Obviamente, para esteanlisis hay que tener en cuenta la intensidad referida ala parte del primario, que es la intensidad realmenteapreciada por el interruptor automtico aguas arriba.Generalmente, el anlisis del comportamiento de los in-terruptores automticos aguas arriba y abajo respecto aun fallo en la parte del secundario se efectuar basn-dose en las intensidades reales que afecten a los dosaparatos; de hecho, la corriente de cortocircuito debidaa un fallo en la parte del secundario se relacionar con elprimario a travs del cociente de transformacin.

Coordinacin de motoresLos detalles relativos al estudio de la coordinacin demotores son bastante complicados, y no constituyenun tema especfico de este documento. En general, elinterruptor automtico para proteccin de motores sloes de tipo magntico; el umbral magntico deber te-ner un valor que permita que la corriente de arranquese absorba sin desconexiones no deseadas y, ade-ms, en caso de cortocircuitos del motor, que protejael contactor (dispositivo de maniobra) y el rel trmicoexterno (proteccin contra sobrecargas).ABB ofrece algunas tablas de coordinacin (disponi-bles en el sitio web http://www.abb.com/lowvoltage)para diversas potencias de motor y tipologas de arran-que relacionadas con la tensin y la corriente de cor-tocircuito de la planta.

3.3 Coordinacin entre interruptoresautomticos e interruptores-seccionadores

La desconexin debe garantizar el corte de servicio detoda la instalacin o de una parte de ella al aislarla deforma segura de cualquier fuente de alimentacin, conlo que se garantiza la seguridad de las personas quetrabajan en ella. La desconexin debe efectuarse condispositivos que abran todos los polos en una nica

Puesto que el interruptor-seccionador no se propor-ciona con un dispositivo que permita su apertura, esnecesario contar con un dispositivo de proteccin, porejemplo un interruptor automtico, para preservar laintegridad del interruptor-seccionador en caso de cor-tocircuito. En tal caso, ello significa que los fenme-nos elctricos que afectan al interruptor-seccionador yque estn condicionados por el comportamiento delinterruptor automtico tambin deben ser tolerados porel propio interruptor-seccionador.A tales efectos, ABB pone a su disposicin diversastablas; en ellas, al buscar el tipo de interruptor auto-mtico y de interruptor-seccionador en la parte de laalimentacin y la carga, respectivamente, es posibledeterminar la corriente de cortocircuito mxima en queesta combinacin est protegida.En la pgina siguiente se muestran las Tablas 2 y 3(extradas de la documentacin ABB SACE Tablas decoordinacin) con un ejemplo de lectura.

Interruptor automtico en caja moldeada y interruptor-seccionador derivado de los interruptores automticosen caja moldeada:En relacin con la combinacin resaltada entre un in-terruptor automtico de tipo T2S160 en la parte de lacarga y un interruptor-seccionador de tipo T1D160, laproteccin del seccionador es factible hasta un valorde cortocircuito equivalente a 50 kA 400 V CA.

operacin. En relacin con aplicaciones MT, la lnea deentrada en la subestacin puede proporcionarse conun interruptor-seccionador de lnea y un interruptor-sec-cionador de puesta a tierra, que estn bloqueados entres; en caso de mantenimiento, se emplean para poner atierra automticamente la lnea aguas arriba cuando seabre el interruptor-seccionador de lnea.En la parte de BT, el interruptor-seccionador podraser el elemento de entrada en un cuadro de conmuta-cin secundario, como se muestra en la Figura 1. Elseccionador es un equipo de maniobra, que en suposicin abierta garantiza una cierta distancia de ais-lamiento entre los contactos. En general, el secciona-dor es adecuado para abrir o cerrar circuitos en quecirculan pequeas intensidades (o bien intensidadesdel orden de la intensidad nominal del dispositivo), yno se facilita con un rel de proteccin.

Figura 1

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22

Tabla 3

Interruptor automtico en caja moldeada e interruptor-seccionador OTEn relacin con la combinacin resaltada entre un in-terruptor automtico de tipo T5..400 en la parte de lacarga y un interruptor-seccionador de tipo OT200, laproteccin del seccionador es factible hasta un valorde cortocircuito equivalente a 100 kA 400 V CA.En cuanto a los asteriscos de la Tabla, se aplican lasnotas siguientes:

* Seleccionar el valor menor entre el Icu del interruptorautomtico y el valor mostrado

Por ejemplo, si el interruptor automtico es de la ver-sin N con Icu=36 kA a 400 V CA, ello significa que lacorriente de cortocircuito mxima de la instalacin debeser inferior a 36kA (para utilizar la versin N), y elseccionador debe estar protegido porque el lmite deproteccin es de 100 kA. Si el interruptor automticoes de la versin L, con Icu=200 kA @ 400 V CA, ellosignifica que la corriente de cortocircuito mxima de lainstalacin debe ser de 200 kA, y el seccionador debeestar protegido porque el lmite de proteccin es de100 kA.

*** I1 = 0,7 x I

En relacin con la proteccin trmica del seccionador,esta nota permite deducir que el ajuste mximo de la

3.4 Coordinacin entre dispositivosdiferenciales e interruptoresautomticos (RCDs - ResidualCurrent Device)

Los dispositivos diferenciales que suelen emplearseen la parte terminal de una instalacin BT garantizanuna proteccin eficaz contra el contacto indirecto, esdecir, el contacto con piezas metlicas que normal-mente no deberan estar en tensin, y en condicionesdeterminadas tambin contra el contacto directo, esdecir, el contacto con piezas que normalmente estnen tensin.No obstante, al leer atentamente las normas, quedaclaro que la funcin de proteccin de las personascontra contactos directos e indirectos es una funcinauxiliar que realiza el interruptor automtico, porque lainstalacin elctrica debe disearse y construirse paraque la seguridad de las personas se garantice, sobretodo a travs de un sistema de puesta a tierra ade-cuado.Por lo tanto, las partes metlicas de las cargas debenconectarse a un sistema de puesta a tierra correcta-mente dimensionado, de modo que se eviten las ten-siones de contacto peligrosas en cualquier situacin.En una instalacin, aparte de la proteccin normal con-tra sobrecargas y cortocircuitos, que normalmente seexigen al interruptor automtico termomagntico, tam-bin es una buena norma proporcionar proteccin di-ferencial.En trminos generales, la proteccin en una plantapuede efectuarse mediante dos dispositivos indepen-dientes (interruptor automtico termomagntico y dis-positivo de proteccin diferencial); en este caso, eldispositivo diferencial, que slo es sensible a la inten-sidad de defecto a tierra, debe instalarse en serie conun interruptor automtico que lo proteja contra los efec-tos trmicas y dinmicas que se desarrollan en la ins-talacin debido a una sobreintensidad.Una alternativa consiste en un nico dispositivo comoel interruptor diferencial termomagntico que unificalas funciones de proteccin en un nico dispositivo,con lo que se reducen considerablemente los posi-bles riesgos derivados de una coordinacin incorrectaentre los dos aparatos.

3 Eleccin d

e los disp

ositivos de p

roteccin y control

Ag. arriba Disparo

EL

Ag. abajo

Icw [kA]Ith [A]

Iu [A]

OT250

OT315

8 8

315 350

100*

100*

100*/**

100*

100*

100***

100*/**

OT200

8

250

T5 TM

320

400

630

320-630

100*

100*/***

100*/**

Tabla 2

!

"#$ %

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proteccin trmica del interruptor automtico es 0,7xIn.La siguiente nota tiene un significado anlogo:

** Ajuste mximo del umbral de sobrecarga PR2xx =1,28*Ith OTxx

a partir de la cual puede verse por qu el ajuste mxi-mo de la proteccin contra sobrecarga del interruptorautomtico no debe exceder 1,28 veces la capacidadde conduccin de intensidad del seccionador.

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3 Eleccin d

e los disp

ositivos de p

roteccin y control

3.5 Ejemplo de estudio de una red MT/BTA continuacin se facilita un ejemplo de cmo puedeefectuarse el anlisis de una instalacin MT/BT paraevaluar los principales parmetros elctricos de la red,y para seleccionar los interruptores automticos parala proteccin y el manejo correcto de la instalacin, enrelacin con la selectividad de proteccin.

Descripcin de las caractersticas de la instalacin:Red de distribucin:tensin asignada V1n=20 kVcorriente de cortocircuito IkMV=12,5 kA

Transformador de subestacin con los datos siguientes:tensin asignada del primario: V1n=20 kVtensin asignada del secundario: V2n=400 Vpotencia asignada: SnTR=800 kVAtensin asignada de cortocircuito: vk%=5%

Normalmente, una instalacin proporciona alimentacinpara distintas cargas; para simplificar y terminar coneste tema, ahora tendremos en cuenta las siguientestipologas de carga:

una carga pasiva L con:potencia asignada PnL=300 kWfactor de potencia cos = 0,8

alimentacin con un cable C que tiene las caractersti-cas siguientes:formacin 2x(3x240) mm2

capacidad de conduccinde corriente del cable IZ=590 Alongitud LC=15 m

una carga activa M (motor asncrono trifsico) con:potencia asignada PnM=90 kWcoeficiente x cos = 0,8

(rendimiento por factorde potencia)

Figura 2

Para poder realizar la verificacin de las caractersti-cas de desconexin de las protecciones lo mejor po-sible, a continuacin se analizan las caractersticaselctricas de los distintos componentes de la instala-cin bajo estudio.

Dispositivo de proteccin MTde la compaa elctrica

Lnea MT de la compaa elctrica

L

Barra de distribucin BT

Cargas BT

Punto de toma del usuarioen la sala de suministro

Cable de conexin MT entre lasala de suministro y la sala delusuario

Dispositivo de proteccin MVusuario

Transformador MT/BT

Disp. de proteccin general BT

M

El esquema de la instalacin analizada es el siguiente:

Red de distribucin:Empezando por la fuente de alimentacin, es decir, por la red elctrica a 20 kV propiedad de la compaaelctrica que tiene su propio dispositivo de proteccin MT, normalmente caracterizado por curvas de desco-nexin de tiempo independientes con dos escalones, pueden suponerse los siguientes valores hipotticos perorealistas para la proteccin de la compaa elctrica a 20 kV:

Intensidad mximaProtecciones 51 (primer escaln) 50 (segundo escaln)Tiempo de eliminacin de faltas < 0,5 s < 0,25 sValores de ajuste de intensidad < 72A < 400 A

Intensidad mxima de secuencia ceroProtecciones 51N (primer escaln)Tiempo de eliminacin de faltas < 0,12 sValores de ajuste de intensidad < 4A

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3 Eleccin d

e los disp

ositivos de p

roteccin y control

En la Figura 3 se ofrece una representacin del diagra-ma de tiempo/corriente con las curvas siguientes:

Curva 1: curva de desconexin de la proteccin con-tra sobreintensidad MT;

Curva 2: curva caracterstica de los parmetros elctri-cos del transformador descrito anteriormente.

Todas las curvas se representan a la tensin de refe-rencia de 400 V en la parte de BT; por consiguiente,los valores de intensidad relacionados con la tensinde 20 kV en la parte de BT deben multiplicarse por elcociente de transformacin 20000 V/400 V.

Transformador:El segundo elemento que afecta a los parmetros elctricos de la instalacin, sobre todo en la parte de BT, esel transformador de 800 kVA, que tiene los siguientes valores de intensidad:

- intensidad asignada del primario (parte de 20 kV): I1n =SnTR3 V1n

=800 x 1000

3 x 20 x 1000= 23.1A

- intensidad asignada del secundario (parte de 400 V): I2n =SnTR3 V2n

=800 x 1000

3 x 400= 1155A

Las corrientes de cortocircuito pueden calcularse con frmulas prcticas y rpidas (por ejemplo, suponiendouna red MT en la parte de la carga con potencia de cortocircuito infinita), que dan resultados aceptables comouna primera aproximacin y que son tiles para evaluar las intensidades realmente presentes en la instalaciny el dimensionamiento de los dispositivos de proteccin:

- corriente de cortocircuito trifsica en la parte del secundario (parte de 400 V)

I2k3F =SnTR

3Vk%x 100 x

1= 23kA

x V2n=

5

800 x 1000x 100 x

3

1

x 400

A esta corriente de cortocircuito trifsica expresada como un valor eficaz simtrico, tambin le asociamos unfactor de potencia de cortocircuito cosk=0,35 y el valor mximo relevante equivalente a 43,6 kA.

- corriente de cortocircuito trifsica relacionada con la parte de MT debido a un fallo en la parte de BT

I1k3F =SnTR

3Vk%x 100 x

1= 462A

x V1n=

5

800 x 1000x 100 x

3

1

x 20 x 1000

o calculable con la relacin: I1k3F =I2k3FV1n

400 = 460A20000

23000V2n =

El funcionamiento del transformador puede representarse a travs de su curva de magnetizacin, y a travs dela capacidad mxima de resistencia a cortocircuito que se tiene en cuenta desde el punto de vista trmico.La curva de magnetizacin del transformador puede obtenerse mediante la frmula:

iinrush =ki

2

I1nTR et

inrush, para ms detalles vase el Anexo A de este docume

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Manual Abb Corto Circuito