Guia diseño MT

Guía de diseño de MT Media tensión

Merlin Gerin

200 2

Construir un nuevo mundo eléctrico

0

Guía de diseño

Objetivo Esta guía constituye un catálogo de conocimientos técnicos al servicio de cualquier diseñador de equipos de media tensión.

Presentar y ayudar a seleccionar equipos MT conformes con las normas. b

Proporcionar las normas de diseño para dimensionar o calcular un cuadro de MT.

b

Método Proponiendo fórmulas de cálculo sencillas y claras para guiar paso a paso al diseñador.

b

b

Mostrando ejemplos concretos de los cálculos.

Ofreciendo información acerca de las unidades de medida y las normas internacionales.

b

b

Comparando las normas internacionales.

Resumen Esta guía le ayuda a realizar los cálculos necesarios para definir y dimensionar los materiales y ofrece información útil para permitirle diseñar su cuadro de MT.

Schneider Electric

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Guía de diseño

Objetivo Esta guía constituye un catálogo de conocimientos técnicos al servicio de cualquier diseñador de equipos de media tensión.

Presentar y ayudar a seleccionar equipos MT conformes con las normas. b

Proporcionar las normas de diseño para dimensionar o calcular un cuadro de MT.

b

Método Proponiendo fórmulas de cálculo sencillas y claras para guiar paso a paso al diseñador.

b

b

Mostrando ejemplos concretos de los cálculos.

Ofreciendo información acerca de las unidades de medida y las normas internacionales.

b

b

Comparando las normas internacionales.

Resumen Esta guía le ayuda a realizar los cálculos necesarios para definir y dimensionar los materiales y ofrece información útil para permitirle diseñar su cuadro de MT.

Schneider Electric

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Schneider Electric

Índice general

Guía de diseño de MT

Presentación Equipos prefabricados bajo envolvente metálica Tensión Intensidad Frecuencia Funciones del aparellaje Diferentes tipos de envolventes

Schneider Electric

5 5 6 8 9 9 10

Normas de diseño

11

Potencia de cortocircuito Intensidad de cortocircuito

11 12

Transformador Generadores síncronos Motor asíncrono Resumen de ayuda Ejemplo de cálculo en trifásico

13 14 14 15 17

Cálculo de los juegos de barras

21

La resistencia térmica La resistencia electrodinámica Ejemplo de cálculo de juego de barras

24 27 30

Resistencia dieléctrica

38

Rigidez dieléctrica del entorno Forma de las piezas Distancia entre las piezas

38 39 39

Grado de protección

41

Código IP Código IK

41 43

Definición de aparellaje

45

Disyuntor de media tensión Transformador de intensidad Transformadores de tensión Decalajes

45 54 61 64

Unidades de medida

67

Nombre y símbolos de las unidades de medida SI

67

Unidades básicas Magnitudes y unidades corrientes Correspondencia entre las unidades anglosajonas y las unidades del sistema internacional (SI)

67 67 69

Normas

71

Normas citadas Comparación CEI-ANSI

71 72

Índice

81

3

0

4

Schneider Electric

Presentación

Equipos prefabricados bajo envolvente metálica 0

Introducción Para empezar, algunos datos indispensables acerca de los cuadros MT. Se hace referencia a la Comisión Eléctrica Internacional (CEI).

Para diseñar una celda de media tensión, debe conocer las magnitudes básicas siguientes: b b b b

La tensión La intensidad La frecuencia La potencia de cortocircuito.

La tensión, la intensidad asignada y la frecuencia de utilización suelen conocerse o se pueden definir fácilmente, pero, ¿cómo conocer la potencia o la corriente de cortocircuito en un punto determinado de la instalación? 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 electrodinámicos. Conocer la tensión (kV) permite definir la resistencia dieléctrica de los elementos. Ejemplo: disyuntores, aisladores, TC.

El seccionamiento, el mando y la protección de las redes eléctricas se realiza a través del aparellaje. b Los aparellajes en envolvente metálico se clasifican en tres categorías: v blindados; v compartimentados; v monobloque.

Schneider Electric

5

Presentación


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

Tensión asignada U r (kV) Conocida anteriormente como tensión nominal, es el valor eficaz máximo de la tensión que el material puede soportar en funcionamiento normal. La tensión asignada es siempre superior a la tensión de servicio y está asociada a un nivel de aislamiento.

Nivel de aislamiento Ud (kV ef. 1 mn) y Up (kV de cresta) Establece la resistencia dieléctrica de los materiales a las sobretensiones de maniobra y a los choques de rayos. Ud: las sobretensiones de origen interno acompañan a cualquier modificación que se realice en un circuito: apertura o cierre de un circuito, contorneo de un aislante, etc. Se simula en laboratorio por la tensión de resistencia a la frecuencia industrial durante un minuto. b

Up: las sobretensiones de origen externo o atmosférico se producen cuando los rayos caen en la línea o en sus proximidades. La onda de tensión resultante se simula en laboratorio y se denomina onda de choque. b

Nota: la

CEI 694 establece en su artículo 4 los diferentes valores de tensión y en el artículo 6 las condiciones de ensayo dieléctrico.

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

.

6

Schneider Electric

Presentación


Normas Salvo 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. Tensión asignada kV ef.

7,2 12 17,5 24 36

Resistencia a la onda de choque 1,2/50 µs 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.

Tensiones de servicio más usuales kV ef.

20 28 38 50 70

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 metálica para una altitud inferior a 1.000 metros, 20˚C, 11 g/m 3 de humedad y una presión 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. Tensión asignada kV ef. 7,2 12 17,5 24 36

Resistencia a la onda de choque 1,2/50 µs 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

tensión asignada

0

resistencia dieléctrica 50 Hz 1 mm

20 7,2 28 12 38 50 70 Ud

Schneider Electric

1,2 µs

50 µs

resistencia dieléctrica a la onda de choque

17,5 24 36 Ur

60 75 95 125 170 Up

7

Presentación


Intensidad Intensidad 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 función del tipo de contactos. Intensidad asignada en servicio continuo: Tipo del componente del material

Valores máximos Temperatura máx. del conductor ( 0C)

Calentamiento máx. = t0. máx. - 400C

contactos en el aire cobre o aleación de cobre desnudo 75 35 plateados o niquelados 105 65 estañados 90 50 conexiones mediante tuercas o dispositivos equivalentes cobre desnudo, aleación de cobre desnudo o aleación de aluminio 90 50 plateadas o niqueladas 115 75 estañadas 105 65 Nota: 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 función del consumo de los aparatos conectados al circuito en cuestión. Es la intensidad que atraviesa realmente el material. Si no disponemos de los elementos de cálculo, el cliente debe proporcionarnos su valor. La intensidad de servicio se puede calcular cuando se conoce la potencia de los receptores. Ejemplos: Un cuadro con una salida de motor de 630 kW y una salida de transformador de 1.250 kVA con 5,5 kV de tensión de ser vicio. b

cálculo de la intensidad de servicio de la salida del transformador: v

Potencia aparente: S = UI 3 S 1250 I = ----------- = --------------------------- = 130A U 3 5 ,5 ∑ 1 ,732

cálculo de la intensidad de servicio de la salida del motor: v

cos j = factor de potencia = 0,9 h = rendimiento del motor = 0,9

=

8

P ----------------------U 3 cos jh

=

630 ------------------------------------------------------= 82A 5 ,5 ∑ 1 ,732 ∑ 0 ,9 ∑ 0 ,9

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Presentación


Intensidad de cortocircuito mínima: I cc (kA ef) (ver la explicación en el capítulo "Corrientes de cortocircuito").

Valor eficaz de la intensidad de cortocircuito máxima: It (kA ef. 1 o 3 s) (ver la explicación en el capítulo "Corrientes de cortocircuito").

Valor cresta de la intensidad de cortocircuito máxima: Idin (kA cresta) (valor de la primera cresta del período transitorio) (ver la explicación en el capítulo "Corrientes de cortocircuito").

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

Funciones del aparellaje Designación y símbolo

función

maniobra de las corrientes de servicio de defecto

Seccionador

aísla Seccionador de tierra (poder de cierre en c/c)

aísla Interruptor

maniobra no aísla

✔

Interruptor seccionador

maniobra aísla Disyuntor fijo

maniobra protege no aísla

✔

✔

✔

Disyuntor desenchufable

maniobra protege

✔ ✔

Contactor fijo

maniobra no aísla

✔

Contactor desenchufable

maniobra, aísla si está desenchufado

✔

Fusible

protege no aísla ✔

Schneider Electric

✔ (1 vez)

= SÍ

9

Equipos prefabricados bajo envolvente metálica

Presentación

0

Diferentes tipos de envolventes Características

Blindada

Compartimentada

Monobloque

Celdas

Paredes externas Número de compartimentos de MT Paredes internas

metáli cas y si empre conectadas a tierr a 3 metálicas y siempre conectadas a tierra u

Presencia de pasatapas de enchufado ✔ Pantallas para impedir el acceso a los ✔ compartimentos en tensión Flexibilidad de intervención en caso de presencia ✔ de tensión Desplazamiento del arco difícil, pero en el interior de la célula siempre posible ✔

10

3 indiferente metálicas o no

2 indiferente metálicas o no y

posible

✔

✔

✔

= SÍ

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Potencia de cortocircuito

Normas de diseño

0

Introducción La potencia de cortocircuito depende directamente de la configuración de la red y de la impedancia de sus componentes: líneas, cables, transformadores, motores, etc., que recorre la corriente de cortocircuito. b

Ejemplo 1: 25 kA con tensión de servicio de 11 kV R

Zcc

L

A

Es la potencia máxima que puede proporcionar una red en una instalación en defecto, expresada en MVA o en kA eficaces para una tensión de servicio determinada. b

Icc

E

U

B

Scc =

3 ∑ U ∑ Icc

Zs

U Icc

: :

tensión de servicio (kV) corriente de cortocircuito (kA eficaz) Ver: págs. siguien tes

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

Las fuentes posibles son las siguientes: Llegada de la red a través del o de los transformadores de potencia. b

b

Llegada del alternador.

Retorno de potencia debido a las máquinas giratorias (motores, etc.) o a través de los transformadores MT/BT. b

63 kV

Ejemplo 2: b El retorno por la BT Icc5 sólo es posible si el transf. (T4) está alimentado por otra fuente.

T1

Tres fuentes suministran al cuadro (T1-A-T2) b

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

T2

A Icc1

v

Icc2

Icc3

A

B

C

D1

D2

D3

10 kV D6

D4

D5

D7

MT T3

M Icc5

Icc4

BT T4 BT

MT

Es preciso calcular cada una de las corrientes I cc.

Schneider Electric

11

Intensidad de cortocircuito

Normas de diseño

0

Todas las instalaciones eléctricas deben estar protegidas contra los cortocircuitos, y salvo excepción, cada vez que se produce una discontinuidad eléctrica; ésto se debe generalmente a un cambio de sección de los conductores. La intensidad de la corriente de cortocircuito debe calcularse en cada fase de la instalación para las diferentes configuraciones posibles de la red; con el fin de determinar las características del material que debe soportar o que debe cortar esta corriente de defecto.

Para elegir adecuadamente los aparatos de corte (disyuntores o fusibles) y ajustar las funciones de protección, deben conocerse tres valores de corriente de cortocircuito: b

v

intensidad de cortocircuito mínima: 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 detrás del dispositivo de corte). Su valor permite elegir el ajuste de los umbrales de protección de máximo 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 máxima: It = (kA ef. 1 s ó 3 s)

(ejemplo: 25 kA ef. 1 s)

Corresponde a un cortocircuito muy próximo a las bornas aguas abajo del aparato de corte (ver la fig.1). Se define en kA para 1 ó 3 segundos y sirve para determinar la resistencia térmica que deben soportar los materiales. valor de cresta de la intensidad de cortocircuito máxima: (valor de la primera cresta del período transitorio) v

Ith

Icc

Idin = (kA cresta) R

X

(ejemplo: 2,5 • 25 kA = 63,75 kA de cresta CEI 60 056 ó 2,7 • 25 kA = 67,5 kA de cresta ANSI)

cable MT

figura 1

- Idin equivale a:

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

Determina el poder de corte y de cierre de los disyuntores e interruptores, así como la resistencia electrodinámica de los juegos de barras y del aparellaje. Corriente Componente continua

c

c I

r 2

n y d

- 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.

I

= a t s e r c I

Nota:

Puede ocurrir que un pliego de condiciones proporcione un valor en kA ef y un valor en MVA como se indica a continuación: 2rIcc Icc = 19 kA ef ó 350 MVA con 10 kV Tiempo v si se calcula la intensidad equivalente a 350 MVA se obtiene: b

I cc

350 3 ∑ 10

= --------------------- =

20,2 kA ef

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 más realista. v existe otra explicación: en media y alta tensión, la CEI 909 aplica un coeficiente de 1,1 para calcular el Icc máximo. U I cc = 1 ,1 ∑ ------------------------ = ---E ------ 3 ∑ Z cc Z cc (Ver: ejemplo 1 p 11 Introducción). El coeficiente 1,1 tiene en cuenta una caída de tensión del 10% en la lnstalación en defecto (cables, etc.).

12

Schneider Electric

Normas de diseño


0

Transformador Para determinar la intensidad de cortocircuito en las bornas de un transformador, se necesita conocer la tensión de cortocircuito (Ucc %). b

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

Ucc % se define de la siguiente forma:

U: O a Ucc

potenci ómetro

V

primario

secundario

A

I: O a Ir

1 2 3

Ejemplo: b Transformador 20 MVA b

Tensión 10 kV

b

Ucc = 10%

b

Potencia de la fuente aguas arriba: infinita

Sr 20 000 Ir = ------------------------------- = ----------------- = 1 150A 3 U (vacío) 3 ∑ 10 Ir 1 150 cc = -------- = ---------------------11 500 A = 11 , 5kA U cc 10 ∏ 100

Schneider Electric

el transformador de tensión no está alimentado: U = 0 poner el secundario en cortocircuito subir progresivamente la tensión U en el primario hasta obtener la intensidad nominal asignada Ir en el secundario del transformador.

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

La corriente de cortocircuito, expresada en kA, se obtiene por la siguiente relación: b

Ir I cc = ---------U cc

13


Normas de diseño

0

G

Generadores síncronos (alternadores y motores) El cálculo de la intensidad de cortocircuito en las bornas de un generador síncrono es muy complejo, ya que la impedancia interna de éste varía en función del tiempo. Cuando la potencia aumenta progresivamente, la corriente disminuye pasando por tres períodos característicos: v subtransitorio (permite determinar el poder de cierre de los disyuntores y los esfuerzos electrodinámicos), duración media de 10 ms v transitorio (fija los esfuerzos térmicos del material), duración media 250 ms v permanente (es el valor de la corriente de cortocircuito en régimen establecido). b

La intensidad de cortocircuito se calcula igual que para los transformadores, pero es necesario tener en cuenta los diferentes regímenes. b

corriente

Ejemplo: Modo de cálculo para un alternador o un motor síncrono b Alternador 15 MVA b

Tensión U = 10 kV

X'd = 20% Sr 15 Ir = ---------------- = --------------------------- = 870A 3 ∑ U 3 ∑ 10 000

Ir

b

Icc

aparici ón del defecto

tiempo

régimen régimen normal subtransitorio

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

régimen transitorio

régimen permanente

cortocircuito b

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

1

Xcc

b

:

reactancia de c/c

Los valores más corrientes para un generador sí ncrono son los siguientes:

Régimen

Subtransitorio X''d

Transitorio X'd

Permanente Xd

Xcc

10 - 20%

15 - 25%

200 - 350%

Motor así ncrono M

b

Para los motores así ncronos

la intensidad de cortocircuito en las bornas equivale a la intensidad de arranque z 5 a 8 Ir Icc z v

la contribución de los motores (retorno de corriente) a la intensidad de cortocircuito es igual a: v

z 3 S Ir I z

El coeficiente 3 tiene en cuenta los motores parados y la impedancia para ir hasta el defecto. 14

Schneider Electric

Normas de diseño


0

Resumen de ayuda para el cálculo de las intensidades de cortocircuito trifásico

b

Cortocircuito trifásico U2 3 = --------Z cc

S cc = 1 ,1 ∑ U ∑ I cc = 1 ,1 ∑ U I cc = ---------------------3 ∑ Z cc

b

con

Z cc =

Red aguas arriba 2

U Z = --------S cc b

R ---- = X

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

Líneas aéreas R =

b

R2 + X2

L S

X = 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

r ∑ ----

HT MT/BT cobre aluminio almelec

Generadores síncronos 2

U X cc ( % ) ------------------Z ( W ) = X ( W ) = -----S r ∑ 100 Xcc turbo polos salientes b

subtransitorio 10 a 20% 15 a 25%

transitorio 15 a 25% 25 a 35%

permanente 200 a 350% 70 a 120%

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; U cc = 9% 2

U U cc ( % ) ------------------Z ( W ) = -----S r ∑ 100 Sr (kVA) Ucc (%) b

100 a 3.150 5.000 a 25.000 4 a 7,5 8 a 12 MT/BT AT/MT

Cables X = 0,10 a 0,15 W /km trifásicos o unipolares

b

Juegos de barras X = 0,15

Schneider Electric

W /km

15

Normas de diseño


0

b

Motores y compensadores síncronos

Xcc motores G velocidad motores P velocidad compensadorers b

subtransitorio 15% 35% 25%

permanente 80% 100% 160%

subtransitoio solamente

Motores asíncronos

z 5 a 8 Ir Icc z

2

Z(W)

transitorio 25% 50% 40%

Ir U ∑ -----= ---Id Sr

I

z

3SIr

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

Arcos en defecto I cc I d = -------------------1, 2 a 3

Impedancia equivalente de un elemento a través de un transformador b

por ejemplo, para un defecto en baja tensión, la contribución de un cable AT aguas arriba del transformador AT/BT será: v

2 2

  R2 = R1 U -------  U1

2 2

  X2 = X1 U -------  U1

y

2 2

  así Z2 = Z1 U -------  U1

Esta fórmula es válida independientemente del nivel de tensión del câble, es decir, incluso a través de varios transformadores en serie.

A Fuente de alimentación 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: RT R 1 R a S R = R 2 + ------2-- + ------2- + ------2n n n

XT X 1 X a S X = X 2 + ------2-- + ------2 + ------2 n n n

n: relación de transformación b

Triángulo de impedancias Z =

(R2 + X2 )

Z X

ϕ R

16

Schneider Electric


Normas de diseño

0

Ejemplo de cálculo en trifásico La complejidad del cálculo de la intensidad de cortocircuito trifásica reside básicamente en determinar el valor de la impedancia de la red aguas arriba del punto de defecto

Método de las impedancias Todos los componentes de una red (red de alimentación, 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 relación entre los diferentes valores se obtiene mediante:

Z=

( R2 + X 2 )

(ver el ejemplo 1 al lado)

El método consiste en: 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 v

Ejemplo 1:

b

Esquema de la red Tr1

La intensidad de cortocircuito trifásica es la siguiente:

Tr2

U Icc = ----------------------3 ∑ Z cc

A

Esquemas equivalentes Zr Zt1

Icc U

: :

Zcc

:

Zt2

Za

intensidad de cortocircuito (en kA) tensión entre fases en el punto en cuestión antes de la aparición 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 b

= 0,72 ohmios

U = 10 kV

10 Icc = ------------------- = 21,38 kA 3 ∑ 0,27

Schneider Electric

17

Normas de diseño

Un problema para resolver...


Datos del ejercicio propuesto

Alimentación en 63 kV Potencia de cortocircuito de la fuente: 2.000 MVA Configuración de la red: Dos transformadores en paralelo y un alternador. b

Características de los materiales: transformadores: - tensión 63 kV / 10 kV - potencia aparente: 1 de 15 MVA, 1 de 20 MVA - tensión de cortocircuito: U cc = 10% v Alternador: - tensión: 10 kV - potencia aparente: 15 MVA - X'd transitorio: 20% - X"d subtransitorio: 15% b v

Pregunta: 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. b v

Esquema unifilar Alternador 15 MVA X'd = 20% X''d = 15%

63 kV

T1 G1

D3

Transformador 15 MVA Ucc = 10%

T2

D1

D2 10 kV

D4

18

Transformador 20 MVA Ucc = 10%

D5

Juego de barras

D6

D7

Schneider Electric

Normas de diseño

Pero he aquí la solución del problema junto con el método...


Solución del ejercicio Determinación 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 través de D4, D5, D6 y D7. En caso de cortocircuito aguas arriba de un disyuntor (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7), éste 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: b

Zr = impedancia de red

Za = impedancia de diferentes alternadores en función del régimen (transitorio o subtransitorio)

Z15 = impedancia del transformador 15 MVA

Z20 = impedancia del transformador 20 MVA

juego de barras

La experiencia demuestra que la resistencia suele ser débil frente a la reactancia, por lo que se puede deducir que la reactancia es igual a la impedancia (X = Z). Para determinar la potencia de cortocircuito, es preciso calcular los diferentes valores de las resistencias y de las inductancias y a continuación realizar la suma aritmética por separado: b

Rt = R Xt = X b Conociendo Rt y Xt, se deduce el valor Zt aplicando la fórmula:

(Z

=

SR2

+

SX2 )

Nota: al no ser R relevante frente a X, se puede decir que Z = X.

Schneider Electric

19


Normas de diseño

Componente

Cálculo

Red Scc = 2.000 MVA U de servicio = 10 kV

Y ahora... ¡los resultados!

Zr

2

= -------

Transformador 20 MVA (Ucc = 10%) U de servicio = 10 kV

Z20

=

Alternador de 15 MVA U de servicio = 10 kV

Za

Régimen transitorio (Xcc = 20%)

Za t

= ---------

Régimen subtransitorio (Xcc = 15%)

Za s

= --------

U

10 --------2000

=

S cc

=

2

----

Sr U

2

• U cc

=

10 -----15

• U cc

=

10 -----20

2

----

Sr

0,05

10 100

•

-------

•

-------

2

0,67

10 100

0,5

2

U • X cc Sr

= ------

2

20 10 • ------15 100

Zat = 1,33

2

Z15 || Z20

Zer || Zat

Régimen subtransitorio

Zer || Zat

Zas = 1

15 10 • ------15 100

Z15 ∑ Z20 Z15 Z20

= ---------------------------+

Zr + Zet

Puesta en paralelo del grupo Régimen transitorio

Disyuntor

Para los alternadores, el componente aperiódico es muy elevado; es preciso validar los cálculos mediante ensayos en laboratorios.

2

Z15

Puesta en serie con la red y la impedancia de los transformadores

disyuntor se define por un poder de corte de un valor eficaz en régimen estabilizado y un porcentaje de componente aperiódica que depende del tiempo de apertura R de del disyuntor y del ---X la red (aprox. 30%).

U

Transformador 15 MVA (Ucc = 10%) U de servicio = 10 kV

Juego de barras Puesta en paralelo de los transformadores

Nota: un

Z = X (ohmios)

=

0 67 ∑ 0 5 0 67 0 5 ,

Zet = 0,29

,

= -----------------------------, , +

Zer = 0,34

0, 05 + 0, 29

Zer ∑ Zat Zer Zat

= ---------------------------------+ , ,

Zer ∑ Zat Zer Zat

= ----------------------+ ,

= -------------------------+

= -------------------------+

0 34 ∑ 1 33 0 34 1 33 ,

,

z

0,27

z

0,25

0 34 ∑ 1 0 34 1 ,

Circuito equivalente Poder de corte

Poder de cierre

Z (ohmios)

2,5 Icc (en kA cresta)

en kA ef. U2 I cc = -----------------------3 ∑ Z cc

=

-------

3

----∑ -Z---cc

D4 a D7 régimen transitorio Z = 0,27

Zr

Za

Z15

Z20

21,40

21, 40

• 2, 5

=

53 15 ,

régimen subtransitorio Z = 0,25

Zt = [Zr + (Z15//Z20)] //Za D3 alternador 17

Zr

17

• 2, 5

=

42 5 ,

Z = 0,34 Z15

Z20

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

Za

Z20

14, 9

• 2, 5

=

37 25 ,

régimen transitorio Z = 0,39 régimen subtransitorio Z = 0,35

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

Za

• 2, 5

=

31

régimen transitorio Z = 0,47

Z15

Zt = (Zr + Z15)//Za 20

12, 4

régimen subtransitorio Z = 0,42

Schneider Electric

Normas de diseño

0


Introducción Las dimensiones del juego de barras se determinan teniendo en c uenta las condiciones normales de utilización. La tensión (kV) que se aplica a la instalación 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 sección y la naturaleza de los conductores. b

A continuación es preciso asegurarse de que los soportes (aisladores) resistan a los efetos mecánicos y que las barras resistan a los efetos mecánicos y térmicos debido a las corrientes de cortocircuito. Es también necesario comprobar que el período de vibración propio de las barras no entre en resonancia con el período de la corriente. b

Para calcular un juego de barras es preciso partir de las hipótesis de características eléctricas y físicas siguientes: b

Características eléctricas del juego de barras Scc

:

potencia de cortocircuito de la red*

MVA

Ur

:

tensión asignada

kV

U

:

tensión de servicio

kV

Ir

:

intensidad asignada

A

* Nota: El

Calcular un juego de barras consiste en realidad en comprobar que ofrece una resistencia térmica, electrodinámica y de no resonancia suficientes.

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

Características físicas del juego de barras 2

S

:

sección de una barra

cm

d

:

distancia entre las fases

cm

l

:

distancia entre aisladores de una misma fase

cm

qn

:

temperatura ambiente (qn £ 40˚C)

˚C

(q - qn)

:

calentamiento admisible*

˚C

perfil material disposición

: : :

plano cobre plano

aluminio de canto

nº de barras por fase : * Nota: ver

la tabla V de la norma CEI 60 694 en las 2 págs. siguientes

Resumen: barra de

Schneider Electric

•

cm por fase

21

Normas de diseño

0


Calentamiento Extracto de la tabla V de la norma CEI 60 694

Naturaleza del componente, del material y del dieléctrico Temperatura (Ver: 1, 2 y 3) q (˚C) Conexiones mediante tuercas o dispositivos equivalentes (ver : 7) cobre desnudo, aleación de cobre desnudo o aleación 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 estañados en el aire 105 el SF6 105 el aceite 100

(q - qn) con qn = 40˚C

50 65 60 75 75 60 65 65 60

* SF6 (hexafluoruro de azufre)

1 Según su función, el mismo componente puede pertenecer a varias de las categorías 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 más débiles de las categorías en cuestión.

2 Para los aparatos de conexión en el vacío, los valores límites de temperatura y de calentamiento no se aplican a los componentes en el vacío. Los demás 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 ningún daño en los materiales del entorno.

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

22

Schneider Electric

Normas de diseño

0


Calentamiento Extracto de la tabla V de la norma CEI 60 694

Naturaleza del componente, del material y del dieléctrico temperatura (Ver: 1, 2 y 3) Contactos (Ver: 4) cobre o aleación de cobre desprotegido en el aire el SF6 * el aceite plateados o niquelados (Ver: 5) en el aire el SF6 el aceite estañados (ver: 5 y 6) en el aire el SF6 el aceite

q

(˚C)

(q - qn) con qn = 40 ˚C

75 90 80

35 50 40

105 105 90

65 65 50

90 90 90

50 50 50

* SF6 (hexafluoruro de azufre)

1 Según su función, el mismo componente puede pertenecer a varias de las categorías 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 más débiles de las categorías en cuestión.

2 Para los aparatos de conexión en el vacío, los valores límites de temperatura y de calentamiento no se aplican a los componentes en el vacío. Los demás 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 ningún daño en los materiales del entorno.

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

5 La calidad del revestimiento debe ser tal que una capa de protección pueda subsistir en la zona de contacto: - después del ensayo de establecimiento y de corte (si existen), - después del ensayo de corriente de corta duración admisible, - después del ensayo de resistencia mecánica, según 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 las publicaciones relativas a los fusibles de alta tensión.

Schneider Electric

23

Normas de diseño

0


La resistencia térmica...

Comprobemos que la sección 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.

Al paso de la intensidad asignada (I r) La fórmula de MELSON & BOTH publicada en la revista "Copper Development Association" permite definir la intensidad admisible en un conductor: , (q – qn) , p , ---------I = K ∑ --------------------------------r 20 [ 1 +--------------------------------a ( q – 20 ) ] ,

con:

P

P

I

:

intensidad admisible expresada en amperios (A) el decalaje de la intensidad debe preverse: - para una temperatura ambiente superior a 40˚C - para un índice de protección superior a IP5

qn

:

temperatura ambiente (qn £ 40˚C)

˚C

(q - qn)

:

calentamiento admisible *

˚C

S

:


cm2

p

:

perímetro de una barra

cm

(ver esquema contiguo)


: : :

resistividad del conductor a 20˚C cobre: aluminio:

a

:

coeficiente de temperatura de la resistividad: 0,004

K

:

coeficiente de las condiciones producto de 6 coeficientes (k1, k2, k3, k4, k5, k6), descritos a continuación

r

20

1,83 µW cm 2,90 µW cm

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

Definición de los coeficientes k1, 2, 3, 4, 5, 6: El coeficiente k1 depende del número de barras semiplanas por fase para: v 1 barra (k1 = 1) v 2 ó 3 barras, ver la tabla siguiente : b

e

0,05 0,06 nº de barras por fase 1,63 1,73 2 3 2,40 2,45

a

e

0,08 1,76 2,50

e/a 0,10 0,12 k1 1,80 1,83 2,55 2,60

0,14

0,16

0,18

0,20

1,85 2,63

1,87 2,65

1,89 2,68

1,91 2,70

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

24

Schneider Electric

Normas de diseño

0


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 posición de las barras: barras de canto: k3 = 1 v 1 barra plana: k3 = 0,95 v varias barras planas: k3 = 0,75 b v

El coeficiente k4 depende del lugar en el que estén instaladas las barras: atmósfera normal en el interior: k4 = 1 v atmósfera normal en el exterior: k4 = 1,2 v barras en un remonte sin ventilar: k4 = 0,80 b v

El coeficiente k5 depende de la ventilación artificial: sin ventilación artificial: k5 = 1 v el caso con ventilación deberá tratarse caso por caso y a continuación validarse por ensayos. b v

El coeficiente k6 depende del tipo de corriente: v para una corriente alterna de frecuencia £ 60 Hz, k6 depende del número de barras n por fase y de su separación. Valor de k6 para una separación equivalente al grosor de las barras: b

n k6

1 1

2 1

3 0,98

En nuestro caso:

n=

por lo que k6 =

En definitiva, se obtiene:

k=

•

•

•

•

•

=

, , ( ) , – ∑ ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------[ 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 solución elegida de

•

cm por fase

Conviene si la Ir del juego de barras deseado £ I Schneider Electric

25

Normas de diseño

0


Al paso de la intensidad de cortocircuito de corta duración (It) Se considera que, durante toda la duración (1 ó 3 segundos): v todo el calor generado sirve para aumentar la temperatura del conductor v los efectos de la radiación son irrelevantes. b

La fórmula siguiente se puede utilizar para calcular el calentamiento debido al cortocircuito: 0, 24 ∑ r 20 ∑ I th 2 ∑ t k

Dq cc = ----------------------------------------------------2 (n ∑ S) ∑ c ∑ d

con Dqcc

:

calentamiento debido al cortocircuito

c

:

calor específico del metal cobre: aluminio:

0,091 kcal/daN˚C 0,23 kcal/daN ˚C

cm2

S

:


n

:

número de barras por fase

It

:

corriente de cortocircuito de corta duración:

A ef

(valor eficaz de la corriente de cor tocircuito máx.)

Ejemplo: ¿Cómo encontrar el valor It para una duración diferente? Sabiendo que: (It) 2 • t = constante

tk

:

Si It 2 = 26,16 kA ef. 2 s,

¿a cuánto corresponde It1 para t = 1 s?

r20

:

(It 2)2 • t = constante 7 (26,16 • 10 3)2 • 2 = 137 • 10 (q - qn)

luego It 1 =

( constante )

------------t ------------ =

duración del cortocircuito de corta duración (1 a 3 s)

en s d

b

:

:

densidad del métal cobre: aluminio:

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

resistividad del conductor a 20˚C cobre: aluminio:

1,83 µW cm 2,90 µW cm

( 137 • 10 ) ------------------------1

It 1 = 37 kA ef. para 1 s b

Dqcc =

En resumen:

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

˚C

calentamiento admisible

7

Dqcc =

0,24 • (

10-6 • ( )2 •

)2 • •

C

˚

v

La temperatura del qt conductor después del cortocircuito será:

q t = q n + ( q – q n ) + Dq cc qt =

C

˚

Compruebe lo siguiente: qt £ temperatura máxima que pueden soportar las piezas que

están en contacto con el juego de barras. Compruebe que la temperatura qt es compatible con la temperatura máxima de las piezas que están en contacto con el juego de barras (concretamente el aislador). 26

Schneider Electric

Normas de diseño

0


Resistencia electrodinámica Comprobemos si las barras elegidas resisten a los esfuerzos electrodinámicos.

Esfuerzos entre conductores en paralelo Los esfuerzos electrodinámicos consecutivos a la corriente de cortocircuito se obtienen mediante la fórmula: l

F1

con F1 Idin

: :

–8 = 2 -d-- ∑ l di n 2 ∑ 10

esfuerzo expresado en daN valor de la cresta de corriente de cortocircuito expresada en A, que se calcula con la fórmula siguiente S cc I din = k ∑ ------------ = k ∑ I th U 3

F1 Idin

F1 Idin l

d

Scc Ith U d

: : : : :

pote potenc ncia ia de cort cortoc ocir ircu cuit ito o intensidad de cortocircuito de corta duración tensión de servicio distanc distancia ia entre entre aislado aisladores res de una misma misma fase dist distan anci cia a entr entre e las las fase fases s

k

:

2,5 para para 50 50 Hz; 2,6 para para 60 Hz según CEI y 2,7 según según ANSI

l

Por lo que: I din =

A y F1 =

kVA kVA A ef kV cm cm

daN

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

+ F = F 1 ∑ -------------H d con F H h

h = e/2 F1 F H

soporte

: : :

esfu esfuer erzo zo expr expres esad ado o altu altura ra del del aisl aislad ador or distan distancia cia desde desde la la cabe cabeza za del del aisl aislado adorr al centro de gravedad del juego de barras

daN daN cm cm

Cálculo de un esfuerzo en caso de N soportes b El esfuerzo F absorbido por cada soporte es como máximo igual al esfuerzo calculado F1 (ver capítulo anterior) multiplicado por un coeficientekn coeficiente kn que varía en función del número total N de soportes equidistantes instalados.

=N

v

número de soportes

v

conocemos N; definamos k n con ayuda de la siguiente tabla:

por lo que F =

(F1)•

(kn) =

N

2

3

4

≥5

k n

0,5

1,25

1,10

1,14

daN

k debe El esfuerzo obtenido después de aplicar el coeficiente coeficientek debe compararse con la resistencia mecánica del soporte, a la que se aplicará un coeficiente de seguridad: v los soportes empleados tienen una resistencia a la flexión F’ = daN b

v

Schneider Electric

obtenemos un coeficiente de seguridad de F¢ ------- = F

comprobar F’ > F

27

Normas de diseño

0


Resistencia mecánica de las barras Con la hipótesis admisible de que los extremos de las barras están empotrados, éstos están sometidos a un momento de flexión cuyo esfuerzo resultante es: b

h

F 1 ∑ i v -= -------------12 ∑ l

con h

:

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 estañado: 1.200 daN/cm 2

F1

:

esfuerzo entre conductores

daN

i

:


cm

:

módulo de inercia de una barra o de un conjunto de barras

cm3

I/v fase 1

x

fase 2

(elegir el valor en la tabla de la página siguiente)

v

b

distancia entre la fibra neutra y la fibra más solicitada (la más alejada)

:

v h b

x'

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

2

fase 1 v

I b∑h ---- = ----------------v 6

fase 2 x b

Dos barras por fase: 3

b

b∑h 2 = 2  ----------------- + S ∑ d   12  d h

3

b∑h 2 2  ----------------- + S ∑ d    12 I --- = -------------------------------------------------v 1, 5 ∑ h

x'

S

:

secc secció ión n de la barr barra a (en (en cm2)

xx ¢: perpendicular al plano de vibración

Compruebe lo siguiente: h

28

< h Barras Cu o Al

(en daN/cm2)

Schneider Electric


Normas de diseño

0

Escoja la sección S, la masa lineal m, el módulo de inercia I/v y el momento de inercia I para las barras definidas a continuación: Dimensiones de las barras (mm) cm2

Disposición* x

x’

S m Cu daN/cm A5 A5/L

100 x 10 10 0,089 0,027

80 x 10 8 0,071 0,022

80 x 6 4,8 0,043 0,013

80 x 5 4 0,036 0,011

80 x 3 2,4 0,021 0,006

50 x 1 0 5 0,044 0,014

50 x 8 4 0,036 0,011

50 x 6 3 0,027 0,008

50 x 5 2,5 0,022 0,007

I

cm4

0,83

0,66

0,144

0,083

0,018

0,416

0,213

0,09

0,05

I/v

cm3

1,66

1,33

0,48

0,33

0,12

0,83

0,53

0, 3

0,2

I

cm4

83,33

42,66

25,6

21,33

12,8

10,41

8,33

6,25

5,2

I/v

cm3

16,66

10,66

6,4

5,33

3, 2

4,16

3,33

2,5

2,08

I

cm4

21,66

17,33

3,74

2,16

0,47

10,83

5,54

2,34

1,35

I/v

cm3

14,45

11,55

4,16

2,88

1,04

7,22

4,62

2, 6

1,8

I

cm4

166,66

85,33

51,2

42,66

25,6

20,83

16,66

12,5

10,41

I/v

cm3

33,33

21,33

12,8

10,66

6, 4

8,33

6,66

5

4,16

I

cm4

82,5

66

14,25

8,25

1,78

41,25

21,12

8,91

5,16

I/v

cm3

33

26,4

9,5

6,6

2,38

16,5

10,56

5,94

4,13

I

cm4

250

128

76,8

64

38,4

31,25

25

18,75

15,62

I/v

cm3

50

32

19,2

16

9,6

12,5

10

7,5

6,25

x

x’ x

x’ x

x’ x

x’ x

x’

*disposición: sección *disposición: sección de un plano perpendicular al juego de barras (se representan 2 fases)

Frecuencia propia de resonancia Las frecuencias propias de vibraciones que deben evitarse para las barras que están 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 fórmula: E∑I f = 112 ---------------m ∑ i 4

Comprobemos que las barras elegidas no entren en resonancia.

f

:

frec frecue uenc ncia ia de reso resona nanc ncia ia en Hz

E

:

módu módulo lo de elas elasti tici cida dad: d: del cobre = 1,3 • 10 6 daN/cm2 del aluminio A5/L = 0,67 • 106 daN/cm2

m

:

masa masa line lineal al de la barr barra a (elegir el valor en la tabla superior)

daN/cm

i

:

long longit itud ud entr entre e 2 sop sopor orte tes s

cm

I

:

mome moment nto o de de ine inerc rcia ia de la secc secció ión n de la barra en relación con el eje x'x perpendicular al plano de vibración

cm4

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

por lo que

f=

Hz

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

Schneider Electric

29


Normas de diseño

0

Ejemplo de cálculo de juegos de barras Comprobemos este juego de barras.

Datos del ejercicio propuesto Consideremos Consideremos un cuadro formado por al menos 5 cabinas d e MT. Cada cabina incluye 3 aisladores (1 por fase). Un juego de barras compuesto por 2 barras por fase, conecta eléctricamente las celdas entre sí.

b

Características del juego de barras que se va a comprobar: S : sección de barra (10 •1) cm2 10

Vista superior Célula 1

Célula 2

Célula 3

Célula 4

d

:

distancia en entr e las fa fases

18

cm

l

:

dis distanc tancia ia ent entre aisl aislad ado ores res de una misma fase

70

cm

qn

:

temperatura am ambiente

40

˚C

(q - qn)

:

calentamiento a dm dmisible

50

˚C

perfil

:

plano

material

:

barr barras as de cobr cobre e dur duro o 1/4 1/4,, con con un esfu esfuer erzo zo admisible h = 1.200 daN/cm2

Célula 5

disposición :

(90-40=50)

de canto

número de barras por fase :

2

b El juego de barras debe poder soportar permanentemente una intensidad asignada Ir asignada Ir = 2.500 A y una intensidad de cortocircuito cortocircuito de th = 31.500 A ef. durante un tiempo t k k = 3 segundos. corta duración I duración I th

d d

Frecuencia asignada fr asignada fr = 50 Hz

b

b

Vista lateral 1 cm

1 cm

10 cm 5 cm

Otras características:

v las piezas que están en contacto con el juego de barras pueden soportar una temperatura máxima de qmáx = 100˚C v

los soportes empleados tienen una resistencia a la flexión F' flexión F' = 1.000

12 cm

d

d

plano 1

30

Schneider Electric

Normas de diseño

Comprobemos la resistencia térmica del juego de barras...


0

Al paso de la intensidad asignada (Ir) La fórmula de MELSON & BOTH permite definir la intensidad admisible en un conductor: , , , ∑S ∑p 24, 9 ( q – q n ) =

K ∑ ----------------------------------------------------------------------------------r 20 [ 1 + a ( q – 20 ) ]

con:

e

l

:

intensidad admisible expresada en amperios (A)

qn

:

temperatura ambiente

40

˚C

(q - qn)

:

calentamiento admisible *

50

˚C

S

:


10

cm2

p

:


22

cm

r20

:

resistividad del conductor a 20˚C

a

a

K e

:

:

cobre:

1,83 µW cm

coeficiente de temperaturas de la resistividad:

0,004

coeficiente de las condiciones producto de 6 coeficientes (k1, k2, k3, k4, k5, k6) , descritos a continuación

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

Definición de los coeficientes k1, 2, 3, 4, 5, 6: b El coeficiente k1 depende del número de barras semiplanas por fase para: v 1 barra (k1 = 1) v 2 ó 3 barras, ver la tabla siguiente:

e / a 0,05 0,06 0,08 nº 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

0,18

0,20

1,87 2,65

1,89 2,68

1,91 2,70

En nuestro caso:

Schneider Electric

e/a =

0,1

el número de barras por fase =

2

por lo que k1 =

1,80

31

Normas de diseño

Cálculo de los juegos de barras 0

El coeficiente k2 depende del estado de la superficie de barras: k2 = 1 v desnudas: v pintadas: k2 = 1,15 b

El coeficiente k3 depende de la posición de las barras: k3 = 1 barras de canto: k3 = 0,95 v 1 barra plana: k3 = 0,75 v varias barras planas:

b v

b El coeficiente k4 depende del lugar en el que estén instaladas las barras: k4 = 1 v atmósfera normal en el interior: v atmósfera normal en el exterior: k4 = 1,2 v barras en un remonte sin ventilar: k4 = 0,80

El coeficiente k5 depende de la ventilación artificial: k5 = 1 v sin ventilación artificial: v el caso con ventilación deberá tratarse caso por caso y a continuación validarse por ensayos. b

El coeficiente k6 depende del tipo de corriente: v para una corriente alterna de frecuencia £ 60 Hz, k6 depende del número de barras n por fase y de su separación.

b

Valor de k6 para una separación equivalente al grosor de las barras: n k6

1 1

3 0,98

2 1

En nuestro caso: n=

por lo que k6 =

2

En definitiva, se obtiene: k = 1,80 • 1 • 1 •

0,8 •

1

1

•

1

0, 61

= 1,44

0, 5

0, 39

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

I

=

K∑

24, 9 ( q – q n )

∑S

0, 5

∑p

0, 39

r20 [ 1 + a ( q – 20 ) ]

I=

La solución elegida es adecuada porque: Ir

32

0, 61

-----------------------------------------------------------------------------------

2

2.689

A

barras de 10 1 cm por fase

< I es decir

•

2 500 A

<

2 689

Schneider Electric

Normas de diseño

0


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

La fórmula siguiente se puede utilizar para calcular el calentamiento debido al cortocircuito: 2

0, 24 ∑ r 20 ∑ It h ∑ tk Dq cc = ---------------------------------------------------------2 (n ∑ S) ∑ c ∑ d

con: c

:

calor específico del metal cobre:

0,091 kcal / daN˚C

S

:

sección expresada en cm2

10

n

:

número de barras por fase

2

It

:

intensidad de cortocircuito de corta duración

cm2

31.500 A ef

(valor eficaz de la intensidad de cortocirrcuito máxima)

tk

: :

d

duración del cortocircuito de corta duración (1 a 3 s) densidad del metal

8,9 g/cm3

cobre:

:

r20

resistividad del conductor a 20˚C cobre:

(q - qn) : v

1,83 µW cm

calentamiento admisible

50

˚C

El calentamiento debido a cortocircuito es el siguiente:

q cc

0, 24 ∑ =

1 83 10 –6 ,

∑ ( 31 500 ) 2 ∑

∆θ cc

=

4

3

------

2

( 2 2 10 ) ∑ 0 ,091

El cálculo de qt debe afinarse, puesto que el juego de barras deseado debe soportar Ir = 2.500 A como máx. y no 2.689 A.

en s

3

∑

8 9 ,

˚C

La temperatura qt del conductor después del cortocircuito será: θ t = θ n + ( θ – θ n ) + ∆θ cc =

para I =

Schneider Electric

2.689

40

+

50

+

4

94 ˚C = A (ver el cálculo en las páginas anteriores)

33

Normas de diseño

0


Ajustemos el cálculo de qt para I r = 2.500 A (intensidad asignada del juego de barras) b

de la fórmula de MELSON & BOTH (ver: página 31), se puede deducir lo siguiente: I = constante • (q-qn) 0,61 y v

Ir = constante • (Dq) 0,61

(

)

0,61 por lo tanto I = (q-qn) (Dq) Ir

2 689

=

2 500

(

50

((D ))0,61 50 q

2 689

Dq = 2 500 50

Dq

)

1

0,61

= 1,126

Dq = 44,3˚C v la temperatura qt del conductor después d el cortocircuito, para un instante asignado Ir = 2.500 A es la siguiente: qt = qn + Dq + Dqcc

=

40

+

44,3

=

88,3

˚C para Ir = 2.500 A

+

4

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

34

Schneider Electric

Normas de diseño

Comprobemos la resistencia electrodinámica del juego de barras.

0


Esfuerzos entre conductores en paralelo Los esfuerzos electrodinámicos consecutivos a la intensidad de cortocircuito se obtienen mediante la fórmula:

F1 = 2 l ldin2 10-8 d p

p

(ver el plano 1 al principio del ejemplo de cálculo) l

:


d

:

distancia entre las fases

k

:

2,5

Idyn :

70 18

cm cm

para 50 Hz según CEI

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

p

F1

= 2 (70/18) 78 7502 p

p

p

10-8 = 482,3 daN

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

F = F1 H + h H p

con F H

: :

esfuerzo expresado en daN altura del aislador

h

:

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

12

cm

Cálculo de un esfuerzo en caso de N soportes El esfuerzo F absorbido por cada soporte es como máximo igual al esfuerzo calculado F1 multiplicado por un coeficiente k n que varía en función del número total N de soportes equidistantes instalados. b

v

número de soportes

≥

=N

5

conocemos N, definamos k n con ayuda de la siguiente tabla: v

N k n

por lo tanto F =

2 0,5

683

(F1)

3 1,25

p

1,14

4 1,10

(Kn) =

≥ 5

1,14

778

daN

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

Schneider Electric

35

Normas de diseño


Resistencia mecánica de las barras

Con la hipótesis admisible de que los extremos de las barras están empotrados, éstos deben someterse a un momento de flexión cuyo esfuerzo resultante es : F 1 ∑ l v h = ------------- • ---

12

I

con h

:

el esfuerzo resultante en daN/cm2

l

:

distancia entre aislantes de una misma fase

I/v :

70

módulo de inercia de una barra o de un conjunto de barras

cm

14,45 cm3

( elegir el valor en la siguiente tabla)

h

482, 3 • 70 1 = ------------------- • -----------12 14, 45

h = 195 daN / cm2

El esfuerzo resultante calculado ( h = 195 daN / cm 2 ) es inferior al esfuerzo admisible por las bar ras de cobre dureza 1/4 ( 1200 daN / cm 2 ) : La solución es adecuada

Dimensiones de las barras (mm) 100 x 10 Disposición

S m

daN/cm

0,027

I

cm4

0,83

I/v

cm3

1,66

I

cm4

83,33

I/v

cm3

16,66

I

cm4

21,66

I/v

cm3

14,45

I

cm4

166,66

I/v

cm3

33,33

I

cm4

82,5

I/v

cm3

33

I

cm4

250

I/v

cm3

50

x

x' x

x' x

x' x

x' x

x'

36

10 0,089

Cu A5/L

x

x'

cm2

Schneider Electric

Normas de diseño

Comprobemos que las barras elegidas no entren en resonancia


Frecuencia propia de resonancia Las frecuencias propias de vibraciones que deben evitarse para las barras que están 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 fórmula: E • I f = 112 -----------m • l 4 f

:

frecuencia de resonancia en Hz

E

:

módulo de elasticidad: del cobre =

1,3 • 10 6 daN/cm2

0,089 daN/cm

m

:

masa lineal de la barra

l

:

longitud entre 2 soportes

70 I

:

momento de inercia de la sección de la barra en relación con el eje s’s perpendicular al plano de vibración

cm

21,66 cm4

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

f = 112

 1, 3 • 10 6 • 21, 66  -----------------------------------  0, 089 • 70 4 

f = 406 Hz

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

Conclusión

El juego de barras deseado,

2

barras

de 10 1 cm por fase, es adecuado para •

Ir = 2 500 A y I th = 31,5 kA 3 s.

Schneider Electric

37

Normas de diseño


0

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

Algunas órdenes de magnitud Rigidez dieléctrica (20˚c, 1 bar absoluto): 2,9 a 3 kV/mm Umbral de ionización (20˚c, 1 bar absoluto): 2,6 kV/mm

Rigidez dieléctrica del entorno Es una de las características del fluido (gas o líquido) que compone el entorno. Para el aire ambiente, esta característica depende de las condiciones atmosféricas y de la contaminación.

La rigidez dieléctrica del entorno depende de las condiciones ambientales siguientes: La contaminación El polvo conductor puede estar presente en un gas o en un líquido, 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 condensación Fenómeno de depósito de pequeñas 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 presión Las prestaciones de un aislamiento gaseoso aumentan con la presión. Para un aparato aislado en el aire ambiente, la altitud puede provocar un descenso del rendimiento del aislamiento debido a la disminución de la presión. A menudo es necesario desclasificar el aparato. b

La humedad En los gases y los líquidos, la presencia de humedad puede modificar las prestaciones del aislamiento. En el caso de los líquidos, siempre es una disminución del rendimiento. En el caso de los gases, suele ser una disminución (SF6, N2…) excepto para el aire, en el que a baja concentración (humedad < 70%) se produce una ligera mejora del rendimiento "a pleno gas"*. b

La temperatura Las prestaciones de un aislamiento gaseoso, líquido o sólido se reducen cuando la temperatura aumenta. Para los aislantes sólidos, los choques térmicos pueden hacer aparecer micro-fisuras que pueden provocar rápidamente descargas eléctricas. Por lo tanto, es preciso prestar especial atención a los fenómenos de dilatación: un aislante sólido se dilata de 5 a 15 veces más que un conductor. b

* Se denomina aislamiento “a pleno gas”.

Nivel de contaminación La contaminación puede tener distinto origen: el entorno gaseoso externo (polvo), una impureza inicial, eventualmente un corte en la superficie interna, etc., la contaminación combinada con la humedad desarrolla una conducción electroquímica que agrava los fenómenos de descargas. La radiación puede ser una limitación del entorno externo (exposición al exterior).

38

Schneider Electric

Normas de diseño


0

Forma de las piezas Desempeña una función esencial en la resistencia dieléctrica del aparellaje. Es absolutamente necesario eliminar todo efecto de "punta", que tendría consecuencias desastrosas en la resistencia a la onda de choque en concreto y para el envejecimiento de la superficie de los aisladores: Ionización del aire

Producción de ozono

Degradación de la piel de moldeo de los aisladores

Distancia entre las piezas Aire ambiente entre las piezas en tensión Para las instalaciones que, por diferentes motivos, no pueden someterse a los ensayos de choque, la tabla de la publicación CEI 71-2 proporciona, en función de la tensión de resistencia nominal a los choques de sobretensión, las distancias mínimas que se deben respetar en el aire entre fase y tierra o entre fases. b

V

O

d

U

Estas distancias garantizan una resistencia adecuada para las configuraciones desfavorables: altitud < 1.000 m. b

Distancias en el aire* entre las partes conductoras en tensión y las estructuras puestas a tierra con una tensión especificada de resistencia a los choques con tiempo seco: b

Tensión asignada de resistencia a los choques de sobretensión

Distancia mínima en el aire entre fase y masa y entre fases

Up (kV)

d (mm)

40 60 75 95 125

60 90 120 160 220

Los valores de las distancias en el aire indicadas en la tabla anterior son los valores mínimos determinados teniendo en cuenta las propiedades dieléctricas, y no incluyen ninguno de los aumentos que podrían necesitarse para tener en cuenta las tolerancias de construcción, los efectos de los cortocircuitos, los efectos del viento, la seguridad del personal, etc. *Estas indicaciones son relativas a una distancia a través de un intervalo de aire único, sin tener en cuenta la tensión de descargas eléctricas por recorrido a lo largo de las superficies, debidas a problemas de contaminación.

Schneider Electric

39


Normas de diseño

U

Lf

0

Interface del aire aislante entre las piezas en tensión

O

Existen 4 niveles de gravedad de contaminación, que se indican en la tabla siguiente, según CEI 60 815*: b

Tabla de selección del nivel de contaminación Lf: línea de fuga

Nivel de contaminación I-bajo

II-medio

Ejemplo de entornos característicos zonas sin industrias y con baja densidad de edificios equipados con instalaciones de calefacción v zonas con baja densidad de industrias o edificios pero a menudo sometidas al viento y/o a la lluvia 1 v regiones agrícolas v regiones montañosas v todas estas zonas deben estar situadas a una distancia mínima 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 edificios equipados con instalaciones de calefacción v zonas de elevada densidad de edificios 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 kilómetros) 2 v

III-elevado

v

IIII-muy elevado

v

zonas de gran densidad de industrias y afueras de grandes ciudades con gran densidad de instalaciones de calefacción contaminantes v zonas situadas cerca del mar o en cualquier caso expuestas a vientos relativamente fuertes procedentes del mar 2 zonas generalmente poco extendidas, sometidas a suciedad conductora y a humos industriales generadores de los depósitos conductores especialmente espesos v zonas generalmente poco extensas, muy cercanas de la costa y expuestas a las neblinas o a los vientos muy fuertes, así como a los contaminantes procedentes del mar 2 v zonas desérticas caracterizadas por largos períodos sin lluvia, expuestas a los vientos fuertes que transportan arena y sal y sometidas a una condensación regular. *La CEI 60 815 le sirve de guía para la selección de los aislantes en condiciones de contaminación 1 La

utilización de abonos extendidos por pulverización o la quema de tierras segadas puede llevar a un nivel de contaminación más elevado debido a la dispersión por el viento. 2 Las

distancias a la orilla del mar dependen de la topografía de la zona costera y de las condiciones extremas del viento.

40

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Normas de diseño

Atención:

Debe preverse un decalaje por temperatura


0

Código IP Introducción Las normas internacionales sobre instalaciones eléctricas y productos (CEI 60 529) exigen la protección de las personas contra los contactos directos y la protección de los materiales contra determinadas influencias externas. Conocer los grados de protección es indispensable para la prescripción, la instalación, la explotación y el control de calidad de los materiales.

Definiciones El grado de protección es el nivel de protección creado por una envolvente contra el acceso a las partes peligrosas, la penetración de cuerpos sólidos extraños y el agua. El código IP es el sistema de codificación que indica los grados de protección.

Ámbito de aplicación Es aplicable a las envolventes para materiales eléctricos de tensión asignada inferior o igual a 72,5 kV. No es relativo al disyuntor solo, pero sin embargo la carátula debe adaptarse cuando ésta está instalada en el interior de una celda (mallado más fino de las rejillas de aireación, por ejemplo).

Los diferentes IP y su significado En la tabla de la página siguiente se ofrece una descripción abreviada de los elementos del código IP.

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41


Normas de diseño

Elemento

Cifras o letras

Letra del código primera cifra característica

IP

0

Significación para la protección del material de las personas

0 1

contra la penetración de cuerpos sólidos extraños (sin protección) de diámetro u 50 mm

contra el acceso a las partes peligrosas con (sin protección) dorso de la mano

2

de diámetro u 12,5 mm

dedo

Señalización

Ø 50mm

Ø 12,5mm X

~

3

de diámetro u 2,5 mm

herramienta Ø 2,5mm

4

de diámetro u 1 mm

hilo

5

protegido contra el polvo

hilo

6

estanco al polvo

hilo

0 1

contra la penetración del agua con efectos nocivos (sin protección) gotas de agua verticales

2

gotas de agua (15˚ de inclinación)

3

lluvia

4

proyección de agua

5

proyección con manguera

6

proyección potente con manguera

7

inmersión temporal

8

inmersión prolongada

segunda cifra característica

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

42

Ø 1mm

°

15

60°

contra el acceso a las partes peligrosas con: dorso de la mano dedo herramienta hilo información adicional específica para: material de alta tensión movimiento durante el ensayo de agua estacionario durante el ensayo de agua intemperie

Schneider Electric

Normas de diseño


0

Código IK Introducción Algunos países han sentido la necesidad de codificar también la protección ofrecida por los envolventes contra los impactos mecánicos. Para ello, añadieron una tercera cifra característica al código IP (caso de Bélgica, España, Francia y Portugal). Sin embargo, desde que se adoptó la CEI 529 como norma europea, ningún país europeo puede tener un código IP diferente. b

Puesto que la CEI no permitió añadir esta tercera cifra al código IP, la única solución para mantener una clasificación en este campo era crear un código diferente. Es el objeto del proyecto de la norma europea EN 50102: el código IK. b

Dado que las terceras cifras de los distintos países podían tener significados diferentes y que fue necesario introducir niveles adicionales para cubrir los principales requisitos de las normas de los productos, los grados del código IK tienen un significado diferente del de las antiguas terceras cifras (ver la tabla siguiente). b

Antiguas 3as cifras del código IP de la NF C 20-010 (1986)

Código IK

IP XX1 IP XX3 IP XX5 IP XX7 IP XX9

IK 02 IK 04 IK 07 IK 08 IK 10

Nota: para reducir las confusiones, cada nuevo grado se identifica mediante un número de

dos

cifras.

Definiciones Los grados de protección corresponden a niveles de energía de impacto expresados en julios: v choque de un martillo aplicado directamente a un material v choque transmitido por los soportes, expresados en términos de vibraciones y por lo tanto de frecuencia y aceleración. b

Los grados de protección contra los impactos mecánicos pueden comprobarse mediante distintos tipos de martillo: martillo de péndulo, martillo de resorte o martillo de caída libre vertical (ver esquemas siguientes). b

pieza de contacto

cono de disparo

mecanismo de enganche

pivote de péndulo

botón de rearme

soporte

altura de caí da

soporte de fijación

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modelo

43


Normas de diseño

0

Los diferentes IK y su significado Código IK

IK 01

IK 02

IK 03

IK 04

IK 05

IK 06

IK 07

IK 08

IK 09

IK 10

energía en julios radio en mm 1 material 1 acero = A 2 poliamida = P 3 martillo de péndulo de resorte vertical

0,15 10 P

0,2 10 P

0,35 10 P

0,5 10 P

0,7 10 P

1 10 P

2 25 A

5 25 A

10 50 A

20 50 A

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔ ✔

✔

✔

✔=

SÍ

Nota: 1

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

44

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0

Disyuntor de media tensión

Introducción La CEI 60 056 y la ANSI C37-06 definen por un lado las condiciones de servicio, las características asignadas, el diseño y la construcción; y por otro los ensayos, la selección de los controles y la instalación.

El disyuntor es un aparato que lleva a cabo el control y la protección de una red. Puede establecer, soportar e interrumpir la intensidad de servicio, así como la intensidad de cortocircuito. b

El circuito principal debe poder soportar sin daños: la intensidad térmica = intensidad de cortocircuito durante 1 ó 3 s v la intensidad electrodinámica: 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 v

Puesto que la mayor parte del tiempo un disyuntor se encuentra en posición "cerrado", la corriente de carga debe circular sin aceleración térmica durante toda la vida útil del aparato. b

Características Características asignadas obligatorias Tensión asignada Nivel de aislamiento asignado b Intensidad asignada en servicio continuo b Intensidad de corta duración admisible asignada b Valor de cresta de la intensidad admisible asignada b Duración del cortocircuito asignado b Tensión asignada de alimentación de los dispositivos de cierre y apertura y de los circuitos auxiliares b Frecuencia asignada b Poder de corte asignado en cortocircuito b Tensión transitoria de restablecimiento asignada b Poder de cierre asignado en cortocircuito b Secuencia de maniobra asignada b Duraciones asignadas. b b

Características asignadas particulares Estas características no son obligatorias pero pueden solicit arse para aplicaciones específicas: v poder de corte asignado en discordancia de fases v poder de corte asignado de los cables en vacío v poder de corte asignado de las líneas en vacío v poder de corte asignado de batería única de los condensadores v poder de corte asignado de las baterías de condensadores en escalones v poder de cierre asignado de las baterías de condensadores v poder de corte asignado de bajas corrientes inductivas. b

Tensión asignada (ver § 4.1 CEI 60 694) La tensión asignada es el valor eficaz máximo de la tensión que el material puede soportar en servicio normal. Siempre es superior a la tensión de servicio. b

Schneider Electric

Valores normalizados para Ur (kV): 3,6 - 7,2 -12 - 17,5 - 24 - 36 kV.

45



0

Ucresta (%)

Nivel de aislamiento asignado (ver § 4.2 CEI 60 056 y 60 694)

100 90

El nivel de aislamiento se caracteriza por dos valores: v la resistencia a la onda de choque (1,2/50 µs) v la resistencia a la frecuencia industrial durante un minuto. b

50 1,2 s t (s)

10 50 s Onda normalizada 1,2/50

Tensión asignada

Resistencia a la onda de choque

(Ur en kV)

(Up en kV)

(Ud en kV)

60 75 95 125 170

20 28 38 50 70

s

7,2 12 17,5 24 36

Resistencia a la frecuencia industrial

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

Intensidad de corta duración admisible (ver § 4.5 CEI 60 694) S cc I cc = ------------------3 ∑U

Scc U

Icc

: : :

potencia de cortocircuito tensión de servicio intensidad de cortocircuito

(en MVA) (en kV) (en kA)

Es el valor normalizado eficaz de la intensidad de cortocircuito máxima admisible en una red durante 1 ó 3 segundos. b Valores del poder de corte asignado en cortocircuito máximo (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 máximo que un disyuntor es capaz de establecer y de mantener en una instalación en cortocircuito. Debe ser superior o igual al valor de cresta de la intensidad de corta duración asignada. Icc es el valor máximo de la intensidad de cortocircuito asignado para la tensión asignada del disyuntor. El valor de cresta de la intensidad de corta duración admisible es igual a: 2,5 • Icc para 50 Hz 2,6 • Icc para 60 Hz 2,7 • Icc para aplicaciones particulares.

Duración del cortocircuito asignado (ver § 4.7 CEI 60 694) La duración de cortocircuito asignada es igual a 1 ó 3 segundos. 46

Schneider Electric



0

Tensión asignada de alimentación de los dispositivos de cierre y apertura y de los circuitos auxiliares (ver § 4.8 CEI 60 694) Valores de la tensión de alimentación de los circuitos auxiliares: en corriente continua (cc): 24 - 48 - 60 - 110 ó 125 - 220 ó 250 voltios, v en corriente alterna (ca): 120 - 220 - 230 - 240 voltios. b v

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 mínima tensión b

la bobina no debe accionarse

la bobina da la orden de apertura y prohibe el cierre

0%

35%

70%

U

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 América; algunos países utilizan las dos frecuencias. La frecuencia asignada es de 50 Hz ó 60 Hz. t

t'

Secuencia de maniobra asignada (ver § 4.104 CEI 60 056)

Icc Ir tiempo O

C

O

C

O

Secuencia de maniobras asignada según CEI, O - t - CO - t' - CO. (ver esquema contiguo) b

O CO

: :

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

Existen tres secuencias de maniobra asignadas: lenta: 0 - 3 mn - CO - 3 mn - CO v rápida 1: O - 0,3 s - CO - 3 mn - CO v rápida 2: O - 0,3 s - CO - 15 s - CO b v

Nota: se pueden solicitar otras

secuencias.

Ciclo de cierre/apertura Hipótesis: orden O desde que el disyuntor se cierra. b

desplazamiento de los contactos

posición de apertura

circulación de la corriente

tiempo

duración de cierre-apertura duración de establecimiento-corte los contactos se tocan en todos los polos y orden O puesta en tensión del circuito de cierre

Schneider Electric

inicio de la circulación de la corriente en el primer polo

extinción final del arco en todos los polos separaci ón de los contactos de arco en todos los polos

47



0

Ciclo de nuevo cierre automático Hipótesis: orden C desde que se abre el disyuntor, (con temporización para obtener 0,3 s ó 15 s ó 3 min). b

posición de cierre

desplazamiento de los contactos posición de apertura

circulación de corriente

circulación de corriente

tiempo

duración de corte-establecimiento duraci ón de apertura-cierre duración de reestablecimiento

los contactos se tocan en todos los polos

duraci ón de nuevo cierre extinción final del arco en todos los polos

los contactos se tocan en el 1er polo

separación de los contactos de arco en todos los polos y orden C

inicio de la circulaci ón de la corriente en el primer polo

puesta en tensi ón de la bobina de apertura

Ejemplo 1: Para un disyuntor de duración de apertura mínima de 45 ms (Top) a los que se añaden 10 ms (Tr) debido a los relés, el gráfico proporciona un porcentaje de componente aperiódico del 30% para una constante de tiempo t1 = 45 ms: b

– ( 45 + 10 )

% DC = e

--------------------------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 más elevado de la corriente que el disyuntor debe poder cortar bajo su tensión asignada. Se caracteriza por dos valores: el valor eficaz de su componente periódico, denominado de forma abreviada: "poder de corte asignado en cortocircuito" v el porcentaje del componente aperiódico correspondiente a la duración de apertura del disyuntor a la que se añade el semi período de la frecuencia asignada. El semi período corresponde al tiempo mínimo de activación de una protección con el máximo de intensidad, es decir 10 ms a 50 Hz. b v

Según la CEI, el disyuntor debe cortar el valor eficaz del componente periódico del cortocircuito (= su poder de corte nominal) con el porcentaje de asimetría definido por las curvas siguientes. b

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

¿A qué es igual Iasim?

}

( % DC ) 2

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

= 27 k A 1 + 2 ( 0 ,65 )

[A]

2

= 36 , 7k A

Basándose en la fórmula [A], equivale a una intensidad de cortocircuito simétrica de calibre: b

Porcentaje del componente aperiódico (% DC ) en función del intervalo de tiempo ( t )

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

36 , 7k A -------------------- = 33 , 8kA para un %DC del 30%. 1 ,086

0

τ

4= 120 ms

(constante de tiempo alterna)

τ

1= 45 ms

(constante de tiempo normalizada)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

τ

(ms)

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

El calibre del disyuntor deberá por lo tanto ser superior a 33,8 kA. Según la CEI, el calibre normalizado más próximo es 40 kA. b

48

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

Schneider Electric



0

Para los circuitos poco resistivos como las llegadas de generadores, %DC puede ser mayor, con un valor de cresta de la corriente máxima igual a 2,7 • Icc. En este caso, utilizar la curva t4. Para todas las constantes comprendidas entre t1 y t4, utilizar la fórmula: b

–

% DC = 100 ∑

( T op + T r )

--------------------------------e t 1, ... ,4

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

Los ensayos de corte en cortocircuito deben responder a las 5 secuencias de ensayo siguientes: b

I (A)

Secuencia

IAC IMC t (s)

IDC

1 2 3 4 5*

% Isim

% componente aperiódico %DC

10 20 60 100 100

£ £ £ £

20 20 20 20

según la fórmula

* para disyuntores que se abran en menos de 80 ms

IMC IAC Idc %DC

: : : :

intensidad establecida valor de cresta del componente periódico (Icc de cresta) valor del componente aperiódico % de asimetría o componente aperiódico: – ( T op + T r)

I DC

--------------------------------t ( 1 ,... ,4 )

-------- ∑ 100 = 100 ∑ e I AC b

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

b

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

% DC 2 I asim = I sim 1 + 2  -----------  100 

Tensión Transitoria de Restablecimiento asignada (TTR) (ver § 4.102 CEI 60 056) Es la tensión que aparece entre las bornas de un polo del disyuntor después de la interrupción de la corriente. La forma de la onda de tensión de establecimiento varía en función de la configuración 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. Factor de primer polo Para los circuitos trifásicos, la TTR se refiere al polo que corta en primer lugar, es decir, a la tensión en las bornas del polo abierto. La relación de esta tensión con una tensión simple se denomina factor de primer polo y equivale a 1,5 para las tensiones de hasta 72,5 kV. b

Schneider Electric

49



0

b Valor de la TTR asignada v

la TTR está en función de la asimetría; se proporciona para una asimetría del 0% U (kV) Uc

Tensión asignada

Valor de la TTR

Tiempo

Retardo

Velocidad de aumento

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

(Uc en kV) 12,3 20,6 30 41 62

(t3 en µs) 52 60 72 88 108

(td en µs) 8 9 11 13 16

(Uc /td en kV/µs) 0,24 0,34 0,42 0,47 0,57

0 td

c

t (µs) t3

2 = 1, 4 ∑ 1, 5 ∑ ------- ∑ U r = 1, 715 U 3

t d = 0, 15t3 v Representación de una TTR especificada por un trazado de referencia

con dos parámetros y por un segmento de recta que define un retardo Td : t3 : Uc : Velocidad de aumento de la TTR:

X1

G

U1

A

B

Poder de corte asignado en discordancia de fases (ver § 4.106 CEI 60 056)

X2

U2

tiempo de retardo tiempo necesario para alcanzar Uc tensión de cresta de la TTR en kV Uc /t3 en kV/µs

G

Cuando un disyuntor está abierto y los conductores de ambos lados no son síncronos, la tensión entre sus bornas puede aumentar hasta la suma de las tensiones de los conductores (oposición de fases). b En la práctica, la norma exige al disyuntor que corteuna intensidad

equivalente al 25% de la intensidad de defecto en las bornas , con una tensión igual al doble de la tensión en relación con la tierra. UA - UB = U1 - (-U2) = U1 + U2 si U1 = U2 entonces UA - UB = 2U

b Si Ur es la tensión asignada del disyuntor, la tensión de restablecimiento

(TTR) a frecuencia industrial es igual a: v 2 3 3 Ur para las redes cuyo neutro es directo a la tierra v 2.53 Ur para las demás redes. b Valores de cresta de la TTR para las redes que no tienen neutro a

la tierra:

c

50

3 = 1, 25 ∑ 2, 5 ∑ ------- ∑ U 2

Tensión asignada

Valor de la TTR

Tiempo

Velocidad de aumento

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

(Uc en kV) 18,4 30,6 45 61 92

(t3 en µs) 104 120 144 176 216

(Uc /td en kV/µs) 0,18 0,26 0,31 0,35 0,43

Schneider Electric



0

Poder de corte asignado de los cables en vacío (ver § 4 .108 CEI 60 056) La especificación de un poder de corte asignado para un disyuntor situado a la cabeza de cables en vacío no es obligatoria y no se considera necesaria para tensiones £ a 24 kV. Valores normales del poder de corte asignado para un disyuntor situado a la cabeza de cables en vacío: b

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

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

Poder de corte asignado de las líneas en vacío (ver § 4 .107 CEI 60 056) La especificación de un poder de corte asignado para un disyuntor de maniobra situado a la cabeza de líneas en vacío está limitado a las líneas aéreas trifásicas y de tensión asignada ≥ 72 kV.

L

A

Poder de corte asignado de batería única de los condensadores (ver § 4 .109 CEI 60 056)

B Ic

G

C

U

La especificación del poder de corte de un disyuntor de maniobra situado aguas arriba de condensadores no es obligatoria. Debido a la presencia de armónicos, 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

Por definición

b

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

2 pu = U r ------3

El valor normal de la sobretensión obtenida es igual a 2,5 pu, es decir: 2 2,5 • Ur ------3

X1

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

La especificación del poder de corte de condensadores en escalones no es obligatoria.

U

b

C1

Schneider Electric

C2

C3

Si n es igual al número de escalones, la sobretensión equivale a: 2n ---------------- pe con 2n + 1

2 pu = U r ------3

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0

Poder de cierre asignado de las baterías de condensadores (ver § 4.111 CEI 60 056) El poder de cierre asignado de las baterías de condensadores es el valor de la cresta de la corriente que el disyuntor debe poder establecer a su tensión asignada. El valor del poder de cierre asignado del disyuntor debe ser superior al valor de la corriente de conexión de la batería de condensadores. En servicio, la frecuencia de la corriente de conexión está 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 fin de que las sobretensiones que aparecen no dañen el aislamiento de los receptores (transformadores, motores). b

U

Up Ud

Um Uc

t

La figura contigua representa las diferentes tensiones del lado de la carga

Uf Uc Um Uif Up Ud

valor instantáneo de la tensión de red tensión de la red en el momento del corte punto de extinción sobretensión con respecto a tierra sobretensión máxima con respecto a tierra amplitud máxima cresta a cresta de la sobretensión debida al recebado.

: : : : : :

Uf Uif

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 máquinas giratorias). b

Aislamiento

Ensayo a 50 (60) Hz valor eficaz

Ensayo de choque

Entre espiras (4 Ur + 5) kV 4,9 pu + 5 = 31 kV a 6,6 kV (50% en una muestra) tiempo de subida 0,5 µs Respecto a la tierra

(2 Ur + 5) kV 2Ur + 1 fi 2(2Ur + 1) fi 0 14 kV fi 28 kV fi 0

(4 Ur + 5) kV 4,9 pu + 5 = 31 kV a 6,6 kV tiempo de subida 1,2 µs

1 kV/s 0

t

1 mn

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 capí tulo sobre decalaje). Los materiales están diseñados para un funcionamiento normal en las siguientes condiciones:

Temperatura 0˚C

Instalación

Ambiente instantánea mí nima máxima valor máximo medio diario

Interior -5˚C +40˚C 35˚C

b

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Exterior -25˚C +40˚C 35˚C

Schneider Electric



0

b

Humedad

Valor medio de la humedad relativa para un período

Material de interior

24 horas 1 mes

95% 90%

Altitud La altitud no debe superar los 1.000 metros. b

Resistencia eléctrica La resistencia eléctrica exigida por la recomendación es de 3 cortes a Icc. Los disyuntores Merlin Gerin garantizan como mínimo 15 veces el corte Icc.

Resistencia mecánica La resistencia mecánica exigida por la recomendación es de 2.000 maniobras. Los disyuntores Merlin Gerin garantizan 10.000 maniobras.

Coordinación de los valores asignados (ver § CEI 60 056) Tensión asignada Ur (kV) 3,6

7,2

12

17,5

24

36

Schneider Electric

Poder de corte asignado en cortocircuito

Intensidad asignada en servicio continuo

Icc (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

Ir (A) 400 630

400 400

400 400

400

400

630 630 630

630 630 630

630 630 630

630 630 630

630 630 630

1.250 1.250 1.250

1.600 1.600

2.500 2.500

3.150

1.250 1.250 1.250 1.250

1.600 1.600 1.600

.2500 2.500

3.150

1.600 1.600 1600 1.600

2.500 2.500 2.500

3.150 3.150

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

2.500

3.150

1.600 1.600

2.500 2.500

3.150

1.250 1.250 1.250 1.250

1.600 1.600 1.600

2.500 2.500

3.150

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0

0

Transformador de intensidad

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

Atención:

No dejar nunca un TI en circuito abierto .

Informe de transformación (Kn) l pr N2 K n = -------- = ------Is r N1 Nota: los transformadores de intensidad deben cumplir con la norma CEI 185 pero también

pueden estar definidos por las normas BS 3938 y ANSI.

Está formado por uno o varios bobinados primarios alrededor de uno o varios bobinados secundarios, cada uno de los cuales tiene su propio circuito magnético, 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. b

Características del circuito primario según las normas CEI Frecuencia asignada (fr) Un TI definido a 50 Hz se puede instalar en una red de 60 Hz. Su precisión se conserva, pero no así a la inversa.

Tensión asignada del circuito primario (Upr) b

Caso general: Tensión asignada TI

≥

tensión asignada de la instalación

La tensión asignada establece el nivel de aislamiento del material (ver el capítulo "Introducción" de la guía). Generalmente, se elegirá la tensión asignada del TI a partir de la tensión de servicio U de la instalación, según la tabla: U

3,3 Upr

TI toroidal

5

5,5

6

6,6

10

11

13,8

15

20

22

30

33

7,2 kV

aislan te

12 kV

a ire

aislan te

17,5 kV

tapas ca ble o pasa

24 kV 36 kV

( pasatapas con o sin funda aislante )

Caso particular: El TI es un toroidal BT instalado en un pasatapas o en un cable. El aislamiento dieléctrico se realiza mediante el aislante del cable o del pasatapas y el aire situado entre ambos. El propio toroidal TI está también aislado. b

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Schneider Electric



0 0

Intensidad de servicio primaria (Ips) La intensidad de servicio pirmaria I (kA) de una instalación (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

: : : : :

Se obtiene: v celda de llegada

potencia aparente en kVA tensión 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

v

S I ps = ------------------3∑U

llegada del alternador

S I ps = ------------------3∑U v salida del transformador S I ps = ------------------3∑U v salida del motor P I ps = ---------------------------------------------------- 3 ∑ U ∑ cos j ∑ h h

:

rendimiento del motor

Si desconoce los valores exactos de j y de h, puede tomar como primera aproximación: cos j = 0,8; h = 0,8. Ejemplo: U na protección térmica del motor tiene una gama de ajuste comprendida entre 0,6 y 1,2 • I rT I . Para proteger correcta , el ajuste adecuado mente este motor debe corresponder con la corriente asignada del motor.

salida del condensador 1,3 es un coeficiente de decalaje del 30% para tener en cuenta los calentamientos debidos a los armónicos en los condensadores. 1, 3 ∑ Q I ps = --------------------3∑U v

acoplamiento La intensidad Ips del TI es el valor de la intensidad permanentemás elevada que puede circular en el acoplamiento. v

Supongamos un I r motor = 45 A, el ajuste adecuado es por lo tanto 45 A ; b

si se utiliza un TI 100/5, el relé no verá nunca los 45 A ya que: 100 • 0,6 = 60 > 45 A. v

si por el contrario se elige un TI 75/5, se obtendrá: v

0, 6 < 45 ----- < 1 , 2 75 por lo tanto el relé se puede ajustar . Este TI es adecuado.

Intensidad primaria asignada (Ipr) La intensidad asignada (Ipr) será siempre superior o igual a la intensidad de servicio (I) de la instalación. Valores normalizados: 10 -12,5 - 15 - 20 - 25 - 30 - 40 - 50 - 60 - 75 y sus múltiplos y submúltiplos. b

Para las medidas y las protecciones amperimétricas habituales, la intensidad primaria asignada no debe superar 1,5 veces la intensidad de servicio. En el caso de la protección, es preciso comprobar que la intensidad asignada elegida permite, en caso de fallo, alcanzar el umbral de ajuste del relé. b

Nota: los

transformadores de intensidad deben soportar permanentemente 1,2 veces la intensidad asignada y ello de conformidad con la norma. 0

0

Schneider Electric

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0


En el caso de una temperatura ambiente superior a 40˚C en el TI, la intensidad nominal del TI (Ipn) deberá ser superior a Ips multiplicado por el factor de decalaje correspondiente a la celda . Por regla general, el decalaje es del 1% de Ipn por grado cuando se superen los 40˚C (ver el capítulo "Decalaje" de la guía) .

Intensidad de cortocircuito térmica asignada (Ith) La intensidad de cortocircuito térmica asignada es por lo general el valor eficaz de la intensidad de cortocircuito máxima de la instalación, y la duración de ésta se suele tomar igual a 1 s.

Cada TI debe poder soportar térmica y dinámicamente la intensidad de cortocircuito establecida, que puede atravesar su primario hasta el corte efectivo del defecto. b

Ejemplo: b

S cc = 250 MVA

b

U = 15 kV

b

Si Scc es la potencia de cortocircuito de la red expresada en MVA, entonces: S cc I th = ------------------U∑ 3

3

3

S cc • 10 250 • 10 I t h 1 s = -------------------- = --------------------- = 9600A U• 3 15 • 3

Cuando el TI se instala en una celda protegida con fusibles, la Ith que debe tenerse en cuenta es igual a 80 Ir. b

Si 80 I r > Ith 1 s del aparato de seccionamiento, entonces la Ith 1 s del TI = I th 1 s del aparato . b

Coeficiente de sobreintensidad (Ksi) Conocer este coeficiente permite saber si un TI será más o menos fácil de fabricar. b

Es igual a: I th1s K si = -----------I pr

Cuanto menor sea K si, más sencillo será fabricar el TI . Un Ksi elevado conlleva un dimensionamiento excesivo de la sección de los bobinados primarios. El número de espiras primarias estará limitado, al igual que la fuerza electromagnética inducida; el TI será más difícil de fabricar. b

Orden de magnitud k si

Fabricación

Ksi < 100 100 < Ksi < 300

estándar a veces difícil para determinadas características secundarias difícil limitada a determinadas características secundarias a menudo imposible

100 < Ksi < 400 400 < Ksi < 500 Ksi > 500

Los circuitos secundarios de un TI deben estar adaptados a los problemas relativos a su utilización, tanto en cuanto a medida como a protección .

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Schneider Electric



0

Características del circuito secundario según las normas CEI Intensidad secundaria asignada (I sr) ¿5 ó 1 A ? Caso general: para una utilización local Isr = 5 A v para una utilización a distancia I sr = 1 A b v

b v

Caso particular: para una utilización local I sr = 1 A

Nota: el

empleo de 5 A para una utilización a distancia no está prohibido, pero conlleva un aumento de las dimensiones del transformador y de la sección de los hilos, (pérdidas de líneas: P = R I 2 ).

Clase de precisión (cl) Contaje: clase 0,5 Medida en la tabla: clase 1 b Protección amperimétrica: clase 10P, a veces 5P b Protección diferencial: clase X b Protección homopolar: clase 5P. b b

Potencia real que deberá proporcionar el TI en VA Es la suma del consumo de los hilos y de los consumos de todos los aparatos conectados al secundario del TI.

Ejemplo: b

Sección de los hilos:

b

Longitud de los hilos

2,5 mm2

Consumo de los hilos de cobre (pérdidas de línea de los hilos), sabiendo que: P = R.I2 y R = r.L/S: b

(ida/vuelta):

5,8 m (vA) =

Potencia consumida por los hilos:

k ∑

b

1 VA

k = 0,44 : k 0,0176: L : =

S

:

L--S

si Isr = 5 A si Isr = 1 A longitud en metros de los conductores de enlace (ida/vuelta) sección del hilo en mm2

Consumo de los aparatos de medida o de protección. Los consumos de los diferentes aparatos se indican en las fichas técnicas del fabricante. b

Potencia de precisión Tomar el valor normalizado inmediatamente superior a la potencia real que deberá proporcionar el TI. Los valores normalizados de la potencia de precisión son los siguientes: 2,5 - 5 - 10 - 15 - 30 VA. b

Factor de seguridad en medida (FS) La protección de los aparatos de medida en caso de fallo se define mediante el factor de seguridadFS. El valor de FS se elige en función de la resistencia a la intensidad de corta duración de los receptores: 5 - FS - 10.FS es la relación entre la intensidad límite primaria asignada (Ipl) y la intensidad primaria asignada(Ipr). b

FS

=

I pI I pr

--

Ipl es el valor de la intensidad primaria para el que el error de intensidad secundaria es = 10%. b

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Schneider Electric

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0

Un amperímetro está generalmente garantizado para soportar una intensidad de corta duración de 10 Ir, es decir, 50 A para un aparato de 5 A. Para asegurarse de que el aparato no se daña en caso de defecto en el primario, el transformador de corriente deberá saturarse antes de 10 Ir secundario. Un FS de 5 es adecuado. b

Conforme a la norma, los TI de Schneider Electric tienen un FS £ 10. No obstante, en función de las características del receptor, se puede solicitar un FS inferior. b

Factor límite de precisión en protección (FLP) En protección, existen dos limitaciones: tener un factor límite de precisión y una clase de precisión adaptados a la utilización. El FLP necesario para nuestro caso se determina como sigue: Protección con el máximo de I en tiempo constante. b El relé funcionará perfectamente si: Ire FLPrealTC > 2 • Isr Ire Isr

: :

umbral de ajuste del relé intensidad secundaria asignada del TC

Para un relé de dos umbrales de ajuste, se utiliza el umbral más elevado, v para una salida de transformador se obtendrá por lo general un umbral elevado instantáneo ajustado a 14 Ir como máximo, por lo que el FLP real necesario > 28 v para una salida de motor se obtendrá por lo general un umbral elevado instantáneo ajustado a 8 Ir como máximo, por lo que el FLP real necesario >16. b

Protección con el máximo de I en tiempo inverso b En cualquiera de los casos, consultar la ficha técnica del fabricante del relé. Para estas protecciones, el TI debe garantizar la precisión para toda la curva de disparo del relé hasta 10 veces la corriente de ajuste. FL Preal > 20 ∑ l re b v

Casos particulares: si la intensidad de cortocircuito máxima es superior o igual a 10 Ire: l re FL P real > 20 ∑ ------

I sr

Ire v

:

umbral de ajuste de relé

si la intensidad de cortocircuito máxima es inferior a 10 Ire: FLPreal > 2 •

Icc secundaria Isr

si la protección utiliza un umbral elevado instantáneo, (nunca cierto para salidas hacia otros cuadros ni para una llegada): v

I r2 I sr

FL P real > 2 ∑ ------

Ir2

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:

umbral de ajuste del módulo instantáneo elevado

Schneider Electric



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Protección diferencial Numerosos fabricantes de relés de protección diferencial recomiendan los TI de clase X. b

La clase X se solicita a menudo de la siguiente forma: VK £ a ∑ I f ( R cl + R b + R r )

El fabricante del relé proporciona la fórmula exacta. Valores característicos del TI Vk a Rct Rb Rr

: : : : :

If

:

Icc Kn

: :

tensión de codo o "Knee-point voltage" en voltios coeficiente que tiene en cuenta la asimetría resistencia máx. del bobinado secundario en ohmios resistencia del bucle (línea ida y vuelta) en ohmios resistencia de los relés no situada en la parte diferencial del circuito en ohmios valor de la intensidad de defecto máxima percibida por el TI en el circuito secundario para un fallo externo a la zona protegida I cc I f = ------Kn intensidad de cortocircuito primaria relación de transformación del TI

Valores para I f en la determinación del Vk b La intensidad de cortocircuito se elige en función de la aplicación: v diferencial de grupo v diferencial de motor v diferencial de transformador v diferencial de barras. b

v

Para una diferencial de grupo : si se conoce Icc: Icc de la corriente de cortocircuito del grupo solo I cc I f = ------Kn

relé v

TI

G

si se conoce el Ir de grupo : se toma por exceso 7 ∑ Irgrup I f = -------------------------Kn

TI v

si se conoce el Ir de grupo : se toma por exceso I f = 7 ∑ I s r( T CI ) I s r( TC I) = 1 o 5A

b v

Para una diferencial de motor: si se conoce la corriente de arranque: se toma I cc = I arranque I cc I f = ------Kn

relé

TI

M

TI

v

si se conoce el Ir de motor : se toma por exceso 7 ∑ Ir I f = --------------Kn

v

si se conoce el Ir de motor : se toma por exceso I f = 7 ∑ I s r( TI ) I s r( TI )

=

1 o 5A

Recuerde:

Ir

Schneider Electric

:

intensidad asignada

59



0

b

Para una diferencial de transformador

El Icc que debe tenerse en cuenta es el que atraviesa los TI para un defecto del lado del receptor. En todos los casos, el valor de la corriente de defecto If es inferior a 20 Isr(TI).

TI

relé

v

si no se conoce el valor exacto, se toma por exceso: I f = 20 Is r( T I)

TI

b

Para una diferencial de barras

v

la Icc que debe tenerse en cuenta es el Ith de la tabla I th I f = ------Kn

b

Para una diferencial de línea

La Icc que debe tenerse en cuenta es la I cc calculada en el otro extremo de la línea, y por lo tanto limitada por la impedancia del cable. Si no se conoce la impedancia del cable, se toma por exceso la I t de la tabla.

60

Schneider Electric


0

Se puede dejar un transformador de tensión en circuito abierto sin ningún riesgo pero no deberá nunca estar en cortocircuito.

Transformadores de tensión

El transformador de tensión está destinado a proporcionar al secundario una tensión secundaria proporcional a la que se aplica al primario. Nota :

la norma C EI 60 186 define las condiciones a las que responden los transformadores de tensión.

Está compuesto de un bobinado primario, de un circuito magnético, de uno o varios bobinados secundarios, todo ello cubierto por una resina aislante.

Características Factor de tensión asignado (KT) El factor de tensión asignado es el factor por el que se debe multiplicar la tensión primaria asignada para determinar la tensión máxima para la cual el transformador debe responder a las prescripciones de calentamiento y de precisión especificadas. Según las condiciones de puesta a tierra de la red, el transformador de tensión debe poder soportar esta tensión máxima durante el tiempo necesario para eliminar el defecto. Valores normales del factor de tensión asignado Factor de Duración Modo de conexión del bobinado primario tensión asignado asignada y condiciones de puesta a tierra de la red continua 1,2 continua entre fases de una red cualquiera entre el punto neutro de transformadores en estrella y la tierra en una red cualquiera 1,2 continua entre fase y tierra en una red de neutro efectivamente a tierra 1,5 30 s 1,2 continua entre fase y tierra en una red de neutro no efectivamente a tierra con eliminación 1,9 30 s automática del defecto a tierra 1,2 continua entre fase y tierra en una red de neutro aislada sin eliminación automática del defecto a tierra, 1,9 8h o bien en una red compensada por bobina de extinción sin eliminación automática del defecto a tierra Nota : se admiten duraciones asignadas reducidas mediante acuerdo entre el fabricante y el usuario.

Por lo general, los fabricantes de transformadores de tensión respetan para los TT fase/tierra 1,9 durante 8 h y para los TT fase/fase 1,2 continua.

Tensión primaria asignada (Upr) Según su diseño, los transformadores de tensión se conectan: b

v

v

Schneider Electric

bien entre fase y tierra 3000V 100V ----------------- / -------------3 3

U U p r = ------3

3000V

U pr = U

bien entre fase y fase /

100V

61



0

La tensión secundaria asignada (Usr) b

Para los TT fase/fase la tensión secundaria asignada es de 100 ó 110 V.

b

Para los transformadores monofásicos destinados a conectarse entre fase y tierra, la tensión secundaria asignada debe dividirse por 3. Ejemplo: 100V -----------3

Potencia de precisión Expresada en VA, es la potencia aparente que el transformador detensión puede suministrar al secundario cuando está enchufado con su tensión primaria asignada y conectado a su carga nominal. No debe generar errores que superen los valores garantizados por la clase de precisión (S = 3UI en trifásico). b

Los valores normalizados son los siguientes: 10 - 15 - 25 - 30 - 50 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 - 400 - 500 VA.

Clase de precisión Define los límites de error garantizados respecto a la relación de transformación y de la fase en las condiciones específicas de potencia y tensión. Medida según CEI 60 186 Las clases 0,5 y 1 responden a la mayoría de los casos , la clase 3 se utiliza raras veces. Aplicación

Clase de precisión

no se utiliza en la industria contaje preciso contaje normal contaje estático y/o medida medida que no requiera gran precisión

0,1 0,2 0.5 1 3

Protección según CEI 60 186 Las clases 3P y 6P existen, pero en la práctica sólo se utiliza la clase 3P . b

La clase de precisión está garantizada para los valores: de tensiones comprendidas entre el 5% de la tensión primaria y el valor máximo de esta tensión, que es el producto de la tensión primaria por el factor de tensión asignado (kTUpr) v para una carga en el secundario comprendida entre el 25% y el 100% de la potencia de precisión con un factor de potencia de 0,8 inductivo. v

Clase de precisión

Error de tensión en

3P 6P

entre el 5% de U pr y kT • Upr 3 6

±

%

entre el 2% y el 5% de Upr 6 12

Desfase en minutos entre el 5% de Upr y kT • U pr 120 24

entre el 2% y el 5% de Upr 240 480

U pr = tensión primaria asignada kT = factor de tensión desfase = ver la explicación a continuación

62

Schneider Electric


0


Relación de transformación (Kn) U pr N1 K n = ---------- = ------- para un TT U sr N2

Error en la relación de tensión Es el error que el transformador introduce en la medida de la tensión.

( K n U sr – U pr ) ∑ 100 error de tensión (%) = --------------------------------------------------------U pr

K n = relación de transformación

Error de fase o de desfase Es la diferencia de fase entre la tensión primaria Upr y secundaria Usr. Se expresa en minutos de ángulo.

Potencia térmica límite o potencia de calentamiento Es la potencia aparente que el transformador puede proporcionar en régimen continuo a su tensión secundaria asignada sin sobrepasar los límites de calentamiento establecidos por las normas.

Schneider Electric

63


0

Decalajes

Introducción Las diferentes normas o recomendaciones imponen los límites de validez para las características de los aparatos. Las condiciones normales de utilización se describen en el capítulo "Disyuntor de media tensión". Superados estos límites, es necesario reducir determinados valores, es decir, decalarlos. Deben preverse decalarlos: sobre el nivel de aislamiento, para altitudes superiores a 1.000 metros v sobre la intensidad asignada, cuando la temperatura ambiente supere 40˚C y para un grado de protección superior a IP3X , (ver el capítulo "Grados de protección"). Los distintos decalajes se pueden acumular si fuera necesario. b v

Nota : No existen normas que traten de forma específica el decalaje. No obstante, la tabla V § 442 de la CEI 60 694 trata los calentamientos y proporciona los valores límite de temperatura que no deben superarse en función del componente, el material y el dieléctrico.

Ejemplo de aplicación:

¿Se puede instalar un material de tensión asignada de 24 kV a 2.500 metros? La resistencia a la onda de choque solicitada es de 125 kV. La resistencia a la frecuencia industrial 50 Hz es de 50 kV. 1 mn. Para 2.500 m: k es igual a 0,85 v la resistencia a la onda de choque debe ser de 125/0,85 = 147,05 kV v la resistencia a la frecuencia industrial 50 Hz debe ser de 50/0,85 = 58,8 kV b v

b v v v

No, el material que debe instalarse es: tensión asignada = 36 kV resistencia a la onda de choque = 170 kV resistencia a 50 Hz = 70 kV

Nota: si no se desea suministrar material de 36 kV, es preciso disponer de los certificados de ensayo que demuestran que el material responde a la demanda.

Decalaje del nivel de aislamiento en función de la altitud Las normas contemplan un decalaje para todos los materiales instalados a una altitud superior a 1.000 metros. Por regla general, es necesario decalar un 1,25% U de cresta cada 100 metros por encima de 1.000 metros. Es aplicable a la resistencia a la tensión de los choques de sobretensión y a la resistencia a la tensión de frecuencia industrial 50 Hz - 1 mn. La altitud no tiene ninguna incidencia en la resistencia dieléctrica de los disyuntores en el SF6 o en vacío, ya que están protegidos con envolvente estanco. Esta desclasificación, por el contrario, debe tenerse en cuenta cuando el disyuntor está instalado en celdas. El aislamiento se realiza en tal caso en el aire. Merlin Gerin utiliza coeficientes de corrección: v para los disyuntores fuera de celda, utilizar la curva siguiente v para los disyuntores en celda, consultar la tabla de selección de la celda (el decalaje depende del diseño de ésta). b

Excepción para el mercado mejicano: el decalaje comienza desde cero metros (ver la curva punteada).

Coeficiente de corrección k

1 0.9 0.8 0.7 0.6 altitud en m

0.5 0

64

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

Schneider Electric


Decalajes

0

Decalaje de la intensidad asignada en función de la temperatura Por regla general, el decalaje es del 1% de Ir por grado que supere los 40˚C. La norma CEI 60 694 § 442 tabla 5 define un calentamiento máximo admisible para cada componente, material y dieléctrico con una temperatura ambiente de referencia de 40˚C. Este calentamiento depende de tres parámetros: la intensidad asignada v la temperatura ambiente v el tipo de celda y su IP (índice de protección). b v

El decalaje se realizará según las tablas de selección de las celdas, ya que los conductores exteriores a los disyuntores sirven de radiador de disipación de las calorías.

Schneider Electric

65

66

Schneider Electric

Unidades de medida

Nombres y símbolos de las unidades de medida SI 0

0

0

Unidades básicas Magnitud Unidades básicas longitud peso tiempo intensidad de la corriente eléctrica temperatura termodinámica 2 cantidad de materia intensidad luminosa Unidades adicionales ángulo (ángulo plano) ángulo sólido

Símbolo de la magnitud 1

Unidad

Símbolo de la unidad Dimensión

l, (L) m t I T n I, (Iv)

metro kilo segundo amperio kelvin mol candela

m kg s A K mol cd

L M T I q N J

a, b, g … W, (w)

radián estereorradián

rad sr

sin sin

Magnitudes y unidades corrientes Nombre

Símbolo

Dimensión

Unidad SI: nombre

Observaciones

(símbolo)

y otras unidades centímetro (cm): 1 cm = 10-2 m (ya no se debe utilizar la micra sino el micrómetro (µm)) area (a): 1 a = 102 m2 hectárea (ha): 1 ha = 104 m2 (medidas agrarias)

Magnitud: espacio y tiempo longitud l, (L)

L

metro (m)

superficie de área

A, (S)

L2

metro cuadrado (m2)

volumen ángulo plano

V a, b, g …

L3 sin

metro cúbico (m3) radián (rad)

ángulo sólido tiempo

W, (w) t

sin T

estereorradián (sr) segundo (s)

velocidad

v

L T-1

metro por segundo (m/s)

minuto (mn) hora (h) día (d) revolución por segundo (tr/s): 1 tr/s = 2p rad/s

aceleración

a

L T-2

metro por segundo cuadrado (m/s2)

aceleración debida a la gravedad: g = 9,80665 m/s2

velocidad angular aceleración angular Magnitud: masa masa

w a

T-1 T -2

radián por segundo (rad/s) radián por segundo cuadrado (rad/s2)

m

M

kilo (kg)

L-1 M L-2 M L-3 M L3 M-1 M L-3

masa lineal r1 masa por unidad de superficie rA' (rs) densidad r volumen másico v concentración rB densidad d Magnitud: fenómenos periódicos período T frecuencia f desfase j longitud de onda l

sin

kilo por metro (kg/m) kilo por metro cuadrado (kg/m2) kilo por metro cúbico (kg/m3) metro cúbico por kilo (m3 /kg) kilo por metro cúbico (kg/m3) sin

T T-1 sin L

segundo (s) hertzio (Hz) radián (rad) metro (m)

nivel de potencia

sin

decibelio (dB)

Lp 1

grado (gr): 1 gr = 2p rad/400 revolución (tr): 1 tr = 2p rad grado (˚): 1˚ = 2p rad/360 = 0,017 453 3 rad minuto ('): 1' = 2p rad/21 600 = 2,908 882 ∑ 10-4 rad segundo ("): 1" = 2p rad/1 296 000 = 4,848 137 ∑ 10-6 rad

gramo (g): 1 g = 10-3 kg tonelada (t): 1 t = 103 kg

concentración en peso del componente B (según NF X 02-208)

1 Hz = 1s-1, f = 1/T queda prohibido utilizar el angstrom (10-10) Se recomienda utilizar el submúltiplo del nanómetro (109 m) l = c/f = cT (c = celeridad de la luz)

el símbolo entre paréntesis también se puede utilizar temperatura Celsius t está vinculada a la temperatura termodinámica T por la relación: t = T - 273,15 K

2 la

Schneider Electric

67

Unidades


de medida

Nombre Magnitud: mecánica fuerza peso momento de una fuerza

Símbolo

Dimensión

Unidad SI: nombre (símbolo)

Observaciones y otras unidades 1 N = 1 m.kg/s2

F G, (P, W) M, T

L M T-2

newton

L2 M T-2

metro newton (N.m)

tensión superficial trabajo energía

g, s

M T-2 L2 M T-2 L2 M T-2

potencia esfuerzo presión

P s, t p

L2 M T-3 L-1 M T-2

viscosidad dinámica Viscosidad cinemática cantidad de movimiento

h, µ n

L-1 M T-1 L2 T-1 L M T-1

W E

p

Magnitudes: electricidad intensidad de la corriente I carga eléctrica Q potencial eléctrico V campo eléctrico E resistencia eléctrica R conductancia eléctrica G capacidad eléctrica C resistencia eléctrica L Magnitudes: electricidad, magnetismo inducción magnética B flujo de inducción magnética F imantación Hi, M campo magnético H fuerza magnetomotriz F, Fm resistividad r conductividad g permitividad e potencia activa P potencia aparente S potencia reactiva Q Magnitudes: térmica

temperatura termodinámica temperatura Celsius energía capacidad térmica entropía capacidad térmica de masa conductividad térmica cantidad de calor flujo térmico potencia térmica coeficiente de radiación térmica

68

N.m en lugar de m.N para evitar confusiones con el milinewton newton por metro (N/m) 1 N/m = 1 J/m2 julio (J) 1 J: 1 N.m = 1 W.s julio (J) vatio-hora (Wh): 1 Wh = 3,6 ∑ 103 J (utilizado en el campo del consumo de energía eléctrica) vatio (W) 1 W = 1 J/s pascal (Pa) 1 Pa = 1 N/m2 (para la presión en los fluidos se utiliza el bar (bar): 1 bar = 105 Pa) pascal-segundo (Pa.s) 1 P = 10-1 Pa.s (P = poise, unidad CGS) 2 metro cuadrado por segundo (m /s) 1 St = 10-4 m2 /s (St = stokes, unidad CGS) kilo-metro por segundo p = mv (kg.m/s)

I TI L2M T-3 I-1 L M T-3 I-1 L2 M T-3 I-2 L-2 M-1 T3 I2 L-2 M-1 T4 I2 L2 M T-2 I-2

amperio (A) culombio (C) voltio (V) voltio por metro (V/m) ohmio (W) siemens (S) faradio (F) henry (H)

M T -2 I-1 L2 M T-2 I-1 L-1 I L-1 I I L3 M T-3 I-2 L-3 M-1 T3 I2 L-3 M-1 T4 I2 L2 M T-3 L2 M T-3 L2 M T-3

tesla (T) weber (Wb) amperio por metro (A/m) amperio por metro (A/m) amperio (A) ohmio-metro (W.m) siemens por metro (S/m) faradio por metro (F/m) vatio (W) voltioamperio (VA) var (var)

1 T = 1 Wb/m2 1 Wb = 1 V.s

T

q

kelvin (K)

Kelvin en lugar de grado kelvin o ˚kelvin

t, q E C S c

q

grado Celsius (˚C) julio (J) julio por kelvin (J/K) julio por kelvin (J/K) vatio por kilo-kelvin (J/(kg.K)) vatio por metro-kelvin (W/(m.K)) julio (J) vatio (W) vatio (W) vatio por metro cuadrado-kelvin (W/(m2.K))

t = T - 273,15 K

l

Q F

P hr

L2 M T-2 L2 M T-2 q-1 L2 M T-2 q-1 L2 T-2 q-1 L M T-3 q-1 L2 M T-2 L2 M T-3 L2 M T-3 M T-3 q-1

1 C = 1 A.s 1 V = 1 W/A 1 W = 1 V/A 1 S = 1 A/V = 1W-1 1 F = 1 C/V 1 H = 1 Wb/A

1 µW.cm2 /cm = 10-8 W.m

1 W = 1 J/s 1 var = 1 W

1 W = 1 J/s

Schneider Electric

Unidades de medida


Correspondencia entre las unidades anglosajonas y las unidades del sistema internacional (SI) Magnitud aceleración

Unidad

Símbolo

Conversión

foot per second squared

ft/s2

1 ft/s2 = 0,304 8 m/s2

Btu/Ib capacidad térmica british thermal unit per cubit foot.degree Fahrenheit Btu/ft3.˚F british thermal unit per (pound.degree Fahrenheit) Btu/Ib˚F campo magnético oersted Oe conductividad térmica British thermal unit per square foot.hour.degree Fahrenheit Btu/ft2.h.˚F energía British thermal unit Btu energía (par) pound force-foot Ibf/ft pound force-inch Ibf.in flujo térmico British thermal unit per square foot.hour Btu/ft2.h British thermal unit per second Btu/s fuerza pound-force Ibf longitud foot (pie) ft, ' in, " inch (pulgada) (1) mile (UK) mile milla marina, mil (2) yard yd oz masa once (onza) pound (libra) Ib masa lineal pound per foot Ib/ft pound per inch Ib/in Ib/ft2 peso por unidad de superf. pound per square foot pound per square inch Ib/in2 densidad pound per cubic foot Ib/ft3 pound per cubic inch Ib/in3 Ib.ft2 tiempo de inercia pound square foot presión foot of water ft H2O inch of water in H2O presión - esfuerzo pound force per square foot Ibf/ft2 pound force per square inch (3) Ibf/in2 (psi) Btu/h potencia calorífica british thermal unit per hour superficie square foot sq.ft, ft2 square inch sq.in, in2 (4) temperatura degree Fahrenheit ˚F (5) degree Rankine ˚R viscosidad pound force-second per square foot Ibf.s/ft2 Ib/ft.s pound per foot-second volumen cubic foot cu.ft cubic inch cu.in, in3 fluid ounce (UK) fl oz (UK) fluid ounce (US) fl oz (US) gallon (UK) gal (UK) gal (US) gallon (US) capacidad calorífica

british thermal unit per pound

1 Btu/Ib = 2,326 1

Btu/ft3.˚F

∑

103 J/kg

= 67,066 1

1 Btu/Ib.˚F = 4,186 8

∑

∑

103 J/m3.˚C

103 J(Kg.˚C)

1 Oe = 79,577 47 A/m 1 Btu/ft2.h.˚F = 5,678 26 W/(m2.˚C) 1 Btu = 1,055 056 ∑ 103 J 1 Ibf.ft = 1,355 818 J 1 Ibf.in = 0,112 985 J 1 Btu/ft2.h = 3,154 6 W/m2 1 Btu/s = 1,055 06 ∑ 103 W 1 Ibf = 4,448 222 N 1 ft = 0,304 8 m 1 in = 25,4 mm 1 mile = 1,609 344 km 1 852 m 1 yd = 0,914 4 m 1 oz = 28,349 5 g (6) 1 Ib = 0,453 592 37 kg 1 Ib/ft = 1,488 16 kg/m 1 Ib/in = 17,858 kg/m 1 Ib/ft2 = 4,882 43 kg/m2 1 Ib/in2 = 703,069 6 kg/m2 1 Ib/ft3 = 16,018 46 kg/m3 1 Ib/in3 = 27,679 9 ∑ 103 kg/m3 1 Ib.ft2 = 42,140 g.m2 1 ft H2O = 2,989 07 ∑ 103 Pa 1 in H2O = 2,490 89 ∑ 102 Pa 1 Ibf/ft2 = 47,880 26 Pa 1 Ibf/in2 = 6,894 76 ∑ 103 Pa 1 Btu/h = 0,293 071 W 1 sq.ft = 9,290 3 ∑ 10-2 m2 1 sq.in = 6,451 6 ∑ 10-4 m2 TK = 5/9 (q ˚F + 459,67) TK = 5/9 q ˚R 1 Ibf.s/ft2 = 47,880 26 Pa.s 1 Ib/ft.s = 1,488 164 Pa.s 1 cu.ft = 1 ft3 = 28,316 dm3 1 in3 = 1,638 71 ∑ 10-5 m3 fl oz (UK) = 28,413 0 cm3 fl oz (US) = 29,573 5 cm3 1 gaz (UK) = 4,546 09 dm3 1 gaz (US) = 3,785 41 dm3

(1) 12

in = 1 ft yd = 36 in = 3 ft (3) Ou p.s.i. : pound force per square inch (4) T = temperatura kelvin con q˚C = 5/9 (q˚F - 32) K (5) ˚R = 5/9 ˚K (6) Excluido el peso de metales preciosos (plata u oro, por ejemplo) donde se utiliza la onza de boticario (1 oz ap = 3,110 35 10 (2) 1

Schneider Electric

-2

kg)

69

70

Schneider Electric

Normas

0

Normas citadas

¿Dónde se pueden solicitar las publicaciones de la CEI? Oficina Central de la Comisión Electrotécnica Internacional 1, rue de Varembé Genève - Suiza.

El Servicio de documentación de Merlin Gerin le proporcionará información sobre las normas.

b

Terminología Electrotécnica Internacional

CEI 60 050

Disyuntores de corriente alterna de alta tensión

CEI 60 056

b

Transformadores de corriente

CEI 60 185

b


CEI 60 186

b

Seccionadores de corriente alterna y seccionadores de tierra b

b

Interruptores de alta tensión

CEI 60 129

CEI 60 265

Aparellaje bajo envolvente metálica para corriente alterna de tensiones asignadas superiores a 1 kV e inferiores o iguales a 72,5 kV

CEI 60 298

Combinados interruptores-fusibles y combinados disyuntores-fusibles de corriente alterna de alta tensión

CEI 60 420

Contactores de corriente alterna de alta tensión

CEI 60 470

Especificaciones comunes a las normas del aparellaje de alta tensión

CEI 60 694

Reglas de cálculo en las instalaciones industriales

CEI 60 909

b

b

b

b

b

b

Schneider Electric

Decalajes

ANSI C37 04

71

Normas

0

Comparación CEI - ANSI

Síntesis de las principales diferencias La comparación siguiente se basa en las diferentes características de los disyuntores.

Tema

ANSI

CEI

poder de corte asimétrico por defectos en las bornas nivel de aislamiento: onda de choque

50% 30% con decalaje sin decalaje de intensidad impone ondas cortadas para el material de exteriores 115% Uw /3 s 129% Uw /2 s valor de cresta de la corriente 2,7 Icc 2,5•Icc en 50 Hz de corta duración 2,6•Icc en 60 Hz admisible 2,7•Icc caso particular Tensión transitoria aprox. 2 veces de Restablecimiento (1) más severa resistencia eléctrica 4 veces K.S.Icc 3 veces Icc resistencia mecánica 1.500 a 10.000 2.000 según Ua y Icc sobretensiones de motores sin texto circuito de ensayos tipo (1)

la tensión de cresta ANSI es superior en un 10% a la tensión definida por la CEI. La pendiente E 2 /t 2 es más fuerte en un 50% que la pendiente U c /t 3. Por el contrario, la parte más importante de la curva es la parte inicial, donde se reconstruye el SF6. Las dos normas permiten fácilmente al SF6 reconstruirse.

Tensiones asignadas Según CEI b

Valores normalizados para Ur (kV): 3,6 - 7,2 - 12 - 17,5 - 24 - 36 kV

Según ANSI La norma ANSI define una clase y un factor de tensión "voltage range factor K" que determina un rango de tensiones asignadas a potencia constante. b

Valores normalizados para U r (kV) Material de interior

Material de exterior

clase (kV) 4,16 7,2 13,8 38 15,5 25 38

Umáx. (kV) 4,76 8,25 15 38

Umín. (kV) 3,85 6,6 11,5 23

K 1,24 1,25 1,3 1,65 1 1 1

Nivel de aislamiento asignado Según CEI

Ucresta (%)

Tensión asignada (kV)

100 90 50 1,2 s t (s)

10 50 s Onda normalizada 1,2/50

72

s

7,2 12 17,5 24 36

Resistencia a la onda de choque (kV)

frecuencia industrial (kV)

60 75 95 125 170

20 28 38 50 70

Schneider Electric


Normas

0

Ucresta (%)

Según ANSI

100 90 70

Tensión asignada (kV)

50 10

t (µs) tc

Onda cortada según ANSI para el material de exterior

Material de interior 4,16 7,2 13,8 38 Material de exterior 15,5 25,8 38

Resistencia a la onda de choque (kV)

frecuencia industrial (kV)

60 95 95 150

19 36 36 80

110 125 150 150 200

50 60 80

Nota:

BIL: Basic Insulation Level El material de exterior se ensaya con ondas cortadas. b

La resistencia a la onda de choque es igual a: 1,29 BIL para una duración tc = 2 ms 1,15 BIL para una duración tc = 3 ms b

Intensidad asignada en continuo Según CEI b

Valores de las intensidades asignadas: 400 - 630 - 1250 - 1600 - 2500 - 3150 A

Según ANSI b

Valores de las intensidades asignadas: 1200 - 2000 - 3000 A

Intensidad de corta duración admisible Según CEI Valores del poder de corte asignado en cortocircuito: 6,3 - 8 - 10 - 12,5 - 16 - 20 - 25 - 31,5 - 40 - 50 - 63 kA b

Según ANSI Valores del poder de corte asignado en cortocircuito: v material de interior: 12,5 - 20 - 25 - 31,5 - 40 kA v material de exterior: b

Clase (MVA) 250 350 500 750 1000 1500 2750

Schneider Electric

Poder de corte (kA) I a Umáx. 29 41 18 28 37 21 40

KI a U2 36 49 23 36 46 35 40

73

Normas


0

Valor de cresta de la corriente admisible y poder de cierre Según la CEI El valor de cresta de la corriente de corta duración admisible es igual a: 2,5•Icc en 50 Hz v 2,6•Icc en 60 Hz v 2,7•Icc caso particular. b v

Según ANSI El valor de cresta de la corriente de corta duración admisible es igual a: v 2,7•K•Icc en valor de cresta v 1,6•K•Icc en valor eficaz. (K: factor de tensión) b

Duración de cortocircuito asignada Según la CEI b

La duración del cortocircuito asignada es igual a 1 ó 3 segundos.

Según ANSI b

La duración del cortocircuito asignada es igual a 3 segundos.

Tensión asignada de alimentación de los dispositivos de cierre y apertura y de los circuitos auxiliares Según la CEI Valores de tensión de alimentación de los circuitos auxiliares: v en corriente continua (cc): 24 - 48 - 60 - 110 ou 125 - 220 ó 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 bobinas de cierre: -15% a +10% de U r en cc y ca v bobinas de apertura: -15% a +10% de U r en ca; -30% a +10% de U r en cc b

v

bobinas de apertura de mínima tensión la bobina da la orden de apertura y prohibe el cierre 0%

35%

la bobina no debe accionarse 70%

U 100%

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

Según ANSI Valores de la tensión de alimentación de los circuitos auxiliares: v en corriente continua (cc): 24 - 48 - 125 - 250 voltios v en corriente alterna (ca): 120 - 240 voltios b

74

Schneider Electric

Normas


0

Las tensiones de funcionamiento deben encontrarse en los rangos siguientes: b

Tensión

Rango de tensiones (V)

Motor y bobinas de cierre 48 Vcc 125 Vcc 250 Vcc 120 Vca 240 Vca Bobinas de apertura 24 Vcc 48 Vcc 125 Vcc 250 Vcc 120 Vca 240 Vca

36 a 56 90 a 140 180 a 280 104 a 127 208 a 254 14 a 28 28 a 56 70 a 140 140 a 220 104 a 127 208 a 254

Frecuencia asignada Según la CEI b

Frecuencia asignada: 50 Hz.

Según ANSI b

Frecuencia asignada: 60 Hz.

Poder de corte en cortocircuito a la secuencia de maniobra asignada La ANSI especifica un 50% de asimetría y la CEI 30%. En el 95% de las aplicaciones, el 30% es suficiente. Cuando un 30% es demasiado bajo, se trata de casos específicos (proximidad de los generadores) para los que la asimetría puede ser superior al 50%. b Para los dos sistemas de normas, el diseñador debe comprobar el poder de corte del disyuntor. La diferencia no es importante, ya que sin tener en cuenta el factor de asimetría "S", es igual al 10% b

ANSI : Iasim = Isim CEI : Iasim = Isim

2

( 1 + 2A ) = 1,22 Isim (A = 50%) 2

( 1 + 2A ) = 1,08 Isim (A = 30%)

Según la CEI Los ensayos de corte en cortocircuito deben responder a las 5 secuencias de ensayo siguientes: Secuencia n˚ % Isim % componente aperiódica b

1 2 3 4 5*

10 20 60 100 100

20 £ 20 £ 20 £ 20 30 £

* para disyuntores que se abran en menos de 80 ms

Schneider Electric

75

Normas


0

Según ANSI El disyuntor debe poder cortar: v la corriente de cortocircuito (rated short circuit current) a la tensión máxima de servicio (rated maxi voltage) v K veces la corriente de cortocircuito (maxi symetrical interrupting capability con K: voltage range factor) a la tensión de servicio (tensión máx./K) v entre las dos corrientes obtenidas por la relación: b

corriente simétrica máxima corriente de cortocircuito

tensión máxima de servicio =

tensión de servicio

=

K

Se obtiene por lo tanto una potencia de corte constante (en MVA) en un rango de tensión determinado. Además, la corriente asimétrica está en función de la tabla siguiente tomando S = 1,1 para los disyuntores Merlin Gerin.

relación S

1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1

Asymmetrical interrupting capability = S x symetrical interrupting capability. Both at specified operating voltage

Symetrical interrupting capability at specified operating voltage = 1.0

0 0 b

0.5 1 0.006 0.017

b

% de asimetría = 50%

b

I asim = 1,1 . 40 = 44 kA

b

44 I sim = ----------------44 ------------------- = ---------- = 36 kA 1 ,22 2 1 + 2 ( 50 % )

La secuencia 6 se comprobará 36 kA + 50% de asimetría, es decir, 44 kA de corriente total.

3 0.050

4 0.067

ciclos segundos

Valor de poder de corte asignado en cortocircuito (kA)

Secuencia n˚ Ejemplo: b I cc = 40 kA

2 0.033

1 2 3 4 5 6 7 8 9/10 11 12 13/14

corriente cortada % componente aperiódica 10 50 - 100 30 < 20 60 50 - 100 100 < 20 KI a V/K < 20 SI a V 50 - 100 KSI a V/K 50 - 100 resistencia eléctrica ciclo de nuevo cierre en ASI y AKSI C - 2 s - O a KI duración asignada de Icc = KI durant 3 s ensayos monofásicos en KI y a KSI (0,58 V)

Los eensayos de corte en cortocircuito deben responder a las 14 secuencias de ensayo siguientes, con: poder de corte simétrico a la tensión máxima I : R : coeficiente para ciclo de reenganche (Reclosing factor)

K

:

factor de tensión: K

S

:

factor de asimetrí a:

máx. = --------------

V mí n.

I asim = 1 ,1 I sim ----------------

para los disyuntores Merlin Gerin

V

76

:

tensión máxima asignada

Schneider Electric


Normas

0

Coordinación de los valores asignados Según la CEI Tensión asignada

Poder de corte asignado en cortocircuito


Ur (kV)

Icc (kA)

Ir (A)

10 16

400

3,6

7,2

630

25 40 8

400

12,5

400

1.250 1.250

16 25 40 12

8

400

12,5

400

16 25 40 50 8

17,5

400

12,5 16

630

1.250

630 630

1.250 1.250 1.250

2.500 2.500

3.150

1.600 1.600 1.600

2.500 2.500

3.150

1.250

630 630

1.250 1.250

1.600 1.600

2.500

1.600 1.600

2.500 2.500

3.150 3.150

630

1.250 1.250 1.250

630 630

1.250 1.250 1.600

2.500

3.150

1.250

1.600

2.500

1.250

1.600

2.500

1.250

40 8 12,5

400

16

630 630

1.250 1.250 1.250

630

1.250

25 36

1.600 1.600

630

25 24

1.250

40 8 12,5

630 630

1.250

16

630

1.250

1.600

25

1.250

1.600

2.500

40

1.250

1.600

2.500

3.150

3.150

Según ANSI Tensión máxima asignada

Poder de corte asignado en cortocircuito a Umáx.

Tensión mínima asignada

Poder de corte asignado en cortocircuito a Umín.


Umáx. (kV)

Icc (kA)

(kV)

Icc (kA)

Ir (A)

18 29

3,5 3,85

24 36

1.200 1.200

41

4

49

1.200

8,25

7 17

2,3 4,6

25 30

33

6,6

15

9,3

6,6

9,8

4

37

1.200

18 19

11,5 6,6

23 43

1.200 1.200

2.000 2.000

28

11,5

36

1.200

2.000

37 8,9

11,5 5,8

48 24

18 35

12 12

23 45

56 5,4

12 12

73 12

4,76

15,5

25,8 38

Schneider Electric

600

2.000 3.000

1.200 1.200

2.000

41

1.200

2.000

21

1.200

1.200

3.000

600 1.200 1.200 2.000

3.000

4.000

600

11

12

24

1.200

22 36

23 24

36 57

1.200 1.200

3.000

77

Normas


0

Decalajes Según la CEI b

Consultar el capítulo "Definición de aparellaje/Decalajes"

Según ANSI La norma ANSI C37 04 contempla para temperaturas superiores a 1.000 metros: b

un factor de corrección para la tensión aplicable al nivel del aislamiento asignado y a la tensión máxima asignada, v un factor de corrección para la intensidad asignada en servicio continuo. Tabla de los factores de corrección en función de la altitud (FCA: factores corrección altitud). v

Altitud (ft) 3.300 5.000 10.000

(m)

FCA para: tensión

corriente continua

1.000 1.500 3.000

1,00 0,95 0,8

1,00 0,99 0,96

Nota: para

los disyuntores de tipo "sistema sellado", no es necesario aplicar la tensión FCA a la tensión máxima asignada

Resistencia eléctrica Los disyuntores Merlin Gerin garantizan como mínimo 15 veces la Icc. Las normas CEI y ANSI establecen valores demasiado débiles, ya que tienen en cuenta disyuntores de corte en aceite. Estos valores no son importantes y es preciso, en el caso de que así se solicite, proporcionar los correspondientes al aparato considerado.

Según la CEI b

La resistencia eléctrica es igual a 3 veces Icc.

Según ANSI b

La resistencia eléctrica es igual a 4 veces K.S.Icc.

Icc S K

: : :

poder de corte simétrico a la tensión máxima factor de asimetría factor de tensión

Resistencia mecánica Según la CEI b

La resistencia mecánica es de 2.000 ciclos de maniobras.

Según ANSI La resistencia mecánica está comprendida entre 1.500 y 10.000 ciclos de maniobras en función de la tensión y del poder de corte. b

Construcción Según la CEI La CEI no impone límites particulares, no obstante, el fabricante tiene la responsabilidad de determinar los materiales necesarios (grosor, etc.) para responder a criterios de rigidez. b

Según ANSI b

78

La ANSI contempla un grosor de 3 mm para las chapas.

Schneider Electric

Normas

Los materiales están diseñados para un funcionamiento normal en las siguientes condiciones


0

Condiciones normales de funcionamiento Temperatura Normas Según la CEI

Según ANSI

0˚C ambiente instantáneo

Instalación interior exterior

mínimo máximo valor máximo media diaria mínimo máximo

- 5˚C + 40˚C 35˚C

- 25˚C + 40˚C 35˚C

- 30˚C + 40˚C

Nota:

Para todos los materiales que funcionen en condiciones distintas a las indicadas, debe preverse un decalaje (ver el capítulo Decalajes).

Altitud Según la CEI La altitud no debe superar 1.000 metros, de lo contrario será preciso un decalaje. b

Según ANSI La altitud no debe superar 1.000 metros, de lo contrario será preciso un decalaje. b

Humedad Según CEI Valor medio de la humedad relativa para un período 24 horas 1 mes

Material de interior 95% 90%

Según ANSI b

Schneider Electric

Sin limitaciones específicas.

79

80

Schneider Electric

Índice

0

índice alfabético

Denominaciones

A

Aceleración Aceleración angular Aire Altitud Ángulo Ángulo plano Ángulo sólido Arcos en fallo

págs.

67-69 67 67 53-79 67 67 67 16

B

Batería 51-52 Blindado 10 Bloque 10 British thermal unit 69 British thermal unit per (pound.degree fahrenheit) 69 British thermal unit per cubic foot.degree fahrenheit 69 British thermal unit per hour 69 British thermal unit per pound 69 British thermal unit per second 69 British thermal unit per square foot.hour 69 British thermal unit per square foot.hour deg. fahr. 69 C

Cables Cálculo de intensidades Cálculo de juegos de barras Cálculo de un esfuerzo Cálculo en trifásico Calentamiento Campo Campo magnético Cantidad Capacidad Capacidad calorífica Capacidad térmica Carga Celdas Celsius Choques de sobretensión Cierre Cierre automático Cierre-apertura Clase de precisión Código IK Código IP Coeficiente de radiación Coeficiente de sobreintensidad Comparativo Compartimentado Compensadores síncronos Componente aperiódico Componente periódico Concentración Condensación Condensadores Condiciones Conductancia Conductividad Conductividad térmica Construcción Contactor desenchufable Contactor fijo Contaminación Coordinación Corrientes débiles inductivas Cortocircuito asignado Cresta Cubic foot Cubic inch

Schneider Electric

15-51 15 21 27 17 22-23 68 69 68 68 69 69 68 10 68 39 52 48 47 57-62 43 41 68 56 72 10 16 48 48 67 38 51-52 52 68 68 69 78 9 9 38-40 53-77 52 46-74 50 69 69

D

Decalajes Densidad Desfase Diferencial(es) Diferencial de transformador Discordancia Disposición Distancias Distancias mínimas Disyuntor Disyuntor desenchufable Disyuntor fijo E

Efectos mecánicos Efectos térmicos Ejemplo de cálculo en trifásico Endurancia Endurancia eléctrica Endurancia mecánica Energía Energía (par) Ensayo de choque Entornos Entre fase Entre fase y tierra Entropía Envolvente metálica Equipos Error de fase Error sobre el informe Escalones Esfuerzo Esfuerzo admisible Esfuerzo resultante Esfuerzos Esfuerzos entre conductores Esquema equivalente F

Factor Factor de seguridad Factor límite de precisión Fenómenos periódicos Fluid ounce (UK) Fluid ounce (US) Flujo Flujo térmico Foot (pied) Foot of water Foot per second squared Force Forma de piezas Frecuencia Frecuencia asignada G

Gallon (UK) Gallon (US) Generadores síncronos Grado de protección Grado Fahrenheit Grado Rankine H

Humedad I

Imantación Impedancia equivalente Inch (pouce) Inch of water Inducción Inductancia

64-65-78 67-69 63-67 59-60 60 50 29 38-39 39 45-48 9 9 21 21 17 53-78 53-78 53-78 68-69 69 39 40 39-63 39 68 9 9 63 63 51 68 28 28 27 27 19 49-61 57 58 67 69 69 68 69 69 69 69 68-69 38-39 9-29-37-47-54-67 75 69 69 14-15 41-43 69 69 38-53-79 68 16 69 69 68 68 81

Guia diseño MT

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