Unidad 3 Calculo de Corto Circuito f

ECNOLOGICO SUPERIOR DE LA SIERRA NORT

UNIDAD TRES 3.1

Introducción

a

los

dispositivos

de protección.

3.1.1 Dispositivos de protección.

3.1.2Comparación entre

usi!les

e interruptores termo"ma#n$ticos.

3.2 C%lculo de la corriente de cortocircuito en !a&a tensión en los puntos cr'ticos de la instalación.

3.2.1 Selección de su capacidad interruptiva.

dispositivos

3.2.2Coordinación de protecciones.

de protección de en !ase a

3.1 Introducción

a

los

dispositivos

de protección.

Los Sistemas de Protección se utilizan en los sistemas eléctricos de  potencia para evitar la destrucción de equipos o instalaciones por causa de una falla que podría iniciarse de manera simple y después extenderse sin control en forma encadenada. Los sistemas de protección deen aislar la  parte donde se !a producido la falla uscando perturar lo menos posile la red" limitar el da#o al equipo fallado" minimizar la posiilidad de un incendio" minimizar el peli$ro para las personas" minimizar el ries$o de da#os de equipos eléctricos adyacentes. La función principal de un sistema de protección es fundamentalmente la de causar la pronta remoción del servicio cuando al$%n elemento del sistema de potencia sufre un cortocircuito" o cuando opera de manera anormal. &xiste adem's una función secundaria la cual consiste en proveer  indicación de la localización y tipo de falla. ()etivos de las protecciones Los o)etivos $enerales de un sistema de protección se resumen así* + Prote$er efectivamente a las personas y los equipos. + ,educir la influencia de las fallas sore las líneas y los equipos. + -urir de manera ininterrumpida el Sistema de Potencia SP/" estaleciendo vi$ilancia el 100 del tiempo. + 2etectar condiciones de falla monitoreando continuamente las variales del SP &lementos de un equipo de protección n equipo de protección no es solamente la protección o relé" propiamente dic!o" sino que incluye a todos aquellos componentes que permiten detectar" analizar y despe)ar la falla. Los principales elementos que componen un equipo de protección son* + 4atería de alimentación. + 5ransformadores de medida para protección. + ,elé de protección. + Interruptor autom'tico. 5ransformadores de medida para protección Los datos de entrada a la protección" o relé" deen refle)ar el estado en que se encuentra el S&P. 6unque existen excepciones" los datos que se utilizan !aitualmente son los correspondientes a las ma$nitudes de tensión e intensidad. Ló$icamente" deido a su elevado valor "   las tensiones e intensidades existentes en la red no pueden ser utilizadas directamente como se#ales de entrada al relé" por lo que deen emplearse elementos que las reduzcan a un nivel adecuado. &stos elementos son los transformadores de medida para protección. Los transformadores de medida reproducen a escala  reducida en su secundario la ma$nitud de elevado valor que alimenta su primario. Para que la información lle$ue correctamente a la  protección es necesario que" adem's" las conexiones secundarias se realicen respetando los sentidos marcados por los terminales correspondientes de primario y secundario" m'xime si se tiene en cuenta que al$unos tipos de protecciones son sensiles a la polaridad de la se#al que les lle$a. &l dato proporcionado por los transformadores de medida est' afectado por un determinado error. La clase de precisión es un dato característico de cada transformador de medida que !ace referencia al m'ximo error que puede incorporar la información proporcionada por el transformador cuando funciona dentro de las condiciones para las que se dise#a. -uanto menor sea el valor de la clase de  precisión" menor ser' el error m'ximo y mayor ser' la exactitud de los datos otenidos mediante el transformador. Los transformadores de medida convencionales proporcionan información fiale cuando traa)an en el ran$o de valores correspondientes a la operación normal del sistema. Sin emar$o" es en

condiciones de falla cuando es m's necesario que las protecciones recian datos fiales. Por esta razón" los datos de la red deen ser suministrados a las protecciones mediante transformadores de medida para protección" que son proyectados y construidos para $arantizar precisión en las condiciones extremas que se producen cuando ocurre una falla. &n función de la ma$nitud que transforman" los transformadores de medida para protección pueden ser* + 5ransformadores de tensión. + 5ransformadores de intensidad. Los transformadores de tensión tienen el mismo principio de funcionamiento que los transformadores de potencia. 7aitualmente" su tensión nominal secundaria es de 110 8 en los  países europeos y de 190 8 en 6mérica. Pueden ser del tipo fase:fase" utilizados solamente para tensiones inferiores a ;9.< =8" o del tipo fase: tierra. &n los sistemas de transmisión es muy com%n la utilización de transformadores de tensión capacitivos que" 'sicamente" consisten en un divisor  capacitivo que sirve para reducir la tensión aplicada al primario de un transformador de tensión inductivo convencional. &n función de la tensión que se quiera medir" los transformadores de tensión pueden ser conectados se$%n diversos esquemas de conexión. Los transformadores de intensidad se conectan en serie con el conductor por el que circula la corriente que quiere ser medida. Su intensidad nominal secundaria es usualmente de < 6" aunque tamién suele ser utilizada la de 1 6. &l mayor peli$ro para su precisión es que las $randes corrientes que se producen como consecuencia de una falla provoquen su entrada en saturación. &s muy !aitual que los transformadores de intensidad dispon$an de varios secundarios con diferentes características" ya que cada secundario tiene su propio n%cleo y es independiente de los otros. n transformador de intensidad que dispon$a" por e)emplo" de dos secundarios es normal que ten$a uno destinado a medida y otro a protección. &n función de la intensidad que se quiera medir" los transformadores de intensidad se conectan se$%n diversos esquemas de conexión.

3.1.1 2ispositivos de protección. Parte importante de una instalación eléctrica en una vivienda son los dispositivos de protección como los interruptores termoma$nético o fusiles/ y los interruptores diferenciales interruptor de circuito por falla a tierra/" cuya función es la protección de personas" materiales y equipos. &l interruptor termoma$nético prote$e a la instalación contra sorecar$as y cortocircuitos> en tanto" los interruptores diferenciales contra las corrientes de fu$a a tierra. Interruptor termoma$nético Son dispositivos de protección del tipo térmico y ma$nético" es decir" prote$en al sistema contra sorecar$a y cortocircuito" respectivamente. Las funciones principales de estos interruptores son* conexión" protección" seccionamiento y control. Interruptor diferencial 2ispositivo eléctrico que tiene como función es desconectar la instalación eléctrica de forma r'pida cuando exista una fu$a a tierra" con lo que la instalación se desconectar' antes que al$uien toque el aparato averiado. &n el caso que una persona toque una parte activa" el interruptor diferencial desconectar' la instalación en un tiempo lo suficientemente corto como para no provocar da#os $raves a la persona.

&n el mismo interruptor diferencial oservar' que !a y un pulsador de pruea" que simula un defecto en la instalación y" por lo tanto" al ser pulsado" la instalación deer' desconectarse. &s recomendale proar el pulsador periódicamente para cerciorarse de que funciona correctamente. La instalación del interruptor diferencial no sustituye al$una de las otras medidas que se deen tomar para evitar contactos directos o indirectos. &l interruptor termoma$nético prote$e al conductor de la instalación de sorecar$a y cortocircuito. &l interruptor diferencial prote$e a las personas de posiles electrocuciones y prote$e a la instalación de da#os causados por fu$as de corriente.

3.1.9-omparación

entre

fusiles

e interruptores termo:ma$néticos.

 ?usiles. &n electricidad" se denomina fusile a un dispositivo" constituido por un soporte adecuado" un filamento o l'mina de un metal o aleación de a)o punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda" cuando la intensidad de corriente supere" por  un cortocircuito o un exceso de car$a" un determinado valor que pudiera !acer peli$rar la inte$ridad de los conductores de la instalación con el consi$uiente ries$o de incendio o destrucción de otros elementos. Las tensiones de traa)o van desde unos pocos voltios !asta 139 =8> las corrientes nominales" desde unos pocos m6 !asta @ =6 y las capacidades de ruptura alcanzan en al$unos casos los 900 =6. Criterio para selección de los usi!les 1. 5ensión y nivel de aislamiento 9. 5ipo de sistema 3. A'ximo nivel de cortocircuito B. -orriente de car$a

Interruptor termoma$nético. &s un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sorepasa ciertos valores m'ximos. Su funcionamiento se asa en dos de los efectos * el ma$nético y el térmico. &l dispositivo consta" por tanto" de dos partes" un electroim'n y una l'mina imet'lica" conectadas en serie y por las que circula la corriente que va !acia la car$a.

Comparación Podemos darnos cuenta que los fusiles como los interruptores termoma$nético traa)an para un mismo propósito. &l fusile es un dispositivo simple y el mas anti$uo" esta dise#ado para la protección de las car$as  por sus filamentos. Por otra parte un interruptor termoma$nético es m's comple)o pero el o)etivo es el mismo" su sistema es mas desarrollad.

3.2 Cálculo de la corriente de cortocircuito en baja tensión en los puntos críticos de la instalación. 2entro del dimensionamiento de protecciones" conductores o )ue$os de arras de una red eléctrica interior" uno de los par'metros de importancia a determinar es el nivel de la corriente de cortocircuito que se estaría presentando en distintos puntos del sistema. La corriente de cortocircuito calculada dentro del dise#o de un sistema eléctrico interior" define el mínimo valor de capacidad de ruptura que deen tener los elementos involucrados en la falla de cortocircuito" para que sean capaz de soportarlos" y en el caso de las protecciones termoma$nético y fusiles" tamién despe)arlos. n cortocircuito es la desaparición intempestiva de la aislación relativa de dos conductores de tensión diferente alimentados de la misma fuente/" sin la interposición de una impedancia conveniente. Las instalaciones eléctricas requieren siempre de la protección contra cortocircuitos dondequiera que exista esta falla. La corriente de cortocircuito se dee calcular en cada nivel de la instalación" con el propósito de determinar las características del equipo requerido para soportarla yCo eliminarla.

&n primer lu$ar recordemos los casos típicos de los tipos de cortocircuito a estudiar* 5rif'sico*

4if'sico*

Aonof'sico*

Fase a Tierra :

3.2.1 Selección de dispositivo de protección de en base a su capacidad interruptiva. la !ora de dise#ar la instalación eléctrica" es recomendale distriuir las car$as en varios DcircuitosD" ya que ante eventuales fallas operación de protecciones/ se interrumpe solamente el circuito respectivo sin per)udicar la continuidad de servicio en el resto de la instalación. Por  e)emplo" en una casa se recomienda instalar al menos tres circuitos" uno exclusivo para iluminación" otro para enc!ufes y un tercero para enc!ufes especiales en la cocina y lavadero. 5ipos de fallas eléctricas Las fallas" se$%n su naturaleza y $ravedad se clasifican en* Sorecar$a* Se produce cuando la ma$nitud de la tensión Dvolta)eD/ o corriente supera el valor  preestalecido como normal valor nominal/. -om%nmente estas sorecar$as se ori$inan  por exceso de consumos en la instalación eléctrica. Las sorecar$as producen calentamiento excesivo en los conductores" lo que puede si$nificar las destrucción de su aislamiento" incluso lle$ando a provocar incendios por inflamación. -ortocircuito* Se ori$inan por la unión fortuita de dos líneas eléctricas sin aislación" entre las que existe una diferencia de potencial eléctrico fase:neutro" fase:fase/. 2urante un cortocircuito el valor  de la intensidad de corriente se eleva de tal manera" que los conductores eléctricos pueden lle$ar a fundirse en los puntos de falla" $enerando excesivo calor " c!ispas e incluso flamas" con el respectivo ries$o de incendio. ?alla de aislamiento* &stas se ori$inan por el enve)ecimiento de los aislamientos" los cortes de al$%n conductor" uniones mal aisladas" etc. &stas fallas no siempre ori$inan cortocircuitos" sino en muc!as ocasiones se traduce en que superficies met'licas de aparatos eléctricos queden ener$izadas con tensiones peli$rosas/" con el consi$uiente peli$ro de s!oc= eléctrico para los usuarios de aquellos artefactos. 6pa$ón : pérdida total de ener$ía para uso $eneral* !ace el equipo eléctrico parar el traa)ar. 7ol$ura del volta)e : under:volta$e a corto plazo/ transitorio* causa oscilar de luces. Punto de volta)e : punto a corto plazo/ transitorio o pico del I& de la soretensión* Las causas usan o el da#os a$uda al equipo electrónico. nder:volta$e roEnout/ : línea volta)es a)a por un período de tiempo extendido* -ausa que se recalienta en motores. Soretensión : volta)es crecientes por un período de tiempo extendido* 4omillas de la causa a fallar. Línea ruido  : distorsiones sorepuestas en la forma de onda de la ener$ía* -ausa interferencia electroma$nética. 2istorsión armónica : m%ltiplos de la frecuencia de la ener$ía sorepuestos en la forma de onda de la ener$ía* -ausa exceso de la calefacción en el caleado y se funde. 8ariación de la frecuencia : desviación de la frecuencia nominal <0 o @0 !ertzios/* Aotores de las causas para aumentar o para disminuir velocidad. &lementos de protección &xisten varios tipos de protecciones diferentes" por lo que a continuación se explican los dispositivos m's importantes utilizados para lo$rar continuidad en el servicio eléctrico y se$uridad para las personas* a/ ?usiles protecciones térmicas/ &stos dispositivos interrumpen un circuito eléctrico deido a que una sore corriente quema un filamento conductor uicado en el interior" por lo que deen ser reemplazados después de cada

actuación para poder reestalecer el circuito. Los fusiles se emplean como protección contra cortocircuitos y sorecar$as/ Interruptor 5ermoma$nético o 2isyuntor 

3.2.2 Coordinación de protecciones. La coordinación de sore corriente es una aplicación sistem'tica de dispositivos de protección que act%an por corriente en el sistema eléctrico" que en respuesta a una falla o sorecar$a" sacar' de servicio sólo una mínima cantidad de equipo. &l o)etivo principal ser' prote$er al personal de los efectos de estas fallas" minimizar el da#o al equipo eléctrico y reducir los costos por salidas de servicio de la car$a asociada. &l estudio de coordinación de protecciones de sore corriente consiste en un estudio or$anizado tiempo F corriente de todos los dispositivos en serie desde la car$a !asta la fuente. &ste estudio es una comparación del tiempo que toma cada uno de los dispositivos individuales para operar cuando ciertos niveles de corriente normal o anormal pasa a través de los dispositivos de protección. &l o)etivo de un estudio de coordinación de protecciones de sore corriente es determinar las características" valores nominales y a)ustes de los dispositivos de protección que ase$uren que la mínima car$a no fallada se interrumpa cuando los dispositivos de protección aíslen una falla o una sorecar$a en cualquier parte del sistema eléctrico. 6l mismo tiempo" los dispositivos y a)ustes de  protección deer'n proporcionar satisfactoriamente protección contra sorecar$as e interrumpir  corrientes de corto circuito tan r'pidamente como sea posile. Los estudios de coordinación de protecciones son necesarios para seleccionar o verificar las características de lieración de fallas de los dispositivos de protección tales como fusiles" interruptores y relevadores usados en el esquema de protección. Los interruptores sólo deen operar cuando exista una falla y no deen operar cuando se presenten corrientes Inrus!" arranques de motores" transitorios. 6dicionalmente" los dispositivos de protección se deen coordinar para interrumpir a pocos clientes o car$as como sea posile. Las características que se deen considerar durante el dise#o y coordinación de las protecciones que definen un dise#o eficiente del esquema de protecciones de cada sistema eléctrico son* -onfiailidad" rapidez" economía" simplicidad y selectividad.  Gormatividad 4eneficios -on estos estudios podemos otener lo si$uiente* Prevenir los da#os a equipos y circuitos eléctricos. Prevenir da#os al p%lico y al personal que opera y da mantenimiento a las instalaciones. Aantener un alto $rado de la confiailidad del suministro eléctrico. Se minimizan los efectos de las fallas cuando se presentan.