1 Protección Diferencial Avanzada en Baja Tensión.

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Protección Diferencial Protección Diferencial Avanzada Avanzada

en Baja Tensiónen Baja Tensión

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Índice

1.- Introducción a la protección diferencial.• Objetivos de la protección diferencial

• Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales residuales.

2.- Criterios de elección de un diferencial.• Características técnicas básicas.

• Coordinación con la instalación.

3.- Funcionamientos anómalos de los diferenciales.

4.- Solución a los problemas con los diferenciales.• La tecnología diferencial superinmunizada multi9.

5.- Ejemplos de elección e instalación de diferenciales.

Protección diferencial avanzada en BT

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Electrocución de personas

Objetivos de la protección diferencial: Los riesgos

La utilización de la corriente eléctrica supone siempre unos riesgos para las personas, los receptores eléctricos y las propias instalaciones eléctricas:

Defectos de pérdida del aislamiento

Contactos directos con la corriente

Contactos indirectos con la corriente

Calentamiento demateriales inflamables

Electrocución de personas

Incendio deinstalaciones

o edificios

Destrucción de receptores

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Objetivos de la protección diferencial: La electrocución

Efectos del paso de la corriente eléctrica por el cuerpo humano,según UNE 20572 :

1 A Parada cardíaca

75 mA Umbral de fibrilación cardíaca irreversible

30 mA Umbral de parálisis respiratoria

10 mA Contracción muscular (tetanización)

0,5 mA Sensación de cosquilleo

La norma UNE20460 define unas curvas de seguridad para protección de personas que en función de la tensión de contacto Uc nos dan el tiempo máximo de corte.

Estas curvas también son función del tipode ambiente: seco o húmedo.Las tensiones límite de seguridad son:

UL = 50V en ambiente seco.UL =25V en ambiente húmedo.

Ambiente húmedo

Ambiente seco

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Objetivos de la protección diferencial: La electrocuciónLas personas pueden tener contactos accidentales con la corriente eléctrica de 2 formas diferentes:

Contacto indirectoLa persona toca una parte metálica de un receptor que se encuentra accidentalmentebajo tensión. Si la masa está conectada atierra, por la persona sólo circulará unapequeña parte de la corriente hacia tierra.

Contacto directoLa persona toca directamente un conductoreléctrico en tensión. La persona soportará latotalidad de la tensión de la fase con la queentre en contacto y la totalidad de la corrientecirculará por ella.

Transformador MT/BT

Transformador MT/BT

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Objetivos de la protección diferencial: Riesgo de incendios

El 30% de incendios de edificios tienen su origen en un defecto eléctrico, de los cuales el más común es el deterioro del aislamiento de los cables de la instalación a causa de:

Rotura brusca accidental del aislante de un conductor Envejecimiento y rotura final del aislante de un conductor Cables mal dimensionados, sometidos periódicamente a sobrecargas en los que se acelera su proceso de envejecimiento

Riesgo de incendios a partir de fugas a tierra de valor superior a 300 mA.

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Objetivos de la protección diferencial: Regímenes de neutro

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Objetivos de la protección diferencial: Régimen TT

Cálculo de Id:

Id = Uo/(Rn+Ru) = 230/(10+10) = 11,5 A

Cálculo de Uc:

Uc=Id x (Ru x Rc) / (Ru + Rc)Uc=11,5 x (10 x 2000) / (10 +2000)

Uc = 115 V

Uc superior a la tensión límite de seguridad:

UL = 50 VEs necesario el disparo.

DPCC25 A

400V / 230V

L1L2L3N

Id = 11,5A

Ru10

Rn10

Uo =230 V

Uc

Id

9

claseAC

NS

I entrante

I residual

I saliente

Inmunizacióncontratransitorios:

- onda tipo 8/20 s- onda 0,5 s, 100 kHz

2 Filtrado electrónico básico

1 Transformador toroidal

3 Relé de disparo

Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales residuales

Principio de funcionamiento de un interruptor diferencial ID a propia corriente

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Criterios de elección de un diferencialPara elegir un interruptor diferencial apropiado a nuestra instalación tendremos en cuenta los criterios:

a) Características técnicas

• Sensibilidad• Retardo• Calibre

• Clase

b) Coord. con la instalación• Selectividad• Coord. con magnetotérmicos• Tipo y cantidad de receptores

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Sensibilidad (In)

De acuerdo con las normas UNE EN 61008 , UNE EN 61009 y UNE EN 60947-2, se establecen las siguientes sensibilidades normalizadas:

6 mA, 10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA, 500 mA,

1 A, 3 A, 10 A, 30 A

Por debajo de In/2 el diferencial no debe disparar y por encima de In siempre ha de disparar (según UNE EN 61008 y UNE EN 61009) :

InIn2

Idefecto

Criterios de elección de un diferencial

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Tipo

General

Valores normalizados del tiempo (s) de funcionamiento y de no respuesta para una corriente residual con In igual a:

Cualquier valor

tiempo de funcionamientomáximo

S

In 2In 5In 500A

25 > 0,030

0,3

0,5

0,13

0,15

0,2

0,06

0,04

0,15

0,05

0,04

0,15

0,04

In(A)

In(A)

Cualquier valor

tiempo de funcionamientomáximo

tiempo de no respuestamínimo

Valores normalizados del tiempo de funcionamiento máximo y del tiempo de no respuesta, según UNE EN61008 (interruptores diferenciales ID) y UNE EN61009 (bloques diferenciales Vigi):

Parámetros de elección de un diferencialTiempo de disparo

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leyenda :

1 = 30 mA

2 = 300 mA

3 = 3000 mA

4 = 300 mA instantáneo

Curvas de disparo de diferenciales multi9


Ejemplo: el tiempo real medio de disparo de un ID multi9 instantáneo es de 20ms a In

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Clase AC Clase A

Mayor I residual suficiente DISPARO del relé

La utilización de un núcleo magnético toroidal de fuerte inducción permite amplificar el ciclo de histéresis y en consecuencia aumentar .


esta clase permite detectar corrientes de fuga alternas o pulsantes con o sin componente continua.

La clase Existen 2 categorías básicas de diferenciales, definidas como CLASES:

ésta es la clase estándar,sólo detecta corrientesde fuga alternas

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4P2561620451020

A) Cortocircuitos:Intensidades de cortocircuito máximas en kA soportadas por un ID según el magnetotérmico que se coloque aguas arriba o aguas abajo

DPNC60NC60HC60LNC100HNC100LH

2P2561620451020

4061620451020

63

1620451020

80

1020

100

1020

40

81020720

100

510

63

81015720

80

510

ID Aguas abajoMagneto-térmico aguas arriba

Protección de un ID contra sobrecorrientesEs imprescindible utilizar un magnetotérmico para proteger al ID contra cortocircuitos y sobrecargas:

Icc

B) Sobrecargas:Debe elegirse para el ID un calibre (In) igual o superior al del magnetotérmico en serie con él. Se recomienda la relación: Calibre ID > 1,4 veces Calibre magnetotérmico


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El objetivo de la selectividad es el conseguir que dispare únicamente aquella salida del cuadro eléctrico afectada por una avería, y que el corte de tensión se produzca lo más cerca de ésta.

A

B

1 2 3

• Según las normas (UNE EN 61008 y 61009), un DDR debe actuar para fugas superiores a In y no actuar para fugas inferiores a In /2:

In (A) > 2 x In (B)

• Hay que considerar un retardo voluntario en el dispositivo de cabecera (A):

td (A) > td (B) + tf (B)

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DISPAROS INTEMPESTIVOS de un Diferencial

¡¡ Pérdida innecesaria de la continuidad de servicio !!

Costes económicos importantes

Riesgos para las personas

Funcionamientos anómalos de los diferenciales

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Causas de los disparos intempestivos:

• Corrientes de fuga de AFLas corrientes de fuga de AF débiles se superponen a la corriente defuga normal a 50 Hz, aumentando su nivel eficaz. El DDR puede disparar antes.

• Fugas permanentes a 50HzSi la suma de estas corrientes alcanza el 30% del valor de la sensibilidad del diferencial, hay riesgo de disparos intempestivos.

• Puntas de corriente transitorias de maniobraDebido a varias causas posibles: disparo de automáticos, la fusión de un fusible, arco eléctrico provocado por motores, contactores, interruptores …

• Sobretensiones atmosféricasLa caida de rayos cerca de una instalación eléctrica

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BLOQUEO O NO DISPARO de un Diferencial:

¡¡Pérdida de seguridad para las personas !! Ciertas perturbaciones en la red bloquean al diferencial que no

podrá disparar si hay un defecto peligroso (mientras persistan dichas perturbaciones).

Es especialmente grave ya que este tipo de

problema no se detecta tan fácilmente como un disparo

intempestivo.


Transformador

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Causas de BLOQUEO del diferencial (1):

• Corrientes de fuga de AFEl funcionamiento de un DDR depende de la frecuencia de la señal.


Frecuencia 50Hz >1kHz >10kHz <100kHzComportamiento

ID 30mA clase AC OK Bloqueo Bloqueo Bloqueo

ID 30mA clase A “ si” OK OK OK OK

Al aumentar la frecuencia se intensifica el fenómeno de bloqueo o “tetanización” del relé de disparo. Depende del tipo de diferencial.

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• Componente continua

Los diferenciales clase AC no sólo no detectan fugas a tierra con

componente continua sino que además dichas corrientes pueden llegar

a bloquear el diferencial si su sentido es contrario al de actuación del

relé. Un diferencial clase A “si” multi9 evita este tipo de bloqueo.

• Bajas temperaturas

La sensibilidad del diferencial depende de la temperatura de funcionamiento. La deriva de la misma es inaceptable a partir de las temperaturas límite siguientes:

-25

-5Protección diferencial estándar

Nueva gama protección diferencial “si”

Causas de BLOQUEO del diferencial (2):

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La respuesta: la nueva gama “si” multi9

• Los dispositivos diferenciales deben proteger las personas y bienes asegurando la continuidad de servicio

Los diferenciales convencionales

de clase AC desarrollan satisfactoriamente esta función

en el 90 % de los casos.

La nueva gama “si” superinmunizada ha sido concebida para

dar respuesta al 10 % de casos restantes.

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La tecnología “si” multi9

NS

I entrante I saliente

Inmuniza-ción contratransitorios:

-onda tipo8/20 s-onda 0,5s 100 kHz

Deteccióndecorrientespulsantes

Filtradode altasfrecuencias

Verifica-ción yorden dedisparo

Superinmunizado

Acumulación

de energía

clase AC

clase Aclase A “si” si

2 Sistemas de filtrado electrónico

1 Transformadortoroidal

3 Relé de disparo

I residual

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¿Qué aporta la gama “si” multi9?

• Evita el cegado del diferencial gracias al filtro de altas frecuencias

• Es clase A; capaz de detectar fugas de corrientes rectificadaspulsantes• Evita los disparos intempestivos gracias al circuito de acumulacion de energía capaz de diferenciar las sobretensiones, picos o transitorios de los defectos de aislamiento.

Seguridad

Continuidad

de Servicio

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Balastos convencionalesDisparos intempestivos a causa de las puntas de arranque

Balastos electrónicosCegado del diferencial a causa de las altas frecuencias

Riesgos a partir de 20 Balastos por diferencial

• Iluminación fluorescente

¿Dónde instalar la gama “si” multi9?

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Rectificador Filtro Ondulador

Generador AF

Area no empleada

Es enviada hacia tierra.Es una corriente de fuga a tierra

de AF de muy baja intensidadque se suma a la corriente de

50 Hz de fuga a tierra permanente

Mayor sensibilización de la protección diferencial estándar

• Iluminación fluorescente

Funcionamiento de un balasto electrónico


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NS

I entrante

I resid.

I saliente


- onda tipo8/20 s- onda 100 kHz

Detección corrientespulsantes

Filtrado de altas frecuencias

Verifica-ción y orden de disparo

superinmunizado

Acumulación de energía

El filtro de altas frecuencias , evita el bloqueo del relé diferencial y/ o su presensibilización.

La nueva gama “si” permite llegar hasta 50 balastos por diferencial.

¿Dónde instalar la gama “si” multi9?• Iluminación fluorescente

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Aproximadamente 6000 balastos electrónicos.

La instalación disponía para la protección diferencial de 64 ID tetrapolares clase AC estándar de 40A y 30mA de sensibilidad.

~ 30 balastos / fase

ID 4 polos40A 30 mA clase AC instantáneos

C60 1P+N16A curva “C”

GRANDES ALMACENES EN VALENCIA

DISPAROS INTEMPESTIVOS

BLOQUEO O “CEGADO”


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REPARTIR MÁS LA PROTECCIÓN DIFERENCIAL

Se introdujeron interruptores diferenciales bipolares de 30mA de sensibilidad.

UTILIZAR EL DIFERENCIAL ADECUADO PARA CADA RECEPTOR

Los interruptores diferenciales bipolares utilizados eran superinmunizados.

ID si 2 polos25A 30mA

C60 1P+N16A curva “C”

ILUMINACIÓN

GRANDES ALMACENES EN VALENCIA

La nueva gama “si” permite llegar hasta 50 balastos por diferencial.


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¿Dónde instalar la gama “si” multi9?• Instalaciones ofimáticas: gran nºPC, fax Generan fugas permanentes a 50 Hz

Para el cumplimiento de la Directiva CEM, cada vez hay más receptores equipados con filtros antiparásitos

Un Diferencial puede disparar entre 0,5 y 1 In nominal.Cuando las fugas permanentes alcanzan un valor de 0,3 veces la sensibilidad, cualquier transitorio adicional puede provocar un disparo intempestivo.

ID 2/40/30 AC 30% sensibilidad = 9mA con 6 PC por fase (1,5mA cada PC) >6 PC por fase = RIESGO DISPARO INTEMPESTIVO

0,3 a 1,5 mAa 50 Hz

Placa Electrónica

Rectificador

Estas fugas, en un circuito monofásico se suman. En trifásico se pueden compensar

C

NS

I entrante

I resid.

I saliente


- onda tipo8/20 s- onda 100 kHz

Deteccióncorrientepulsantes

Filtradode altas frecuencias

Verifica-ción y orden de disparo

superinmunizado

Acumulación de Energía

El circuito de acumulación de energía permite que cada diferencial soporte un mayor nº de cargas generadoras de fugas permanentes a 50Hz.

La nueva gama “si” permite llegar

hasta 10 PC por aparato

¿Dónde instalar la gama “si” multi9?• Instalaciones ofimáticas:gran nºPC, fax

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• Equipos electrónicos: PC, faxDefectos con componente continua

En el caso de producirse un defecto de aislamiento en la parte de corriente continua, un diferencial tradicional clase AC no lo detectará.

C

Placa Electrónica

RectificadorI fuga

rectificada

Los nuevos diferenciales”SUPERINMUNIZADOS” son de clase A de última generación lo cual asegura un comportamiento excelente ante corrientes con componente continua.

Clase A si

EDIFICIO DE OFICINAS

6 PCs por fase del diferencial

ID 4 polos63A 300 mA clase AC instantáneo

Sistema de alimentación ininterrumpida

8xID 4polos40A 30mAClase ACinstantáneo

. . . . . . . . . . 3xC60N 16Acurva “C”

SAI

C60N 4polos 63A Curva”C”

DISPAROS INTEMPESTIVOS AL ENCENDIDO Y APAGADO DE LOS PCs

DISPAROS CUANDO SE REALIZA LA CONMUTACIÓN O ENCENDIDO DE TODO EL SISTEMA


REPARTIR MÁS LA PROTECCIÓN DIFERENCIAL

Se introdujeron interruptores diferenciales bipolares de 30mA de sensibilidad.

UTILIZAR EL RETARDO DEL DIFERENCIAL

Se instaló en cabecera un dispositivo diferencial tetrapolar selectivo.

UTILIZAR LA PROTECCIÓN QUE OCUPE LA MITAD DE ESPACIO.

Los interruptores DPN N Vigi si integran en la mitad de espacio la protección diferencial y

magnetotérmica. Además también existen en versión superinmunizada.

EDIFICIO DE OFICINAS

La nueva gama “si” permite llegar hasta 10 PC por aparato

ID 4 polos63A 300 mA clase AC selectivo

SAI

C60N 4polos 63A Curva”C”

DPN N Vigi si 16A 30mA


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• Riesgo de sobretensionesSobretensiones de maniobra

Son origen de disparos intempestivos o disparos por simpatía por fuga y/o maniobra en OTRO CIRCUITO de la misma red.


DDR DDR

Da Db

F1

F2F3

N

CL2

CL3

Cc

RbRa

CL1

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¿Dónde instalar la gama “si” multi9? Riesgo de sobretensiones

Sobretensiones de maniobra Sobretensiones atmosféricas: rayos Maniobras en la red: motores, contactores

El motivo de los disparos es lacirculación de las sobretensiones por las capacidades de la propia red:

• De los cables• De los receptores electrónicos

La nueva tecnología “si” admite:- Más receptores electrónicos que los ID tradicionales- Mayores longitudes de líneas que los ID tradicionales

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¿Dónde instalar la gama “si”?

• Arranques de motores En arranques directos se generan corrientes

transitorias de corta duración (aprox. 30 ms) que pueden provocar disparos intempestivos de los diferenciales:

» Diferenciales estándar: resisten sin disparo máximo 6 veces In

» Diferencial Superinmunizado: resisten sin disparo máximo 10 veces In

» Para transitorios de arranque superiores a 10In es conveniente sobrecalibrar el diferencial (ID), respecto a la corriente nominal del motor.

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Con variadores de velocidad (1/2)

Estas fugas retornan por los capacidades de la instalación presensibilizando los diferenciales.

El funcionamiento del v.v. genera fugas de altas frecuencias enviadas a tierra por el filtro RFI necesario para cumplir la directiva CEM (obligatoria).


FiltroRFI Control

3

L-C R C

PWM

Rectificador

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¿Dónde instalar la gama “si” multi9?Con variadores de velocidad (2/2)

El filtro RFI evita que las altas frecuencias sean reinyectadas a la red, pero las deriva a tierra perturbando el comportamiento de los diferenciales.

La gama “si” queda inmune a este tipo de perturbaciones de la red gracias al filtro de altas frecuencias.

C

Filtro RFI

L

La gama “si”marcaje diferenciado

si

Todas las versiones multi9 hasta 100 A: ID si Vigi C60 si DPN N Vigi si Vigi C120 si Vigi NG125 si

Toda la gama completaInterruptor Diferencial ID si

25A 40A 63A 80A 100A 30mA300mA S2 Polos4 Polos

30mA300mA S2 Polos3 Polos4 Polos

25A 40A 63ABloque Vigi C60 si

6 10 16 20 25 32 40 (A)

30mA300mA1 P+N

DPN N Vigi si

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Panorama general

43

Panorama general

44

Panorama general

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Ejemplos de elección e instalación de diferenciales

Esquema eléctrico en vivienda (Electrificación media/alta)

ICP-M C60N2p, 40 A, 6kA

K60N curva C2p, 40 A, 6kA

ID clase AC2p,63A,300mAselectivo

ID clase AC2p,25A,30mA



Pla

nta

Co

cin

a

Pis

o

Pis

cin

a

Ter

raza

s

Jard

ín

Ser

vici

o

Bañ

o

K60Ncurva C2p, de10 a, 20 A,6kA.

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Ejemplos de elección e instalación de diferenciales

Esquema eléctrico para oficinas

Cuadro general BT

DPN N Vigi si1+N,curva C, 16A y 20 A, 6kA

ID si4p,40A,300mA selectivo

ID clase AC4p,40A,300mA selectivo

ID si4p,63A,300mA selectivo

NG125 curva C4p,125A,25kA

C60+ Vigi C60 si2p,16A,30mA

Iluminación fluorescentecon balastos electrónicos

Tomas decorriente parausos generales

Tomas deinformática

ID clase AC2p,25A,30mA 2p,40A,30mA

K60N curva C2p, 6a, 40 A, 6kA

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