Equipos de maniobra y proteccion Alimentadores Existentes 2015-218 .docx
Proteccion y Maniobra
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DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES INSTALACIONES ELECTRICAS Y ACUSTICAS LAS FALLAS EN INSTALACIONES ELECTRICAS DOMICILIARIAS Y LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCION Y MANIOBRA CICLO LECTIVO 2010
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DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES
INSTALACIONES ELECTRICAS Y ACUSTICAS
LAS FALLAS EN INSTALACIONES ELECTRICAS DOMICILIARIAS Y LOS DISPOSITIVOS DE
PROTECCION Y MANIOBRA
CICLO LECTIVO 2010
LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO
Que importancia tiene determinar las corrientes de cortocircuito (Icc):
Las dimensiones de una instalación eléctrica y la de los materiales que se
instalan así como la determinación de las protecciones de personas y
bienes, precisan el cálculo de las corrientes de cortocircuito en cualquier punto de la red.
Cualquier instalación eléctrica debe de estar protegida contra los cortocircuitos y esto, salvo excepción, en cada punto donde tengamos un
cambio de sección de los conductores.
LAS CAUSAS MAS COMUNES QUE ORIGINAN UN
CORTOCIRCUITO
Factores mecánicos tales como rotura de conductores, una conexión
eléctrica accidental entre dos conductores producida por un objeto conductor extraño como herramientas o animales.
Sobretensiones eléctricas de origen interno o atmosférico.
La degradación del aislamiento provocada por el calor, la humedad o un ambiente corrosivo.
Según su duración pueden ser autoextinguible, transitorio o permanente.
Su localización puede estar dentro de una máquina, de un tablero
eléctrico o en las canalizaciones eléctricas.
CONSECUENCIA DE UN CORTOCIRCUITO
Depende de la naturaleza y duración de los defectos, del punto de la
instalación afectado y de la magnitud de la intensidad:
Según el lugar del defecto, la presencia de un arco puede:
Degradar los aislantes.
Fundir los conductores.
Provocar un incendio.
Representar un peligro para las personas.
Según el circuito afectado, pueden presentarse:esfuerzoselectrodinámicos, con:
Deformación de los JdB (juegos de barras).
Desprendimiento de los cables.
Sobrecalentamiento debido al aumento de pérdidas por efecto Joule, con riesgo de deterioro de los aislantes.
CONSECUENCIA DE UN CORTOCIRCUITO
Para los otros circuitos eléctricos de la red afectada o de redes próximas:
Bajadas de tensión durante el tiempo de la falla, de algunos
milisegundos a varias centenas de milisegundos.
Desconexión de una parte más o menos importante de la instalación,
según el esquema y la selectividad de sus protecciones.
Perturbaciones en los circuitos de mando y control.
LOS DIFERENTES TIPOS DE CORTOCIRCUITOS Y SU
FRECUENCIA DE OCURRENCIA.
Monofásicos: 80% de
los casos.
Bifásicos: 15% de los
casos. Los de estetipo, suelen degenerar en
trifásicos.
Trifásicos: de origen, sólo el 5% de los casos.
ESQUEMA SIMPLIFICADO DE UN CORTOCIRCUITO
El circuito equivalente “por fase” se
representa con:
La fuente de tensión “e”.
La impedancia serie Zcc que resulta de
considerar las resistencias y reactancias
que encontramos desde ”punto de alimentación” hasta el punto de “falla”.
CALCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO
De todos los esquemas de
falla sólo se calculará el
cortocircuito “trifásico”, que
si bien es el menos probable
arroja los valores más altos.
Icc: Corriente eficaz de cortocircuito.
U: Tensión eficaz de línea.
Zcc: Impedancia de cortocircuito.
Zh: Impedancia homopolar. Es representativa de los conductores que constituyen el retorno por tierra.
Norma de aplicación: AEA 90909 CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO
EN SISTEMAS TRIFASICOS DE
CORRIENTE ALTERNA. Octubre de 2009
CALCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO
Las empresas Distribuidoras de Energía deben indicar la Icc o la Pcc (potencia de cortocircuito) en la toma primaria o punto de conexión.
Con este dato se calcula la impedancia equivalente de la red hasta el punto anterior.
CALCULO DE CONDUCTORES ELECTRICOS.
Si bien nuestro punto de partida es la adopción de las secciones
mínimas que nos indica la Reglamentación para la Ejecución de
Instalaciones Eléctricas en Inmuebles AEA, los mismos deben verificar simultáneamente:
• Las solicitaciones térmicas a la carga de proyecto.
• Las solicitaciones témicas a las sobrecargas.
• La caída de tensión admisible.
• Solicitaciones térmicas y electrodinánicas a las corrientes de
cortocircuito
• El efecto de las corrientes armónicas en el NEUTRO.
• Esfuerzos mecánicas (cuando la red es aérea).
TEMPERATURA ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
En todo conductor por el que se establece una corriente eléctrica, se generan pérdidas por Efecto Joule.
A mayor temperatura ambiente, resulta mayor la temperatura final que
alcanzará el conductor para cualquier régimen de trabajo.
La temperatura ambiente afecta también a los cables dispuestos en
cañería, bandejas portacables, ductos, etc.
La capacidad de los cables dispuestos en zanjas, depende de la
conductividad térmica del terreno y de la proximidad con otros
conductores (si los hubiera).
TEMPERATURA ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
Las temperaturas máximas admisibles de los conductores en servicio
continuo con una carga del 100% y en condiciones de cortocircuito para tiempos de hasta 5 segundos en un ambiente de 40ºC son :
Aislación de policloruro de vinilo (PVC): 70ºC/160ºC.
Aislación de polietileno reticulado (XLPE): 90ºC/ 250ºC.
“La capacidad de carga/sobrecarga en un conductor queda establecida por el aislante que lo constituye, ya que determina la sobreelevación de temperatura máxima admisible”.
TEMPERATURA ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
Factor de corrección por agrupamiento de circuitos en un mismo caño: Dos circuitos: 0,80 y tres circuitos 0,70
Las tablas toman como
temperatura ambiente de
referencia 40ºC.
Para otras temperaturas debe
multiplicarse la “corriente
admisible” por el Factor de
corrección correspondiente (tabla
intermedia).
Cuando tengamos más de un
circuito en el mismo caño,
debemos multiplicar la corriente
admisible por el factor de
corrección por agrupamiento
(tabla inferior).
CAIDAS DE TENSION ADMISIBLE EN LOS CIRCUITOS
ELECTRICOS
La verificación de la caída de tensión considera la diferencia de tensión entre los extremos del conductor.
Se calcula en base a la “corriente de proyecto” que demandan todos los elementos conectados al mismo y susceptibles de funcionar simultáneamente.
Se deberá cumplir que no supere la máxima admisible determinada por la carga, de acuerdo con:
∆ U < ∆ Uadm
Entre la toma de la compañía y cualquier punto de utilización los valores máximos indicados, según el tipo de circuito son:
Líneas de circuito de uso general o especial y específico, para iluminación: ∆ Uadm 3%
Líneas de circuito para alimentación sólo de : ∆ Uadm 5% (en régimen); ∆ Uadm 15% (en arranque).
La caída de tensión en las líneas seccionales en ningún caso deberá exceder el 1%.
VERIFICACION DE LA CAIDA DE TENSION
Para su cálculo debe aplicarse la expresión que se indica seguidamente:
∆ U = K Ib L (r cosϕ + xl senϕ)
Donde:
∆ U = Caída de tensión en Volt
K = Constante referida al tipo de alimentación (De valor igual a 2 para
sistemas monofásicos y √3 para trifásicos).
Ib = Corriente de proyecto.
L= Longitud del conductor en Km.
r = Resistencia del conductor en Ω/Km.
xl = Reactancia del conductor en Ω/Km.
ϕ = Angulo de de fase.
VERIFICACION DE LA CAIDA DE TENSION
Para el cálculo de la caída de tensión en conductores aislados en PVC construídos según IRAM 2183 dispuestos en cañerías y para cos phi =
0.8, se puede aplicar las siguiente tabla:
CALCULO DE LA CAIDA DE TENSION
∆U : Caída de tensión admisible (V)
GDC: gradiente de caída de tensión : (volt).(mm2) / (Amper)(m)
I: intensidad corriente de línea (Amper).
L : longitud del circuito en (m) medido entre los extremos
Para el cálculo de arranque de motores:
También puede utilizarse para el cálculo aproximado la siguiente expresión:
∆∆∆∆U = GDC I. LS
TEMPERATURA ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
COMPORTAMIENTO ANTE SOBRECARGAS
Todo circuito debe tener “dispositivos de protección” que interrumpan
toda corriente de sobrecarga antes que se produzcan daños por calentamiento en algún componente de la instalación o al ambiente que los contiene o rodea.
Las características de funcionamiento u operación de un dispositivo de
protección contra sobrecargas debe satisfacer las condiciones siguientes:
Donde:
Ib: Corriente de proyecto (calculada según la demanda máxima simultánea)
Iz: Intensidad de corriente máxima admisible en régimen permanente de los cables.
In: Corriente nominal del dispositivo de protección.
I2: Intensidad de corriente que asegure el efectivo funcionamiento del dispositivo
de protección.
TEMPERATURA ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
COMPORTAMIENTO ANTE “CORTOCIRCUITOS”
Se considera protegido al conductor cuya sección nominal cumpla con
la siguiente expresión:
NOTA: Esto es solamente válido para cortocircuitos cuya
duración es de 0,1 s y mayores, hasta 5 s (máximo).
En estas condiciones, la temperatura final del conductor puede
superar la temperatura límite admisible
Icc: Corriente de cortocircuito eficaz.
t: Tiempo de duración de Icc.
K: (según tabla).
TEMPERATURA ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
COMPORTAMIENTO ANTE “CORTOCIRCUITOS”
TEMPERATURA ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
COMPORTAMIENTO ANTE “CORTOCIRCUITOS”
CAPACIDAD ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
EFECTO DE LOS ARMONICOS DE CORRIENTE
El uso creciente de equipos electrónicos que
contiene diodos, y rectificadores controlados
de silicio distorsionan la forma de onda de la
corriente.
La onda resultante es la sumatoria de una
armónica fundamental de 50 Hz y armónicas
de orden superior (múltiplo impares de la
fundamental).
Los equipos que impactan son: arrancadores
y variadores de velocidad, rectificadores,
atenuadores electrónicos de iluminación,
sistemas de alimentación ininterrumpida
(UPS), iluminación fluorescente, con balastos
electromagnéticos o electrónicos, lámparas
HQL, lámparas de descarga gaseosa, etc.
Importante: El efecto de los armónicos
de orden superior se manifiesta en una
corriente adicional en las fases y en el
“neutro”. La corriente de neutro puede
incluso superar a la corriente de carga
de los conductores de “fase”.
CAPACIDAD ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
EFECTO DE LOS ARMONICOS DE CORRIENTE
Tanto los conductores de fase como el neutro, se deben dimensionar según
el contenido de la 3er armónica presente en los conductores de línea.
Para porcentajes hasta 33% el calculo de los 4 conductores se debe hacer en funcion del conductor de línea.
Para porcentajes mayores al 33% de la 3er armónica el cálculo se debe hacer en función de la corriente del neutro corrigiendo la sección de los
conductores de línea en base a la tabla 771.16XI (AEA 3/2006).
CAPACIDAD ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
EFECTO DE LOS ARMONICOS DE CORRIENTE
De no contarse con datos del fabricante, pueden usarse como
orientación los siguientes valores:
Corresponde a 4 cables de 25 mm2de Cu de PVC
S/IRAM 2183 + PE dispuesto en cañería.
CAPACIDAD ADMISIBLE EN LOS CONDUCTORES
EFECTO DE LOS ARMONICOS DE CORRIENTE
Corresponde a 4 cables de 25 mm2de Cu de PVC
S/IRAM 2183 + PE dispuesto en cañería.
Corresponde a 4 cables de 50 mm2de Cu de PVC
S/IRAM 2183 + PE dispuesto en cañería.
FUSIBLES
Los “fusibles” son el medio más antiguo de protección de los circuitos
eléctricos.
Se basan en la fusión por efecto de Joule de un hilo o lámina intercalada en la línea como punto débil.
Son de formas y tamaños muy diferentes según sea la intensidad para la que deben fundirse y la tensión de los circuitos donde se empleen
Fusibles de BT de alta
capacidad de ruptura
Fusibles de BT cilindricos Fusibles de BT DIAZED
FUSIBLES
Encontraremos dos tipos de fusibles en las instalaciones de BT:
• gG (fusible de empleo general).
• aM (fusible de acompañamiento de
Motor).
Los fusibles de tipo gG se utilizan en la protección de líneas, estando
diseñada su curva de fusión "intensidad-
tiempo" para una respuesta lenta en las sobrecargas, y rápida frente a los
cortocircuitos.
Los fusibles de tipo aM, especialmente diseñados para la protección de motores, tienen una respuesta extremadamente lenta en las sobrecargas, y rápida frente a los cortocircuitos.
CURVA TIPICA DE FUSIBLES NH 100 A
FUSIBLES DE ALTA CAPACIDAD DE RUPTURA
Comercialmente se los conoce como fusibles “NH”.
Limitan la corriente cortocircuito, ya que el tiempo total de fusión es de 5 ms.
FUSIBLES DE ALTA CAPACIDAD DE RUPTURA
El poder limitador de
la ICC se manifiesta
en este gráfico,
donde para una Icc
eficaz de 20 KA,
empleando un fusible de 100 A de I
nominal se limitó la
corriente pico de
cortocircuito a 10 KA.
Sin este tipo de
fusible hubiera
alcanzado 50 KA.
INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS
Son interruptores que protegen
a los circuitos eléctricos ante
sobrecargas y corrientes de
cortocircuito (Icc).
El dispositivo consta de dos
partes fundamentales, un
electroimán (para Icc) y una
lámina bimetálica (actúa ante
sobrecargas), conectadas en
serie y por las que circula la
corriente que va hacia la carga.
Existen TMG de 1;2;3 y 4 polos.
Los valores de actuación están
precalibrados en fábrica y no
pueden ser modificados por el
usuario.
INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS
Que nos indica la etiqueta del ITM:
C: Tipo de curva I=f(t)
10: En este caso corresponde a la
corriente nominal del aparato.
Capacidad de ruptura s/IEC 60898:
Es la máxima corriente de cotocircuito
que puede despejar sin dañarse.
Se indican además la cantidad de polos.
Clase de limitación: Representa la
atenuación del valor pico de la
corriente de cortocircuito
INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS
Las curvas I=f(t)
La curva B se recomienda para proteger:
Circuitos de iluminación en viviendas,
comercios e industrias en los que no se
enciendan simultáneamente lámparas
incandescentes o descarga compensadas,
cuya corriente total esté cerca de la nominal del
interruptor. De no ser así, podría actuar el
interruptor durante la conexión.
Circuitos de gran longitud: La menor
corriente de falla por una mayor impedancia de
la línea, puede “no hacer” actuar el interruptor.
Cuando se desee mejorar la selectividad con
la protección termomagnética antepuesta.
INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS
Las curvas I=f(t)
La curva C se recomienda para la protección de:
Circuitos de tomacorrientes en viviendas comercios e industrias
cuando sea esperable corrientes elevadas de conexión (ej. Motores).
Circuitos de iluminación en viviendas, comercios e industrias en los
que se enciendan simultáneamente lámparas incandescentes o descarga compensadas, cuya corriente total esté cerca de la nominal
del interruptor. De no ser así, podría actuar el interruptor durante la
conexión.
Elegidas convenientemente, solucionan problemas de selectividad
cuando están antepuestas a termomagnéticas de curva B.
INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS
Las curvas I=f(t)
La curva D se recomienda para la protección de:
Circuitos con altas corrientes de conexión como: transformadores,
capacitores, electroválvulas, motores con arranques prolongados, etc.
Elegidas convenientemente con termomagnéticas de curvas B y C,
estando instalada antepuesta a éstas, solucionan problemas de
selectividad.
INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS
Las curvas I=f(t)
En menor medida que los fusibles NH, los ITM limitan el
valor pico de la corriente de
cortocircuito Ip.
La curva de atenuación se
selecciona con la “Clase de limitación” que figura en el
frente del equipo.
INTERRUPTORES DIFERENCIALES
•Actúa por diferencia entre
la/s corriente/s de la/s fase/s
y el neutro.
•Los hay monofásicos y
trifásicos.
•Complementan al sistema
de puesta a tierra
INTERRUPTORES DIFERENCIALES
Ejemplo de falla simultánea de la aislación funcional y contacto indirecto
Sin puesta a tierrai= E/R=220/(7000+1000)= 28mA
Se está por debajo de la sensibilidad de 30 mA y el interruptor diferencial no actúa
Con la puesta a tierra:
i= E/R=220/(7000+40)= 31mA
El interruptor diferencial actúa en 30 ms.
En este caso el diferencial con la puesta a
tierra actúa independientemente del
contacto de la persona.
INTERRUPTORES DIFERENCIALES
Ejemplo de Contacto Directo:
IF = Uo / R = 220V/2000 ohm = 110 mA
Donde:
Uo: Tensión de fase (contra tierra).
R: Resistencia corporal y de paso en el
punto de contacto de la persona.
Sin la protección diferencial y con un tiempo de falla de 1s estaríamos en la ZONA 4 con riesgo de muerte.
SELECTIVIDAD DE LAS PROTECCIONES
Ante un defecto proveniente de un punto cualquiera de la red, éste
debe ser eliminado por la protección antepuesta al punto del defecto.
Toda falla que ocurra en la posición señalada, debe actuar el ITM D2.
No debe actuar el ITM “D1”.
Este tipo de selectividad se lo llama “selectividad amperométrica”
SELECTIVIDAD DE LAS PROTECCIONES
La forma de garantizar esta sectorización de la falla
(selectividad) es evitando la superposición entre las curvas de
actuación de cada una de las
protecciones.
En la figura superior “no hay selectividad” ante Icc.
En la figura inferior se garantiza la selectividad ante sobrecargas e Icc.
GUARDAMOTORES
Son Interruptores Automáticos para
protección y maniobra de motores.
Se los convina con un “contactor” (R),
para operar aperturas y cierres.
Utilizan el mismo principio de
protección que los ITM.
Son aparatos diseñados para ejercer
hasta 4 funciones:
1.- Protección contra sobrecargas.
2.- Protección contra cortocircuitos.
3.- Maniobras normales manuales de cierre y apertura.
4.- Señalización.
PROTECCIONES CONTRA CONTACTOS DIRECTOS.
MEDIDAS QUE SE ADOPTAN PARA EVITARLOS.
Aislamiento de las partes activas incluso el conductor neutro y removibles sólo con la destrucción del material.
Barreras o envolturas con una separación para impedir el acceso de las partes activas no aisladas y solo removible con herramientas especiales.
Puesta fuera de alcance para impedir el contactos no intencional. Puede suponerse en forma lateral 1,25 m y 2,50 en vertical.
Interposición de obstáculos contra contactos fortuitos o no intencionales con las partes activas, pero no los voluntarios deliberados como los tomacorrientes, con pantalla de protección a la cuerpos extraños.
Dispositivo a corriente diferencial de fuga, como complemento necesario, porque no evita los accidentes producidos por contacto simultáneo, de dos partes conductoras activas de potenciales diferentes
