Prof. Margarita Morales G.

UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE INGENIERIAS ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA MATERIA: DISEÑO ELECTRICO I CLASE No. 9: PROTECCION DE SOBRECORRIENTE - NTC 2050 – ARTICULO 240 continuación Objeto: Características de la protección de sobrecorriente limitadora. Ejercicios de cálculo de la protección de sobrecorriente alimentador motor. Bibliografía: El ABC de las instalaciones eléctricas industriales. Gilberto Enríquez Harper, 1.989. MacGrawHill Nec Handbook basado en el NEC de 1.994 Motors and Motor Controllers, Guia Practica, Intertec. CURVA CARACTERISTICA DE UN DISPOSITIVO DE PROTECCION CONTRA CORTACIRCUITOS Y FALLAS A TIERRA La protección de sobrecorriente la caracterizan las siguientes curvas: Curva de fusión Curva de limitación Curva de i2t

La curva de fusión permite establecer el tiempo de disparo de la protección para un valor de corriente de falla.

La curva i2t nos permite conocer la disipación de temperatura del interruptor en condiciones de cortocircuito con el fin de poder escoger el conductor asociado.

La curva de limitación corresponde a la característica de operación de las protecciones limitadoras.

DEFINICION PROTECCION LIMITADORA Los componentes de un circuito se requiere que sean coordinados de tal forma que los dispositivos de protección aclaren la falla sin que se presente un daño importante en los componentes eléctricos del circuito. Es necesario coordinar las capacidades y limitaciones de los equipos a ser protegidos y elegir el apropiado dispositivo protector. La protección limitadora aparece como una solución para que:

Se reduzcan las fuerzas electrodinámicas que ocurren ante una falla de cortocircuito.

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Se disminuya el estrés térmico que sufre la instalación durante la falla.

Mejorar las características de selectividad

Disminuir la exigencia e poder de corte del CB abajo en la instalación. El circuito que representa esta protección es: e= Ri + L di/dt + Uarc

Con Ri=0 ------- e-Uarc= L di/dt con i= Icc Uarc= α + βL Donde: α = 20 V β es una constante que depende de las características de la cámara apagachispas L = Longitud de arco Cuanto más rápido pase Uarc a ser mayor que e, mas rápido disminuye I. Dicha protección opera de diferente forma a la protección de sobrecorriente normal. El principio de operación es la alta velocidad de respuesta que se logra:

a) Aumentando el número de contactos en serie de la protección y b) Aumentando la velocidad de apertura de los contactos.

Esto reduce el tiempo de exposición de los elementos ante la falla disminuyendo el umbral de corte a un tiempo menor a ½ ciclo. INTERPRETACION DE LA CURVA DE LIMITACION

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Presentamos el caso de un cortacircuito fusible limitador de corriente. La curva de fusión es la siguiente:

De tal forma que cuando se presenta una falla de 1000A en un fusible de 100 A (10 veces la I nom), el tiempo de disparo es de 0,4 segundos (400 mseg equivalentes a 25 ciclos). Lo ideal es reducir este tiempo al mínimo posible, con el fin de aumentar la vida útil de la instalación. Siendo un elemento limitador veamos la curva de limitación para este mismo equipo.

Con una corriente de 5000 A, se alcanzaría una corriente pico de 12 KA en ausencia del limitador. Con el fusible de 100 A se limita a 8 KA. En el caso siguiente, la operación del fusible disminuye la corriente Icc de cortocircuito presumida de 80 KA a un valor pico máximo de 10 KA y una corriente simétrica entre 4,5 y 7,5 KA.

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EJERCICIOS DE CALCULO DE PROTECCIONES En el circuito motor que se muestra la corriente Icc de cortocircuito en el CCM es de 40,000 A rms simetrica. El motor se alimenta de una acometida 3F, 230V, 25 hp, de inducción con un factor de servicio de 1,15.

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1 Datos: In del motor = 68 amp (430.150 NTC) I alimentador = 1,25 Im = 85 amp Conductor = # 4 AWG Cu, aislamiento 75° (310.16 NTC)

Dispositivo de protección de sobrecarga = 1,25 Im

Protección de sobrecorriente tipo CB = 2,5 Im = 170 amp, se escoge una

protección de 175 amp.

De acuerdo a lo calculado, se está cumpliendo lo exigido por la norma. Pero

viola las reglas de daño potencial de las personas y los equipos.

De acuerdo con la norma ICEA Insulated Cable Engineers Association

Publicacion P-32-382, el conductor de Cobre # 4, aislamiento a 75°, soporta un

cortocircuito de 17,100 A.

1 Motors and Motor Controllers, Guia Practica, Intertec

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Y la tabla de la norma UL indica que las corrientes máximas soportables por los

controladores de los motores, a menos que la placa indique algo diferente, son

las siguientes:

TABLA 3,4 UL PAG. 22

Por lo tanto hay un daño importante en la instalación al presentarse una falla de

cortocircuito de 40 KA. La buena práctica llama a usar un dispositivo limitador

de corriente.

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Asumamos que remplazamos el CB por un fusible limitador.

I fusible = 1,75 Im = 119 amp. Para suministrar una protección mejorada vamos

a usar el fusible normalizado menor al valor calculado, uno de 90 amp.

De acuerdo con la curva limitadora, cuando se presente una falla de 40 KA, el fusible limitara la corriente por debajo de 3700 A, suministrando la protección apropiada al controlador. Igualmente el conductor está protegido. De todas formas debemos recordar que cualquier dispositivo de protección del circuito DEBE tener un retraso en su operación que permita el arranque del motor.