CT201 Selectividad en los interruptores autom ticos de poten

7/31/2019 CT201 Selectividad en los interruptores autom ticos de poten

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Cuaderno Tcnico Schneider n 201 / p. 2

La Biblioteca Tcnica constituye una coleccin de ttulos que recogen las novedadeselectrotcnicas y electrnicas. Estn destinados a Ingenieros y Tcnicos que precisen unainformacin especfica o ms amplia, que complemente la de los catlogos, guas de producto onoticias tcnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenmenos que se presentan en las instalaciones,los sistemas y equipos elctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo delas redes elctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

Puede accederse a estas publicaciones en Internet:

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Igualmente pueden solicitarse ejemplares en cualquier delegacin comercial de SchneiderElectric Espaa S.A. o bien dirigirse a:

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C/ Miquel i Badia, 8 bajos

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La coleccin de Cuadernos Tcnicos forma parte de la Biblioteca Tcnica de SchneiderElectric Espaa S.A.

Advertencia

Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilizacin de las informaciones y esquemasreproducidos en la presente obra y no sern responsables de eventuales errores u omisiones, ni de lasconsecuencias de la aplicacin de las informaciones o esquemas contenidos en la presente edicin.

La reproduccin total o parcial de este Cuaderno Tcnico est autorizada haciendo la mencin obligatoria:

Reproduccin del Cuaderno Tcnico n 201 de Schneider Electric.


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Cuaderno Tcnico no 201

Jean-Pierre NEREAU

Ingeniero IEG, entr en Merlin Gerin en 1981;su trabajo en el Bureau dEtudes de la actividadde Aparamenta BT le llev a desarrollarproductos, especialmente en la gama de losinterruptores automticos de caja moldeada ydespus en la de interruptores de potencia.

Actualmente es el responsable del BureaudEtudes Avanc de Schneider Electric paraesta actividad.

Selectividad con los interruptoresautomticos de potencia BT

Trad.: J.M. Gir

Original francs: junio 2000

Versin espaola: febrero 2001


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Terminologa

Calibre:

Corriente (=In) correspondiente al ajustemximo del rel.

Rel instantneo:

Rel que no tiene ningn dispositivo deretardo intencionado (proteccin contra loscortocircuitos).

Rel de largo retardo (LR):

Rel que tiene un dispositivo de retardointencionado de varios segundos (proteccincontra sobrecargas). Normalmente este retardodepende de la corriente.

Rel de corto retardo (CR):

Rel que tiene un dispositivo de retardointencionado de algunas decenas a algunascentenas de milisegundos.

DIN:

Rel instantneo de autoproteccin. Porsemejanza, el umbral correspondiente.

DINF:

Rel instantneo de autoproteccin al cierre.Por semejanza, el umbral correspondiente.

Interruptor automtico limitador:

Interruptor automtico que durante el corte deuna corriente de cortocircuito, limita la corrientea un valor sensiblemente inferior a la corriente

presunta.Interruptor automtico selectivo:

Interruptor automtico con gran Icw (capaz desoportar la corriente de cortocircuito durantevarios centenares de milisegundos).

Filiacin:

Utilizacin de la limitacin del interruptorautomtico aguas arriba para aumentar elpoder de corte real del aparato aguas abajo.Permite utilizar aguas abajo de un interruptorlimitador interruptores automticos con unpoder de corte inferior a la corriente decortocircuito presunta.

Icc:

Corriente de cortocircuito (dada en valor decresta) que atraviesa realmente el interruptorautomtico teniendo en cuenta la limitacin.

Icw:

Corriente de corta duracin admisible. Es lacorriente mxima de cortocircuito (valor eficaz)que puede soportar el interruptor automticodurante un tiempo definido (0,5 1 3 s) sinalteracin de sus caractersticas.

In:

Corriente nominal del aparato.Ip:

Corriente de cortocircuito presunta que sedesarrollara en ausencia de dispositivos deproteccin (valor eficaz).

Ir:

Corriente (en valor eficaz) que corresponde alajuste de la proteccin contra sobrecargas.Normalmente puede variar entre 0,4 a 1veces In.

tc:

Tiempo real de corte (extincin del arco).

IDMTL:(Inverse Definite Minimum Time Lag).Caracterstica que se dice de las curvas dedisparo de largo retardo cuya pendiente puedetomar diversos valores (ver Los rels decurva IDMTL).

Poder de corte (PdC):

Es el nombre usual del poder de corte ltimo(Icu). Icu es la mayor intensidad de corriente decortocircuito que puede cortar el interruptorautomtico. Se define para la tensin asignadade empleo dada Ue.

Selectividad parcial:

La selectividad es parcial cuando quedaasegurada hasta el valor de corriente Ipinferior al poder de cortocircuito de lainstalacin.

Selectividad total:

La selectividad es total cuando quedaasegurada hasta el poder de cortocircuito dela instalacin.

Sellim:

Principio de selectividad que permite hacertrabajar conjuntamente la selectividad y lalimitacin.

Resistencia electrodinmica (TED):

Capacidad de un aparato para soportar porconstruccin los efectos electrodinmicos deuna corriente de cortocircuito, especialmentesin repulsin o conexin de los contactosprincipales.


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Selectividad con los interruptoresautomticos de potencia BT

El objetivo de este Cuaderno Tcnico es presentar las tcnicas de selectividadespecficas de los interruptores automticos de potencia BT.

Estos aparatos se caracterizan por su gran calibre (800 A a 6 300 A) y susituacin en cabeza de la instalacin BT, instalados generalmente acontinuacin de un transformador MT/BT.

Esta situacin justifica las exigencias de selectividad que se le aplican.Despus de repasar las tcnicas de selectividad se citar la estrecha relacinque existe entre la selectividad y las caractersticas generales de losinterruptores automticos y por ltimo se darn algunos ejemplos prcticossobre la eleccin de los aparatos a instalar.

1 La selectividad en BT 1.1 Introduccin p. 6

1.2 La selectividad en funcin de los tipos de defecto p. 6

2 Las tcnicas de selectividad 2.1 Selectividad amperimtrica p. 8con cortocircuitos 2.2 Selectividad cronomtrica p. 9

2.3 Selectividad pseudo-cronomtrica p. 9

2.4 Selectividad SELLIM y selectividad energtica p. 10

2.5 Selectividad lgica p. 102.6 Utilizacin de los diferentes tipos de selectividad p. 11

3 Selectividad con los interruptores 3.1 Caractersticas de un interruptor automtico p. 12

automticos de potencia 3.2 Caractersticas del rel de disparo p. 15

3.3 Selectividad al cierre p. 20

4 Caso de aplicacin: ejemplos de 4.1 Presentacin de la instalacin estudiada p. 21eleccin de interruptores 4.2 Dimensionamiento de los aparatos de proteccin p. 22automticos en una instalacin BT

4.3 Eleccin de los aparatos para asegurar la selectividad p. 22

4.4 Variante con selectividad lgica p. 25

4.5 Variante con dos entradas ms potentes p. 27

Bibliografa p. 29


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1 La selectividad en BT

1.1 Introduccin

En una distribucin radial (figura 1) el objetivode la selectividad es desconectar de la red elreceptor o la derivacin de salida defectuosa yslo sta, manteniendo en servicio la mayorparte posible de la instalacin.

Permite tambin aunar seguridad y continuidaddel servicio facilitando la localizacin de losdefectos. Es un concepto especialmente

importante para los aparatos de gran potenciay, puesto que estn instalados en cabeza de lainstalacin, su disparo injustificado tieneconsecuencias muy graves.

La selectividad es total si queda garantizadapara cualquier valor de corriente de defectohasta el valor mximo disponible en lainstalacin.

En caso contrario se llama selectividadparcial.

Los defectos que se producen en unainstalacin son de diversos tipos:

n sobrecarga,

n cortocircuito,pero tambin:

n derivaciones de corriente a tierra,

n bajadas de tensin o incluso cortesmomentneos de la alimentacin.

1.2 La selectividad en funcin de los tipos de defecto

Las tcnicas de instalacin de la selectividadse han de adaptar a los diversos fenmenos

que se producen, segn el tipo de defecto.Sobrecargas

Estas sobrecorrientes estn comprendidasentre 1 y 10 veces la intensidad de servicio.Su eliminacin debe hacerse en un tiempocompatible con la resistencia trmica de losconductores afectados. El tiempo de disparoes generalmente inversamente proporcional alcuadrado de la corriente (disparo llamado atiempo inverso).

La selectividad de los interruptoresautomticos se aplica comparando las curvastiempo/intensidad de los disparos de largo

retardo afectados por el defecto (figura 2).

D1

D2D3

Fig. 1:Selectividad.

A cada tipo de defecto le corresponde un tipode dispositivo de proteccin especfico(proteccin contra las corrientes de sobrecarga,de cortocircuito, de defecto a tierra o contra loscortes de alimentacin...).

Cada uno de estos defectos puede provocaruna prdida de selectividad si no se tienepresente la coordinacin de los dispositivos de

proteccin.

Esta selectividad queda asegurada si, paracualquier valor de la corriente de sobrecarga,

el tiempo de no disparo del interruptor aguasarriba, D1, es superior al tiempo mximo decorte del interruptor automtico D2 (incluido eltiempo de extincin del arco). Esta condicinse cumple en la prctica si la razn Ir1/Ir2 esmayor que 1,6.

Cortocircuitos

Debido a la amplitud de las corrientes decortocircuito y sobre todo a la presencia de losarcos elctricos que normalmente leacompaan, los circuitos afectados deben dequedar interrumpidos casi instantneamente,en menos de algunas centenas de

milisegundos.


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La selectividad puede tratarse, en parte,comparando las curvas tiempo/corriente entanto que el tiempo tc sea mayor que algunasdecenas de milisegundo.

Pero, por una parte, estas curvas son uninstrumento insuficientemente preciso para

trabajar con exactitud.Por otra, los tiempos y corrientes no son elnico criterio de discriminacin. Segn loscasos, hay que tener presente la corriente decresta, de la limitacin, o de la combinacin

de tiempo y de corriente (por ejemplo, 2i dt).

Por tanto, es necesario referirse a las tablasde selectividad publicadas por los fabricantesde los interruptores automticos instalados.

Las tcnicas que permiten obtener laselectividad frente al cortocircuito entre dosinterruptores automticos son variadas y sepresentan en el captulo siguiente.

Corrientes de fuga a tierra

Aqu tambin hay que tener presente laselectividad para evitar que un defecto deaislamiento en un punto cualquiera de lainstalacin produzca un disparo intempestivoen los aparatos de cabeza.

Existen dos grandes familias de proteccincontra corrientes de fuga. Para los valores decorriente bajos o muy bajos (tpicamente30 mA a 30 A), se utiliza un captador queabarca todos los conductores activos. Estecaptador realiza de forma natural la suma

vectorial de corriente y entrega una sealproporcional a la corriente de defecto. Enefecto, cuando hay una corriente de defecto atierra (o a masa) conduce la suma de

I1 + I2 + I3 + In que ser diferente de cero.Este sistema se denomina generalmenteproteccin diferencial o vigi. Para valoresde corriente de fuga mayores, superiores al20% de la corriente nominal, se utiliza uncaptador para cada conductor activo. Elsistema, que se denomina simplementeproteccin de tierra (en ingls: groundfault) efecta la suma de las sealesentregadas por cada uno de los captadores.

En los dos casos, la selectividad se tratadiferenciando los umbrales y lastemporizaciones. Se puede controlar por lascurvas tiempo/corriente (figura 3).

Bajadas y cortes de tensin

Pueden estar producidos por un cortocircuitoen la instalacin o por un defecto aguas arribade sta y provocar el disparo de los aparatosen cabeza si estn dotados de rels de faltade red o de tensin mnima.

La solucin consiste en utilizar rels de faltade tensin o de tensin mnima temporizados,cuyo tiempo de actuacin deber ser superioral tiempo de disparo por cortocircuito de losaparatos situados aguas abajo.

Aunque no sean temporizados, los rels de

falta de tensin o de tensin mnima debenestar inmunizados frente a cortes de tensinde una decena de milisegundoaproximadamente para no verse afectadoscuando los cortocircuitos son eliminados porlos aparatos situados junto a los receptores.

Fig. 2:Selectividad en la zona de sobrecargas.

Zona selectividadde las sobrecargas

tc

D2 D1

r2 r1 in s2

p

Sobrecargas Cortocircuitos

Fig. 3.

tc

D2 D1

t1

t2

s2 s2

p


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2 Las tcnicas de selectividad con cortocircuitos

Mejorar la selectividad consiste normalmenteen frenar el disparo de un determinadointerruptor automtico respecto al de losinterruptores automticos situados aguasabajo en la instalacin.

Este objetivo se consigue:

n o ajustando de forma diferente los umbralesde disparo (es la selectividad amperimtrica),

n o retardando algunas decenas o centenasde milisegundos el disparo del interruptoraguas arriba (es lo que se llama selectividadcronomtrica),

2.1 Selectividad amperimtrica

Se obtiene ajustando los umbrales de disparode los rels instantneos o de corto retardo delos interruptores automticos en serie dentrodel circuito.

Se utiliza normalmente en el caso de defectosde cortocircuito y lleva generalmente, si no vaasociada a otra selectividad (cronomtrica,Sellim o energtica), a una selectividad parciallimitada al umbral de actuacin del aparatoaguas arriba (figura 4).

La selectividad queda asegurada si el umbralmximo del rel del aparato aguas abajo esinferior al umbral mnimo del aparato aguasarriba, incluidas todas las tolerancias.

Fig. 4:Selectividad amperimtrica.

Lmite de selectividad

a los cortocircuitos

tc

Zona de selectividad

a los cortocircuitos

D2 D1

ins1 pins2

n o utilizando criterios de discriminacin mselaborados, por ejemplo la deteccin de unnmero de ondas de corriente, o la forma de

estas ondas ( 2idt, i dt , etc.), (es lo que se

llama selectividad Sellim y selectividadenergtica),

n informando un interruptor automtico alotro, de que ha sobrepasado su umbral (es loque se llama selectividad lgica).


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2.2 Selectividad cronomtrica

Para asegurar la selectividad ms all del

margen de corto retardo (ICR1) del aparatoaguas arriba, es posible utilizar unatemporizacin, ajustable o no, del rel delaparato aguas arriba, D1 (figura 5).

Esta solucin no puede adaptarse si no es conla condicin de que el aparato pueda soportarla corriente de cortocircuito durante el tiempode la temporizacin. Por tanto, solamentepuede utilizarse con los aparatos de granresistencia electrodinmica, llamados tambinselectivos.

Con dos interruptores automticos en serie,las dos posiciones de temporizacin, cuandoexisten, se ajustan de tal manera que seanselectivas entre ellas. El tiempo mximo deactuacin en una posicin de ajustedeterminada, incluido el tiempo de corte, debede ser menor que el tiempo mnimo dedeteccin de la siguiente posicin de ajuste.

2.3 Selectividad pseudocronomtrica

Cuando se utiliza aguas abajo un interruptorautomtico limitador, la corriente decortocircuito real queda muy reducida enamplitud y en duracin, tanto ms cuantomayor sea la corriente presunta. El rel delaparato situado aguas arriba ve por tanto unacorriente mucho menor que si no existieraeste tipo de interruptor aguas abajo.

Esto puede traducirse en la curva de disparotiempo/corriente del aparato aguas abajo enun tiempo equivalente que disminuyesensiblemente cuando la corriente decortocircuito prevista aumenta.

La comparacin con la curva de deteccin delaparato pone en evidencia la selectividad delos dos aparatos. Se califica de pseudo-

cronomtrica porque no utiliza un retardointencionado (figura 6).

Esta solucin, por su efecto de limitacin y larpida eliminacin del defecto, permiteadems limitar los esfuerzos trmicos yelectrodinmicos en la instalacin.

Fig. 5:Selectividad cronomtrica.

Fig. 6:Selectividad pseudocronomtrica.

D2

D1: selectivo a saltos

de corto-retardo 1-2-3

tc

D1

CR1

p

1

32

Umbral corto-retardo de D2

p

D2

tc

D1

D2 : limitador

Nota: la utilizacin en D1

deun rel de corto-retardodependiente (lnea de puntos)favorece la selectividad


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2.4 Selectividad SELLIM y selectividad energtica

Estos principios, desarrollados por Schneider

Electric, son especialmente tiles paraaparatos de media potencia (100 a 630 A)donde la limitacin es una necesidad. Enefecto, estos aparatos, con una repulsinelectrodinmica muy activa, no puedensoportar una temporizacin de varias centenasde milisegundo. La selectividad cronomtricacon el interruptor automtico aguas abajo nopuede por tanto utilizarse, o queda limitada aun valor de corriente muy bajo.

La solucin consiste en utilizar criterios dedisparo ms elaborados que el simple valor dela corriente y el tiempo, en general unacombinacin de estas dos magnitudes, por

ejemplo: 2i dt.

2.5 Selectividad lgica

Este sistema requiere la transferencia deinformacin entre los rels de los interruptoresautomticos de los diferentes escalones de ladistribucin.

Su principio es sencillo (figura 7):

n un rel que ve una corriente mayor que su

umbral de funcionamiento enva una ordenlgica de temporizacin al rel del interruptorautomtico inmediatamente superior a l. Latemporizacin ser la fijada en el rel,

n el rel del interruptor automtico situadoinmediatamente aguas arriba del cortocircuito,puesto que no recibe orden de espera, actainmediatamente, sea cual sea sutemporizacin.

La selectividad lgica es un aditivo a laselectividad cronomtrica. Permite reducir lostiempos de eliminacin de los defectos, lo quereduce considerablemente las sobrecargassobre la instalacin. Se aplica a losinterruptores automticos BT selectivos de

Fig. 7:Selectividad lgica.

El tipo de criterio, as como el valor de ajuste,

se adaptan con mucha exactitud a lacombinacin aguas arriba/aguas abajo de losaparatos considerados.

Permiten garantizar la selectividad en variosescalones, limitando considerablemente losesfuerzos trmicos y electrodinmicos en lainstalacin.

Esta selectividad se instala con interruptoresautomticos Compact NS de la marca MerlinGerin.

Para ms explicaciones, el lector interesadopuede consultar el Cuaderno Tcnico n 167:La selectividad energtica en BT.

Rel

Orden deesperalgica

D1

D2

Rel

gran intensidad, pero tambin se estutilizando en las redes AT industriales.Necesita rels que sean compatibles entre s.

Para ms detalle, ver el Cuaderno Tcnicotitulado Proteccin de redes mediante elsistema de la selectividad lgica.


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2.6 Utilizacin de los diferentes tipos de selectividad

La eleccin de un tipo de selectividad en una

distribucin elctrica se hace en funcin deltipo de aparato y de su situacin en lainstalacin. Para obtener la mejordisponibilidad de la energa elctrica, pueden

Fig. 8:Ejemplo de utilizacin de diferentes tipos de selectividad.

Circuito Tipo de selectividad Tipo deAmperimtrico Cronomtrico Cronomtrico Pseudo- Sellim y interruptor

+ lgico cronomtrico energtico automtico

Origen de Selectivola instalacin

Distribucin de Limitador

potenciaDistribucin Limitadorterminal

combinarse diferentes tcnicas entre cada dos

aparatos; ver, a ttulo de ejemplo, la figura 8.La selectividad amperimtrica es, en todos loscasos, el primer objetivo a conseguir.


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3 Selectividad con los interruptores automticos de potencia

Los interruptores automticos de potencia BT,por su posicin en cabeza de la instalacin,estn especialmente diseados para conseguirlos objetivos de selectividad.

Su robustez natural lleva a utilizarprincipalmente, en caso de cortocircuito, laselectividad cronomtrica. Esto no excluye lautilizacin, como complemento, de laselectividad pseudo-cronomtrica(interruptor automtico limitador aguas abajode un interruptor automtico selectivo) y de la

selectividad lgica (cableado lgico entre losdiferentes niveles de la distribucin).

En este captulo se analizarn lascaractersticas que tienen influencia en estaselectividad, considerando en primer lugar lasdel interruptor automtico en s mismo y acontinuacin las del rel que se le asocia.

El caso particular de la selectividad cuando secierra un interruptor automtico se tratardespus, con las caractersticas que lodeterminan.

3.1 Caractersticas de un interruptor automtico

Corriente de corta duracin admisible (Icw

)

n Descripcin

La corriente de corta duracin admisible (Icw)caracteriza la capacidad de los aparatos desoportar las corrientes de cortocircuito,eventualmente elevadas, durante una duracinsuficiente para eliminarlas mediante losinterruptores automticos o dispositivos deproteccin situados aguas abajo. Esto es portanto una caracterstica esencial del interruptorautomtico de potencia que se encuentranormalmente en cabeza de la instalacin.

Cuanto mayor sea la Icw, mayor ser el lmitede utilizacin de la selectividad cronomtrica.Y esto porque los aparatos con Icw elevada secalifican normalmente como de selectivos.

Hay que tener en cuenta que es necesario quetanto el cuadro en el que est instalado elaparato como todos los conductores situados

aguas arriba, sean capaces de soportar estascorrientes.

Las corrientes de cortocircuito producen 2tipos de fenmenos:

o los esfuerzos electrodinmicos entre lasdiferentes partes del circuito recorrido por unacorriente.

Estos esfuerzos son de repulsin o atraccinsegn los sentidos respectivos de lascorrientes; se manifiestan instantneamente yla resistencia del aparato a estos esfuerzos,llamada resistencia electrodinmica (TDE)estar caracterizada por el valor mximo

instantneo de la corriente que puedesoportar, medido en kA de cresta.

Ms all de este valor se producendeformaciones irreversibles en las piezas oarcos elctricos que pueden perjudicar laspiezas afectadas.

o un calentamiento de las piezas recorridaspor la corriente.

Este calentamiento no es funcin del valorinstantneo de la corriente, sino de su valoreficaz y de su duracin; la resistencia delaparato a estos fenmenos puede por tantoexpresarse en kAef y en segundos.

La corriente de corta duracin admisibleest definida en varias normas y entre ellas laCEI 60947-2 que le asigna el smbolo Icw.

El ensayo asociado permite probar elcomportamiento del aparato a la vez bajo elaspecto electrodinmico, cuando se produce

un cortocircuito, y bajo el aspecto trmico,manteniendo la corriente durante un tiempodeterminado (normalmente de 0,5 s, 1 s 3 s). La corriente mxima de cresta la definela norma en funcin de la corriente eficaz; elconocimiento de esta ltima es suficiente paradefinir la Icw. Es evidente que el valor de Icwqueda limitado por los ms severosfenmenos, sea electrodinmicos o trmicos yque su valor disminuye por tanto normalmentecuando aumenta su duracin: una Icw durante3 segundos es trmicamente 9 veces peor queuna Icw durante 1 segundo. Por tanto, es laresistencia trmica la que determina


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habitualmente la Icw de 0,5 s, quedando losefectos trmicos controlados.

El valor de Icw a tener en cuenta para laselectividad es el que corresponde al tiempomximo de ajuste del rel de corto retardo,normalmente de 0,5 s. En general, este valorest determinado directamente por laresistencia electrodinmica, por tanto, losefectos trmicos quedan fcilmentecontrolados. Los valores de 1 s y hasta 3 s noson ms que indicacin de una robustezadicional.

n Disposiciones constructivas

Para conseguir una buena Icw, hace falta:

o una construccin robusta y rgida delaparato que asegure un mantenimiento eficazde las piezas que transportan la corriente. La

utilizacin de cajas moldeadas en polistertermoendurecido permite actualmente unanotable mejora de la rigidez estructural de losinterruptores automticos respecto a lastcnicas anteriores de construccin a base depiezas metlicas cortadas, dobladas yencajadas,

o una gran rigidez del mecanismo paramantener la posicin cerrada de los contactos,

o una disposicin especial de los contactosmviles y de las pinzas de conexin queaseguren una compensacin automtica delos esfuerzos de repulsin producidos entrelos puntos de los contactos (figura 9):

las pinzas estn constituidas por dedossituados a cada lado de los conductores aunir; por estos dedos circulan corrientesparalelas que crean un esfuerzo de atraccin,Fm, que compensa los esfuerzos de repulsin,Fr, producidos en los contactos (figura 9a);

los contactos mviles tienen un eje dearticulacin situado aproximadamente a untercio de la distancia que separa losconductores de conexin. As, la resultante delos esfuerzos de repulsin, Fm, producidos porel bucle de corriente crea en los contactos unpar que compensa el generado por la

repulsin, Fr, en los puntos de contacto(figura 9b).

Sin embargo, la compensacin de esfuerzostiene el efecto de aumentar las fuerzastransmitidas al mecanismo, lo que constituyeuna exigencia restrictiva para el fabricante,

o un dimensionamiento generoso de laseccin del circuito de potencia para evitaralcanzar una temperatura excesiva cuando latemporizacin del rel se ajusta a su valor,

o la utilizacin de sustancias moldeadastermoendurecibles (sin punto de fusin), o de

Fig. 9:Disposiciones constructivas que aseguran la

compensacin de los esfuerzos de repulsin en un

interruptor automtico.

b

a

Fr Fr

Fr Fr

Fm

(i/2)

(i/2)

i

i

i

1/3

2/3

Fr

Fm

i

A

tcnicas termoplsticas de alto punto defusin en las zonas prximas al circuito depotencia.

Poder de corte (PdC)

n Descripcin

Para poder utilizar un interruptor automtico

en un circuito dado, su poder de corte ltimo(Icu) debe de ser superior al poder decortocircuito previsto de este circuito en elpunto considerado.

Normalmente, en los interruptores automticosde potencia BT, este poder de corte es igual aIcw en 0,5 segundos. En este caso, laselectividad cronomtrica puede ajustarsehasta el poder de corte, puesto que el aparatoes capaz de soportar estas corrientes duranteel tiempo correspondiente. Por tanto, se tieneuna selectividad total.

Sin embargo, los valores de Icw alcanzados,incluso con los mejores modelos, resultanactual y normalmente limitados a un valoraproximado de 85 kAef, limitando por tanto lospoderes de corte. Ahora bien, cada vez sonms las instalaciones que pueden producircorrientes de cortocircuito superiores a estevalor, alcanzando ciertos casos 150 kA oincluso ms. Se da este caso en instalacionesque tienen varios transformadores de granpotencia en paralelo o redes en forma debucle con mltiples generadores.

La respuesta a esta necesidad suele ser lautilizacin de interruptores automticos con unpoder de cortesuperior a Icw.


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n Exigencias constructivas de los aparatoscon un poder de corte superior a su Icw:

Los interruptores automticos cuyo poder decorte es superior a Icw/05 s necesitan, para suautoproteccin, un disparo instantneo (DIN)desde que la corriente supera su resistenciaelectrodinmica, porque no podran resistirdurante varios centenares de milisegundos losarcos de esta intensidad producidos durante larepulsin de los contactos.

Sin embargo, esta condicin no es suficientepor s misma y el control del poder de corte deestos aparatos requiere la colaboracin de losespecialistas en la interrupcin de los arcoselctricos.

En concreto, en estos aparatos, puesto que noson limitadores, la corriente puede alcanzar,

durante el corte de fuertes corrientes decortocircuito, un rgimen asimtrico de unas2,3 veces el valor eficaz de la corrientepresunta, o sea, 230 kA de cresta en el caso deun cortocircuito presunto de 100 kAef (figura10). Por tanto, aparecen importantes esfuerzoselectrodinmicos en el seno del aparato y susconsecuencias aumentan sobremanera alproducirse el corte efectivo precisamente en elmomento en que estos esfuerzos son mximos.

Estas consideraciones limitan el poder decorte mximo que se puede alcanzar conaparatos de gran Icw, y slo una construccinextremadamente resistente unida a un

perfecto control de los fenmenos asociadosal corte de corrientes de gran valor permiteobtener valores superiores a 100 kAef.

Los aparatos Masterpact NW del tipo H3, de lamarca Merlin Gerin, que ofrecen un poder decorte de 150 kA con 440 V para un Icw de65 kA/3 s son un ejemplo significativo de estesaber-hacer.

Hay que tener presente en este caso que laresistencia del cuadro y de la instalacinrequieren tambin una construccin muyrobusta de los juegos de barras y de sussoportes. La utilizacin de cuadros BTmontados y probados en fbrica segn la

norma CEI 439, garantiza la fiabilidad de estaconstruccin (Cuaderno Tcnico n 162).

n Aparatos limitadores

Cuando el poder de corte mximo anunciadopor el fabricante, con aparatos de gran Icw, esinsuficiente, no queda otra solucin que utilizarinterruptores automticos limitadores, quetienen habitualmente un poder de corte quellega hasta los 150 kA a 400 V.

Por su propio principio de funcionamiento,estos aparatos limitan el valor mximoalcanzado por la corriente, y aseguran un granpoder de corte, reduciendo al mismo tiempo

Fig. 10:Cronograma de corriente en el caso de una

conexin asimtrica o simtrica.

sim

asim

ef

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40 50

a: corte asimtrico

sim

ef

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 5010 20 30 40

b: corte simtrico

los efectos del cortocircuito tanto en lainstalacin como en el propio aparato.

Los interruptores automticos limitadores degran calibre tienen sin embargo un handicap,respecto a la selectividad con los aparatos

situados aguas abajo, porque su TED essiempre relativamente baja. En efecto, lalimitacin se obtiene habitualmente utilizandoel efecto de repulsin electrodinmica de loscontactos, que est directamente opuesto conla TED. El umbral de disparo del relinstantneo de autoproteccin (DIN) debeentonces situarse muy bajo, lo que limita laselectividad aguas abajo a valores muy bajos,salvo que se utilicen criterios de disparomuy elaborados (Cuaderno Tcnico n 167:La selectividad energtica en BT).

Ms an, un diseo hbil de los interruptoresautomticos limitadores de potencia puede


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Fig. 13:Curva de desconexin de un interruptor

automtico indicando los parmetros de ajuste.

Umbrallargo

retardo

Umbralcorto

retardo

UmbralDIN

0,5 s

20 ms

Largo retardo

Corto retardo

Instantneo

Umbralinstantneo

t

o Los rels simples, tienen normalmente unacurva a tiempo inverso de margen ajustablepara las protecciones contra sobrecargas y unmargen de disparo instantneo (< 10 ms),

tambin ajustable, para la proteccin contracortocircuitos.

Este margen instantneo tiene normalmenteun valor mximo de 10 a 12 In.

Es este el valor mximo, que limita laselectividad real, que puede conseguirse coneste rel.

o Rels llamados selectivos, tienen otroumbral de disparo temporizado, regulable envalor y en temporizacin (de 0 a 500 ms) y unrel instantneo ajustable hasta el valormximo admisible para el aparato (figura 13).

Si la Icw del interruptor automtico es igual a

su poder de corte, este valor puede resultarinfinito u off (es decir, que nunca habrun disparo instantneo - ver Poder de corte).La selectividad es entonces total, con lacondicin de que el rel instantneo estefectivamente ajustado a esta posicin off.En caso contrario, la selectividad real quedalimitada por los valores ajustados como antesse ha dicho.

Si la Icw es inferior al poder de corte, esteumbral instantneo puede sin embargo sermuy elevado (mucho ms que 12 In) si la TEDes elevada (ver Poder de corte). Laselectividad es entonces parcial, hasta que

la corriente eficaz corresponde a este margeninstantneo, o puede llegar a ser total, si eldispositivo de proteccin aguas abajo essuficientemente limitador para que este valorno se alcance nunca (ver Limitacin).

Por debajo de este valor, se utilizar laselectividad cronomtrica: el aparato del 3er

escaln se temporizar, por ejemplo, a100 ms; el del 2 nivel a 200 ms, y el del1er nivel a 300 ms.

o Los rels con selectividad lgica. Uncable de conexin conecta los rels de losinterruptores automticos de un mismocircuito. Si un rel detecta un cortocircuitoenva al rel aguas arriba una orden detemporizacin. l mismo dispararinstantneamente en cuanto se rebase suumbral de corto retardo (sea el que sea elajuste de la temporizacin) si no ha recibidouna orden de esperar proveniente de un relaguas abajo.

Esta funcin no modifica las reglas de laselectividad, pero reduce los efectos en lainstalacin porque el interruptor automticoinmediatamente superior al defecto dispararsiempre instantneamente.

Precisin del rel de autoproteccin

n Descripcin

Como hemos visto anteriormente (al final del Limitacin), un interruptor automtico cuyopoder de corte es superior a Icw necesita parasu propia proteccin un rel instantneo (DIN).

El umbral DIN debe seleccionarse de maneraque en las peores condiciones de toleranciaposible, resulte inferior a la resistencia ltimadel interruptor automtico. En concreto, hayque prestar una atencin especial a la

tolerancia de la cadena de medida de corriente.Si esta tolerancia es ancha, el umbral nominaldeber reducirse en la misma proporcin. Porel contrario, si este sistema de medida es muyexacto, el umbral nominal podr situarsemucho ms cerca del valor lmite de laresistencia del aparato (figura 14).

Fig. 14:Influencia de la precisin de la lnea de

medida de corriente en un interruptor automtico

selectivo.

Variacin de la TED

DIN impreciso

DIN preciso

Zone de selectividad Zona de selectividadCorrientepresunta

Variacin de la TED


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n Precisin de la lnea de medida

La precisin del sistema de medida dependede la precisin de los captadores. Con losinterruptores automticos, se utilizan dos

grandes familias de captadores:o los transformadores de corriente concircuito magntico (figura 15).

Esta tecnologa, la ms antigua, ofrece unaprecisin satisfactoria en el caso de aparatosque tienen un valor bajo de TED. Estostransformadores tienen un arrollamientosecundario de n espiras alrededor de un ncleode material magntico, estando el primarioformado por el paso a travs del circuitomagntico de un conductor principal.

Este transformador proporciona al secundariouna corriente (Is) igual a la corriente primaria

(Ip) dividida por el nmero de espiras (n) delsecundario.

La precisin es buena si el circuito magnticono llega a saturarse, o sea hasta unas 5 a 10veces la corriente nominal. Por encima deeste valor, la corriente secundaria essensiblemente menor que Ip/n (figura 16).

Adems, al cerrase un interruptor automticosobre un cortocircuito, la respuesta delcaptador a la primera onda de corriente estestrechamente ligada al estado magntico(magnetismo remanente) en el que le hadejado la corriente anterior. Si al cerrar, lacorriente primaria es del mismo sentido que la

anterior, la corriente secundaria Is quedarmuy atenuada en la primera onda; pero si esde sentido inverso, Is quedar aumentada.

En consecuencia, la lnea o cadena de medidapuede quedar afectada por un errorsignificativo, y por tanto, el constructor debede ajustar el umbral DIN a un valorsensiblemente menor que el de TED. Adems,si el umbral real est afectado por variacionesque le aproximan al valor mnimo, se producirun disparo instantneo (y por tanto unaprdida de selectividad) para un valor decortocircuito sensiblemente inferior alestrictamente necesario.

Variante: Hay que destacar que unaconstruccin especial puede neutralizarcompletamente la imprecisin del captador decorriente. Por ejemplo, para dar la orden deapertura del interruptor automtico se puedeutilizar, en cada polo, un captadoroptoelectrnico de luz que detecta laaparicin entre los contactos del arco que seproduce al rebasarse la resistenciaelectrodinmica.

En este caso, la selectividad no quedaafectada por la tolerancia del captador decorriente, salvo nicamente la de su propia

resistencia electrodinmica.

En la prctica, estos dispositivos complejossolamente estn justificados para solucionar laimprecisin de los captadores tradicionalescon grandes corrientes,

o los transformadores de corriente con toroamagntico (figura 17).

Esta novedad tecnolgica consigue unaperfecta utilizacin de los interruptoresautomticos. Estos transformadores decorriente o toros Rogowski, estn constituidospor un arrollamiento secundario que estbobinado sobre un material amagnticoalrededor del circuito primario. Estostransformadores suministran al secundariouna tensin proporcional a la variacin de lacorriente primaria. Al realizar la integracin deesta tensin con los circuitos electrnicos seobtiene una imagen de la corriente primaria.

Fig. 16:Variacin de corriente secundaria de un

transformador en funcin de la corriente primaria

(influencia de la saturacin del circuito magntico).

Corriente primaria p

Corriente

secundaria s

Tolerancia de s

Saturacin

Tole-

rancia

de p

Fig. 15:Esquema de principio de un transformador

de corriente con circuito magntico.

p

=sp

n

n espiras

Circuitomagntico


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Al no tener circuito magntico, estoscaptadores tienen una perfecta linealidad contodos los valores de corriente.

La contrapartida de esta caracterstica es:

el valor bajo de la tensin que suministra,

que el captador no proporciona ninguna

energa, la sensibi lidad de la seal secundaria a lasdimensiones del toro.

Todos estos detalles tienen su solucin:

un tratamiento cuidadoso de la seal,

la instalacin de un segundo captador, detipo magntico, que proporciona la potencianecesaria para alimentar el sistema electrnicodel rel de disparo,

el control de las dimensiones del toroutilizando materiales adecuados, a la vezestables, poco sensibles a la temperatura yfciles de fabricar en serie.

La precisin de estos captadores permite situarel umbral de disparo muy cerca del valor lmitede la resistencia del aparato (TED) y por otraparte se mejora el lmite de la selectividad.

Los rels de autoproteccin con di/dt

n Descripcin

Para mejorar las prestaciones del corte yobtener una cierta limitacin de la corriente decortocircuito en aparatos no limitadores, sepuede utilizar un rel de autoproteccin noajustado al valor instantneo de la corriente(ver Precisin de disparo de

autoproteccin), sino a su derivada (di/dt).

A una frecuencia dada, la derivada mxima dela corriente depende en efecto de su valoreficaz mediante la ecuacin:

Im x eff

di / dt 2 2 f, donde f es la frecuencia

de la red, lo que da:

di/dtmx = 0,443 Ief en 50 Hz (derivada enkA/ms si Ief est en kA)

di/dtmx = 0,531 Ief en 60 Hz.

El peor caso en cuanto a velocidad deestablecimiento de la corriente de cortocircuitoes el constituido por una onda simtrica, quese desarrolla en forma de senoide segn laecuacin:

Ief 2 sen 2 f t (figura 18).

Si se quiere limitar la corriente mxima

producida por este tipo de onda, esindispensable actuar con extrema rapidez.

Precisamente la derivada de la corrienteofrece esta posibilidad, porque, en este caso,su valor mximo se alcanza al iniciarse elcortocircuito; en cambio, el valor umbralinstantneo de la corriente puede tardar enalcanzarse varios milisegundos despus.

Para un cortocircuito de 100 kAef a 50 Hz, laonda simtrica genera una corriente mximade 140 kA de cresta en alrededor de 5 ms(figura 18).

Con un interruptor automtico de

autoproteccin basado en el valor del umbralde disparo instantneo de 100 kA de cresta,hay que esperar unos 2,5 ms para alcanzareste umbral, quedando entonces muy pocotiempo para limitar la corriente de formasignificativa. Con un rel sensible a laderivada de la corriente, la orden de disparo

soporte deplctico

s = k dip / dc

p

Fig. 17:Esquema de principio de un transformador

de corriente con toro amagntico.

Fig. 18:Principio de deteccin de un cortocircuito, a

partir de la derivada instantnea de corriente y

limitacin obtenida.

0

100

140

2,5 5 7,5 10

Tiempo

Corriente

Onda limitada

di/dt


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puede darse instantneamente, aunque sinembargo, con una ligera temporizacin paraevitar disparos intempestivos por parsitos.

n Influencia sobre la selectividad

A pesar de lo dicho, este tipo de rel deautoproteccin tiene un comportamientoparticular en cuanto a la selectividad. Enefecto, si aguas abajo de este aparato secoloca otro muy limitador, ste no tendr efectosobre la derivada de la corriente en el origendel defecto, puesto que es necesario untiempo, aunque sea muy corto, para que suscontactos se abran y que la tensin de arcogenerada entre estos contactos haga frenar elaumento de la corriente y despus la corte.

Por tanto, en este caso, la selectividadquedar limitada al valor de ajuste de la

derivada de la corriente, independientementede los dispositivos de proteccin situadosaguas abajo.

Por tanto, es determinante para la selectividadque el fabricante ajuste este aparato al valorms alto posible, compatible con la limitacinpretendida y su resistencia electrodinmica.

En el ejemplo anterior, si el ajuste se sita enun valor de 44,3 kA/ms que corresponde a unacorriente presunta de 100 kAef a 50 Hz, lalimitacin actuar solamente a partir de estevalor de corriente presunta, pero encontrapartida habr selectividad con los

aparatos aguas abajo hasta este mismo valor.Tngase presente que este mismo aparato a60 Hz tendr el mismo comportamiento, peropara un lmite de 83 kAef en lugar de 100 kAef.

Los rels con curva IDMTL

nnnnn Descripcin

En un campo muy diferente de lasconsideraciones anteriores, que se refiere a laselectividad de los interruptores automticos enrgimen de cortocircuito, algunos rels degama alta ofrecen curvas de disparo llamadasIDMTL definidas por la norma CEI 60 255-3.

Estas curvas permiten mejorar la selectividadde los interruptores automticos en situacinde sobrecargas, donde la selectividad puedeestudiarse con facilidad comparando lascurvas de disparo de los dispositivos deproteccin aguas arriba y aguas abajo(figura 19).

Fig. 19:Curva de disparo IDMTL de un interruptor

automtico.

r 6 r Cortoretardo

4t constante

2t constante

t constante

t constante

tr

t

Con estos rels, es posible ajustar adems delumbral y la temporizacin del rel de largoretardo la pendiente de tiempo de disparoen funcin de la corriente.

sta es la pendiente estndar, del tipoI2 t = constante, es decir, que el tiempo dedisparo es inversamente proporcional alcuadrado de la corriente y permite unaproteccin contra esfuerzos trmicosconstantes.

Las curvas IDMTL permiten diferentes tiemposde disparo, a escoger:

o constante(t = constante; DT = Definite Time),

o inversamente proporcional a la corriente(It = constante; VIT Very Inverse Time),

o inversamente proporcional al cuadrado de

la corriente(I2t = constante; EIT = Extremely InverseTime),

o inversamente proporcional a la potencia 4de la corriente(I4t = constante; HVF = High Voltage Fuse).

Esto permite conseguir una selectividad mejor,especialmente con los interruptoresautomticos de MT situados aguas arriba, quetienen normalmente un tiempo de disparoconstante, o con los fusibles de MT que tienenuna pendiente superior a I2t ( 4.3).


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3.3 Selectividad al cierre

Riesgos debidos a la conexin sobre undefecto

Cuando se cierra un aparato, el mecanismodebe proporcionar la energa necesaria para lamaniobra de los contactos, en especial para lacompresin de los resortes que aseguran lafuerza de apoyo de los contactos mvilessobre los contactos fijos. Es esta fuerza la quegarantiza el paso idneo de la corriente sinuna elevacin excesiva de la temperatura.

Cuando un interruptor se cierra sobre unacorriente normal o de sobrecarga, lascondiciones descritas no varansignificativamente de lo dicho.Por el contrario, cuando un aparato se cierrasobre una corriente de cortocircuito, se

producen esfuerzos electrodinmicosconsiderables entre los contactos, inclusoantes de que se complete el mecanismo decierre con su acompaamiento y despus lareapertura inmediata. Esta situacin debeevitarse so pena de destruccin rpida delaparato debido a una sucesin ininterrumpidade tentativas de cierre y apertura sin que elrel tenga tiempo de intervenir.

Necesidad de distinguir el caso de cierrecon corriente normal o con corriente decortocircuito

Por tanto, hay una diferencia sensible entre lacorriente que un aparato puede soportarcuando est cerrado (resistenciaelectrodinmica) y la corriente que el aparatopuede establecer completamente (capacidadde cierre) y que los anglosajones llamanclose & latch.

Se puede admitir que se controla el valor de lacorriente que el aparato es capaz de establecercompletamente, controlando la energa delmecanismo de mando. Al aumentar estaenerga, aumentar el lmite de corriente. Sinembargo, cuando las maniobras se hacen sincorriente o con corriente normal, estaenerga adicional no se consumir en loscontactos y por lo tanto se disipar en choques

en el mecanismo. Por tanto, no se puedeaumentar impunemente esta energa sin poneren compromiso la endurancia del mecanismo,valor esencial para el usuario, puesto quecondiciona la esperanza de vida del aparato.

La solucin del rel de 2 mrgenes dedisparo

Para poder utilizar un aparato en circuitosdonde la corriente puede alcanzar valoressuperiores a su capacidad de cierre, hay unasolucin, que consiste en hacer disparar alaparato si la corriente durante el cierre delcircuito sobrepasa esta capacidad. Laapertura se produce entonces en condicionescontroladas que no suponen ninguna dificultadespecial.

Puesto que esta capacidad de cierre es inferiora su resistencia electrodinmica, siempre es

posible colocar un simple rel instantneo conun umbral de disparo inferior a esta capacidad:entonces se perdera todo inters por tener unaresistencia electrodinmica elevada. Por tantohace falta disponer de un rel instantneo condos umbrales; uno bajo, que slo est activodurante el cierre (llamado DINF), y el otroalto, que est activo cuando el aparato estcompletamente cerrado (DIN).

En la prctica, este sistema puede aplicarsede dos maneras:

n la primera solucin, muy utilizada, consisteen tener activo el margen bajo durantealgunas decenas de milisegundos desde que

el rel detecta la corriente. Esta solucin esfcil de instalar, puesto que slo afecta al rely por tanto puede ejecutarse de maneraenteramente electrnica. Sin embargo, tieneun inconveniente mayor: no permite distinguirentre un aparato abierto que cierra y unaparato que anteriormente cerrado, sincorriente, o con una corriente muy baja, vesbitamente llegar una corriente decortocircuito. Esto es lo que sucede con uninterruptor automtico de entrada, cerrado, sincorriente, cuando se cierra uno de losinterruptores de distribucin aguas abajosobre un cortocircuito. En este caso, el umbralDINF del interruptor automtico de cabeza, se

activa sin motivo y perjudica la selectividadcuando el aparato sera suficientemente capazde proteger con su margen DIN,

n una segunda solucin, ms satisfactoria,consiste en detectar el movimiento de cierredel aparato y temporizar esta informacin eltiempo necesario para asegurar que el aparatoest completamente cerrado, utilizando estainformacin en forma de contacto elctricopara hacer conmutar el rel del estado DINF alestado DIN. Esta solucin garantiza que elumbral bajo slo est activo en el momentooportuno y no va a disminuir inadecuadamentela selectividad de un aparato ya cerrado.

Importancia de la selectividad en caso deun cierre con defecto

Hay que decir por ltimo que despus delcierre de un interruptor automtico, la prdidade selectividad provocada por la proteccinDINF es una consecuencia limitada, puestoque el disparo del aparato no tiene el riesgode desconectar una parte de la instalacin queanteriormente hubiera estado ya alimentada.Sin embargo, la selectividad sigue siendo tilporque permite, al menos hasta el umbralDINF, cerrar el aparato aguas arriba y no dejardisparar el aparato aguas abajo afectado porel defecto, facilitando as la localizacin del

cortocircuito.


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4 Caso de aplicacin: ejemplos de eleccin de interruptoresautomticos en una instalacin BT

4.1 Presentacin de la instalacin estudiada

El ejemplo que se estudia corresponde a lainstalacin BT representada en la figura 20.Este estudio incluye la coordinacin de lasprotecciones entre la BT y la proteccinsituada aguas arriba de cada transformador dealimentacin MT/BT. La eleccin se refiere alos productos de la marca Merlin Gerin.

La instalacin tiene dos entradas MT de 20 kV

protegidas por fusible, equipada cada una con

Fig. 20:1erejemplo de instalacin (con transformadores MT/BT 1600 kVA) con indicacin del orden de estudio

de la selectividad.

80 A

20 kV

NW25H1

TGBT

20 kV / 410 V1600 kVA

n2253 A

cc 36 kA

cc 50 kA

cc 72 kA cc 72 kA

A

5

44

33

1

NT08L1

NW25H1

NS250H

700 A

185 A

D

C

F

Cable

80 A

NW25H1

20 kV / 410 V1600 kVA

n2253 A

cc 36 kA

cc 50 kA

B

5

2

NW10H2

NS400H

750 A

330 A

E

G

Cable

un transformador MT/BT de caractersticas20 kV/410 V, 1600 kVA y un interruptorautomtico de entrada BT (A) o (B).Un interruptor automtico de acoplamiento (C)permite hacer funcionar las dos partes de lainstalacin conjunta o separadamente paraoptimizar la disponibilidad de la energa encaso de fallo de una de las dos entradas.


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4.2 Dimensionamiento de los aparatos de proteccin

Calibre de los aparatos (A) y (B) instalados

en las entradas BTDeterminacin de la corriente nominal en lasentradas BT:

1600 kVA en 410 V que corresponden a una

corriente nominal de1600 000

2 253 A.410 x 3

Se elegirn por tanto para la entrada aparatosde calibre 2 500 A.

Calibre de los fusibles instalados en lasentradas MT

La corriente nominal en las entradas MT es:

In1600 000

46 A.20 000 x 3

Se elegirn por tanto de acuerdo con loscuadros de seleccin de los fabricantes,fusibles de calibre 80 A (para tener en cuentalas corrientes de conexin y sobrecarga peroasegurando la proteccin trmica deltransformador).

Poder de corte de los diversos aparatos

n Corrientes de cortocircuito en diferentespuntos de la instalacin

Cada transformador tiene una corriente decortocircuito Icc = 36 kA (corriente quedepende de la potencia y de la tensin decortocircuito del transformador).

Por tanto, cuando el interruptor deacoplamiento est cerrado, se tiene aguasabajo de los aparatos (A) y (B) un poder decortocircuito de 2 x 36 = 72 kAef si sedesprecian las impedancias del juego debarras. La corriente de cortocircuito queatraviesa los interruptores automticos

situados en (F) y (G) no ser mayor que unos50 kA, teniendo en cuenta las impedancias delos cables.

n Poder de corte de los aparatos

El poder de corte necesario para cada aparatose calcula despus de los valores de corrientede cortocircuito en los diferentes puntos de lainstalacin.

Los interruptores (D) y (E) debern tener unpoder de corte superior a 72 kA; para losinterruptores automticos (A), (B) y (C) sersuficiente un poder de corte mayor que 36 kA;los interruptores automticos (F) y (G)debern tener como mnimo un poder de cortede 50 kA.

4.3 Eleccin de los aparatos para asegurar la selectividad

Principio

La determinacin de la selectividad se hacecomparando las caractersticas de cadainterruptor automtico con las de la proteccin(interruptor automtico o fusible) situadainmediatamente aguas arriba.

Los interruptores automticos de potenciasituados en la parte ms baja de la instalacinse elegirn y ajustarn para disparar lo msrpidamente posible, de manera que limitenlos sobreesfuerzos en la instalacin en casode sobreintensidad.

Una vez fijadas las caractersticas de estosinterruptores automticos, se sube en lainstalacin para asegurar la selectividad delos interruptores de dos en dos (interruptorautomtico superior/interruptor automticoinferior).

Selectividad entre los interruptoresautomticos (F) y (D)

o en (F): In = 185 A; Icc = 50 kA

Se podr utilizar un interruptor automtico decalibre 250 A, por ejemplo, un CompactNS 250 H (PdC 70 kA a 415 V),

o en (D): In 700 A; Icc = 72 kASe podr utilizar un interruptor automtico decalibre 800 A, por ejemplo un Compact NS800 L o un Masterpact NT 08 L1 (PdP 150 kAa 415 V).

Mecanismo de selectividad

El aparato (F) es muy limitador (la corriente decresta mxima que deja pasar es de 22 kA decresta para un cortocircuito presunto de50 kAef); este interruptor automtico permitirapor tanto una selectividad de tipo pseudo-cronomtrica con el interruptor automtico (D).


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Sin embargo, el interruptor automtico (D) estambin limitador, con una resistenciaelectrodinmica baja para conseguir unalimitacin muy buena. Por tanto, aqu se aplica

el principio SELLIM, y se consigue teneruna selectividad total entre (F) y (D) (porque,segn el principio de selectividad SELLIM elrel de (D) no dispara con la primera onda decorriente).

La funcin SELLIM se incorporasistemticamente en los rels Micrologic y seactiva automticamente en los aparatosafectados.

Selectividad entre los interruptoresautomticos (G) y (E)

o en (G): In = 330 A; Icc = 50 Ka

Se podr utilizar un interruptor automtico decalibre 400 A, por ejemplo un Compact NS400 H (PdC 70 kA a 415 V)

o en (E): In = 750 A; Icc = 72 kA

Se podr utilizar el mismo interruptorautomtico (limitador) que en (D), pero, comola limitacin del NS 400 H es menor que la delNS 250 H, esta asociacin no ser totalmenteselectiva. Para una selectividad aumentada,se podr utilizar un interruptor automticoselectivo y utilizar el poder de limitacin delaparato (G) para conseguir, si es necesaria, laselectividad pseudo-cronomtrica.

Por ejemplo, un Masterpact NW 10 H2

(In 1000 A, PdC 100 kA en 415 V,Icw = 85 kAef /1 s).

n Mecanismo de selectividad

Puesto que la Icw (85 kA) es inferior al PdC(100 kA), este aparato tiene un relinstantneo de autoproteccin con un umbralde disparo (DIN) en 170 kA de cresta.

Con una Icc = 72 kAef, la corriente de crestamxima en (E) es de 72 x 2,3 = 175 kA decresta. Puesto que el umbral DIN no sealcanza nunca, no habr disparo producidopor el DIN y que comprometa la selectividad.

Por otra parte, en caso de cortocircuito en (G),la corriente de cresta mxima, quecorresponde a una Icc de 50 kA, se limitarpara (G) a 30 kA de cresta! Por tanto laselectividad ser total, con la condicin dedotar siempre al aparato (E) de un rel con unumbral instantneo superior a 30 kA de cresta,

o sea, Ief n30

21 kA 212

, y ajustar la

temporizacin del rel de corto retardo al valorde 0,1 s.

n Variante

Tambin se podra utilizar en (E) un aparatolimitador, que tuviera una TED mayor que lade (D). Por ejemplo un NW 10 L1 (In 1000 A;PdC 150 kA en 415 V, Icw 30 kA/1s).n Ventaja de esta variante

La eleccin de este tipo de interruptorautomtico reduce considerablemente losesfuerzos electrodinmicos en los cablesentre (E) y (G), Por su poder de limitacin(125 kA de cresta a 72 kAef, frente a 165 kAde cresta sin limitacin). Este interruptorautomtico est dotado de un rel instantneode autoproteccin a 80 kA de cresta, que portanto nunca ser solicitado en caso de defectoaguas abajo de (G) (Icc limitada a 30 kA decresta). Por tanto, se tendr tambin aqu

selectividad total, de tipo pseudo-cronomtrico, es decir, debida a la limitacindel aparato aguas abajo.

(Nota: un aparato no limitador en (G) dejarapasar, en caso de cortocircuito, una intensidadde cresta de 50 kA x 2,3 = 115 kA de cresta,lo que provocara el disparo del interruptorautomtico (E).

Selectividad entre los interruptoresautomticos (E) y (C)

Esta selectividad no es indispensable si lasdos entradas estn operativas (porque laapertura del acoplamiento no interrumpe la

alimentacin por (A) y (B)). Por el contrario, nose consigue si la entrada (B) est fuera deservicio.

o Valor de la corriente nominal In en (C):

Para conseguir la mxima fiabilidad, losaparatos de acoplamiento se dimensionan deigual manera que los aparatos de entrada, osea, In = 2 500 A. Como que Icc = 36 kA, sepodr utilizar un interruptor automticoselectivo que permitir una selectividadcronomtrica con (E) (y con (D), quenecesariamente ha de ser limitador). Porejemplo, un Masterpact NW 25 H1 (In 2 500 A,PdC 65 kA a 415 V, Icw 65 kA/1 s).

n Explicacin de esta eleccin

Puesto que la Icw del aparato es igual a suPdC, esto no obliga a utilizar un relinstantneo de autoproteccin; la selectividadcronomtrica podr por tanto aplicarse sinrestriccin hasta el PdC. Por tanto, elinterruptor automtico (C) estar dotado de unrel selectivo, con los ajustes de disparoinstantneo en la posicin off y latemporizacin de corto retardo en la posicin0,2 s (puesto que la temporizacin del rel decorto retardo del interruptor automtico (E)est ajustada en la posicin 0,1 s).


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Selectividad entre el interruptor automtico(D) y (C)

La solucin aplicada para la selectividad entre(E) y (C) es vlida tambin entre (D) y (C),puesto que (C) es totalmente selectivo hastasu PdC.

Selectividad entre los interruptoresautomticos (C) y (B) o entre losinterruptores automticos (C) y (A)

Se trata de dos aparatos selectivos sin relinstantneo de autoproteccin. Aqu tambinse aplica la selectividad cronomtrica hastasu PdC.

Para (A) y (B): rel selectivo, con el relinstantneo ajustado a la posicin off y latemporizacin de corto retardo ajustada en laposicin 0,3 s (puesto que la temporizacindel rel de corto retardo del interruptorautomtico (C) est ajustada en la posicin0,2 s).

Selectividad entre los interruptoresautomticos (A) o (B) y los fusibles MT

Para analizar esta selectividad, hay quecomparar las curvas de disparo de losinterruptores automticos BT y las de losfusibles MT.

Para esto hay que transportar la curva delfusible MT a la grfica BT, multiplicando laescala de corriente por la razn de

transformacin, en este caso:20000/410 = 48,8 (figura 21).

La selectividad se estudia con dos tipos derels: primero para un rel selectivo estndary segundo para un rel con curva IDMTL.

n Ajuste en el caso de rels selectivosestndar

o Umbral de largo retardo

No hay problema: la corriente lmite de nodisparo del fusible est muy por encima de lacorriente lmite de disparo del interruptorautomtico; por tanto se podr ajustar elumbral de largo retardo a su valor mximo

(o sea,Ir =

In).

o Temporizacin de largo retardo y umbralde corto retardo

La caracterstica de fusin de los fusibles MTtiene una pendiente mucho mayor que la deldisparo del rel de largo retardo (LR), dependiente I2t ( figura 21).

Por tanto ser necesario, para evitar lainterseccin de ambas curvas, ajustar latemporizacin de largo retardo (tr), o el umbralde corto retardo (Isd) a valores suficientementebajos.

En este caso, un buen compromiso consisteen ajustar tr = 12 s (para 6 Ir, con un margenque va generalmente de 1 a 24 s), e Isd = 4 Ir(con un margen de 1,5 a 10 Ir).

Estos valores permitirn dejar pasar sindesconexin intempestiva los picos de

conexin o de corriente de arranque de losreceptores situados aguas abajo; el estudiodetallado hay que hacerlo en funcin de estosreceptores. Con un umbral mayor de cortoretardo, 5 Ir por ejemplo, habr que disminuirtr a 4 s.

o Temporizacin de corto retardo

Puesto que la temporizacin de corto retardoest ajustada en la posicin 0,3 s paragarantizar la selectividad con los aparatosaguas abajo, como se ha indicadoanteriormente, las curvas del fusible y delinterruptor automtico se cortan hacia 10 In(figura 21). Por tanto, la selectividad entre elinterruptor automtico y el fusible MT quedarlimitada a aproximadamente 25 kAef para unacorriente de cortocircuito mxima Icc de36 kAef.

n Ajuste en el caso de rels con curvaIDMTL (ver Rels con curva IDMTL)

Con estos rels, se puede adaptar lapendiente de la curva de largo retardo. Eneste caso, se podr optar por la pendienteHVF (Hig Voltage Fuse), que es la que msse acerca a la del fusible (pendiente en I4t).

Con una temporizacin de 6 Ir de 2 s, seobtiene una insensibilidad mejor a las

corrientes transitorias de valor elevado (picosde conexin o de arranque) en la zona de lascurvas comprendida entre 5 y 10 Ir y el umbralde corto retardo puede ajustarse a cualquiervalor deseado hasta 10 Ir (figura 21).


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Fig. 21:Anlisis de la selectividad entre un interruptor automtico BT y unos MT - aplicacin en el caso de la

instalacin estudiada.

Fusible MT 80 A, acompaamiento BT

Curva fusible AT tr = 2 s

Curva2t

tr= 12 s

Umbral corto retardo = 4 r

cc mx 36 kA

Corto retardo: posicin 0,3 s

10000

1000

100

10

1

0,1

0,01

0,100 1,000 10,000 100,000

Td (s)

/ n

4.4 Variante con selectividad lgica

Esta variante necesita en (A), (B), (C), (D) y(E) la utilizacin de rels que tengan estafuncin (tipo Micrologic 5.0 A).

Descripcin

El principio terico y el funcionamiento real dela selectividad lgica se detallan en elCuaderno Tcnico n 200, dedicado a este tipode selectividad. Recordemos que cada reltiene dos bornes de entrada (IN), para

conectar a los aparatos aguas abajo y dosbornes de salida (OUT) para conectar a losaparatos aguas arriba (figura 22).

Cuando un rel detecta un defecto superior asu umbral de corto retardo, cortocircuita losbornes de salida. Cuando un rel ve susbornes de entrada cortocircuitados, activa latemporizacin de corto retardo. Si no, disparainstantneamente.


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Instalacin en este caso

n Los primeros aparatos (D) y (E) tendrn susentradas cortocircuitadas permanentementepara que est activa la temporizacin de cortoretardo. Esto garantiza la selectividad con elnivel inferior (interruptores automticosCompact NS).

n A continuacin se llevar a cabo elcableado y el ajuste de las temporizaciones decorto retardo segn se ve en la figura 22.

El cableado directo entre (E) y (B) por unaparte y (D) y (A) por otra, permite asegurar laselectividad entre estos aparatos cuando elinterruptor automtico de acoplamiento (C)est abierto. Los diodos garantizan laindependencia de las dos mitades de lainstalacin: en este caso, evitan que (D) acte

sobre (B) y que (E) acte sobre (A).Funcionamiento

n En caso de defecto aguas abajo de (G)(figura 20), (G) disparar instantneamente,y (E) quedar temporizado en 100 ms, portanto no disparar y enviar una seal a (C),

OUT

A

CR, ajuste a 2

IN

OUT

C

CR, ajuste a 2

IN

OUT

B

CR, ajuste a 2

N

OUT

D

CR, ajuste a 1

IN

OUT

E

CR, ajuste a 1

IN

Otrasderivaciones

Otrasderivaciones

Fig. 22:Instalacin de la selectividad lgica: grfico del ajuste de temporizaciones y cableado de los rels.

que quedar por tanto temporizado 200 ms(no disparo) y retransmitir la seal a (A) y (B)(temporizaciones ajustadas a 200 ms no-disparo) y por tanto slo (G) disparar.

n En caso de defecto entre (G) y (E) Edisparar al llegar a 100 ms, enviar unaseal a (B) y (C) que sern temporizadas en200 ms (no disparo), y (C) enviar una seal a(A), temporizacin ajustada a 200 ms nodisparo).

Si (C) est abierto no enviar seal a (A), peroste no ver el cortocircuito.

n En caso de defecto entre (E) y (C)

o si (C) est cerrado, (C) dispararinstantneamente, y enviar seal a (A) y a(B) (temporizaciones ajustadas a 200 ms).Puesto que el defecto est alimentado por dos

entradas en paralelo, (C) cortar la corrienteentregada por el transformador de la izquierday (A) permanecer cerrado, dejando la partede la izquierda de la instalacin en servicio.(B), al cabo de 200 ms, interrumpir lacorriente entregada por el transformador de laderecha.


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o si (C) est abierto, no enviar seal a (B),que por tanto disparar instantneamente.

n En caso de defecto entre (C) y (B), (B)disparar instantneamente.

Nota: un defecto entre (E) y (C) o entre (C) y(B) es muy poco probable, puesto que estosaparatos estn situados normalmente en unmismo cuadro.

De este modo, la selectividad lgica permitelimitar mucho los esfuerzos sobre lainstalacin, tanto ms cuanto ms cerca estnlas salidas de la fuente de alimentacin de la

4.5 Variante con dos entradas ms potentes

Sea un esquema como el anterior, pero con:

n la potencia de los transformadores llegahasta 2500 kVA y la intensidad del circuito dederivacin (E) hasta 2200 A,

n la proteccin MT se ha hecho coninterruptores automticos MT (figura 23).

La corriente nominal en (A) y (B) pasa a ser de3520 A y la Icc 54 kA. En el juego de barrasprincipal Icc pasa a ser de 108 kA.

Eleccin del interruptor automtico MT

Para una tensin MT de 20 kV, se podrutilizar un interruptor automtico tipo MC-Set

red. Sin este artificio, un defectoinmediatamente aguas abajo de (A) o (B)provocara un disparo en ms de 300 ms,frente a lo conseguido aqu, que es de

solamente algunas decenas de milisegundos.Por otra parte, puesto que el disparo de losaparatos es instantneo en la casi totalidad delos casos, la selectividad con los fusiblesMT ser total, puesto que estar limitada a25 kAef debido a la temporizacin de 300 msde corto retardo de los aparatos (A) y (B).

Fig. 23:2 ejemplo de instalacin (potencia de los transformadores MT/BT 2500 kVA).

20 kV

NW40H1

CGBT

Int. autom. MT Int. autom. MT

20 kV / 410 V2500 kVA n 3520 A cc 54 kA

cc 78 kA

cc 108 kA cc 108 kA

A

5

4

5

4

3 3

1

NT08L1

NW40H1

NS250H

700 A

185 A

D

C

F

Cable

NW40H1

20 kV / 410 V2500 kVA n 3520 A cc 54 kA

cc 95 kA

B

2

NW25H3

NS400H

2200 A

330 A

E

G

Cable


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de la marca Merlin Gerin, con un rel deproteccin Sepam de tipo transformador.

Este rel tiene 2 umbrales de disparo(figura 24).

El primero sirve de proteccin en caso decortocircuito entre el transformador y elinterruptor automtico BT, o en caso de fallode la proteccin BT. El segundo sirve deproteccin en caso de cortocircuito por encimadel transformador.

Eleccin de los interruptores automticos BT

n Interruptor automtico (E)

Puesto que la Icc es superior a 100 kA, no sepodr utilizar un NW 25H2 (PdC 100 kA). Yano se puede utilizar un interruptor automticolimitador cuya corriente nominal no supere los

2000 A (NW 20L1)!

La solucin consiste en utilizar un interruptorautomtico selectivo de alto poder de corte,como el NW 25H3, que proporciona un PdCde 150 kA con una Icw de 65 kA/3 s.

n Interruptores (A), (B) y (C)

Para In = 3520 A, se elegirn interruptoresautomticos del tipo NW 40H1 (In 4000 A,PdC 65 kA, Icw 65 kA/1 s.

Ajuste de los aparatos para asegurar laselectividad

No hay que hacer ningn cambio fundamental.El aparato (E) se temporizar en la posicin0,1 s; el aparato (C) se temporizar en laposicin 0,2 s; y los aparatos (A) y (B) setemporizarn en la posicin 0,3 s.

En caso de utilizacin de la selectividad

lgica, seguir siendo vlido el esquema de lafigura 22.

Fig. 24.

Curva2t

tr = 12s

Umbral corto retardo = 5 r

10000

1000

100

10

1

0,1

0,010,100 1,000 10,000 100,000

Td (s)

/ n

cc BT mx54 kA

cc MT mx

Umbral alto1400 A(BT : 68 kA)

Int. autom. MTacompaamiento BTumbral bajo 600A(BT: 29 kA)


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Normas

n CEI 60255-3

Cuadernos Tcnicos Schneider Electric

n Interruptores automticos con SF6 Fluarc y

proteccin de motores MT.Cuaderno Tcnico n 143.D. GIBBS - J. HENNEBERT

n Evolucin de los interruptores automticosBT con la norma CEI 60947-2.Cuaderno Tcnico n 150.E. BLANC

n Los esfuerzos electrodinmicos en losjuegos de barras BT.Cuaderno Tcnico n 162.JP. THIERRY - C. KILINDJIAN

n La selectividad energtica en BT.Cuaderno Tcnico n 167.R. MOREL - M. SERPINET

n Proteccin de redes por el sistema deselectividad lgica.

Bibliografa

Ajuste del rel de proteccin delinterruptor MT

El primer umbral debe ser inferior a lacorriente de cortocircuito aguas abajo deltransformador, o sea, 54 kA lado BT, queequivalen a 1100 A lado MT. Debe de serselectivo con el umbral de corto retardo de losinterruptores automticos (A) o (B). Si seajusta a 5 In, el valor correspondiente mximoser In veces su umbral de tolerancia, portanto: 4000 x 5 x 1,1 = 22 kA, o sea, 450 Alado MT.

El primer umbral MT podr por tanto ajustarsea 600 A.

Para evitar la interferencia con latemporizacin de corto retado de 0,3 s, latemporizacin ligada a este primer umbral seajustar, por ejemplo, a 0,6 s.

El segundo umbral deber ser superior a lacorriente de cortocircuito citada (1100 A) einferior a la corriente de cortocircuito aguasarriba del transformador. Suponiendo que lared tenga una potencia de cortocircuito de150 MVA, la corriente correspondiente ser de4 kA lado MT.

El segundo umbral podr ajustarse a 1400 A.

CT201 Selectividad en los interruptores autom ticos de poten

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