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Proteccin y su coordinacin5.1.- criterios generales de seleccin de proteccionesTodas las instalaciones elctricas tienen un limite trmico por lo cual se limita la cantidad de corriente permisible en un conductor a un valor en la cual el calor pueda ser disipable de forma segura, esto es en busca de eliminar el efecto Joule.

Hay puntos a tomar en cuenta para tener una instalacin elctrica optima y que debe cumplir con ciertos criterios establecidos por normas. Estos son: Los ramales deben ser individuales por cada circuito respetando los valores mximos de carga.El tamao menor de conductor en alumbrado no debe ser menos del No. 12 AWG.Se debe proveer de circuitos separados para alumbrado general, para contactos y para aplicaciones especiales.

Estos son algunos puntos a considerar para que se encuentre segura una instalacin elctrica.

De no contar con una buena instalacin elctrica los tableros de control se pueden producir un cortocircuito, los cuales pueden llevar a la explosin de este mismo.

5.2 CURVAS DE TIEMPO-CORRIENTE DE RELEVADORES Y DISPOSITIVOS DE PROTECCIN DE SOBRECORRIENTE PARA ALTA, MEDIA Y BAJA TENSIN

Se pueden definir como las que permiten encontrar el tiempo necesario para interrumpir una determinada corriente estimada de cortocircuito.Permiten encontrar el tiempo necesario para interrumpir una determinada corriente estimada de cortocircuito.

La especificacin del fusible se basa por lo general en los siguientes cuatro factores:

Voltaje nominal: este voltaje rms determina la capacidad de un fisible para suprimir el arco interno que ocurre despus que se funde el fusible. Corriente nominal continua: el fusible debe llevar esta corriente rms de forma indefinida, sin fundirse ni abrirse.Corriente nominal de interrupcin: Esta es la corriente asimtrica rms ms grande que el fusible puede interrumpir en forma segura. Tiempo de respuesta: El tiempo de fusin y de apertura de un fusible depende de la magnitud de la sobre corriente o corriente de falla, y por lo general se especifica mediante una curva de tiempo-corriente.

En la figura se muestra la operacin de un fusible limitador de corriente.

Los fabricantes proporcionan tres tipos de datos bsicos para los fusibles, que son:

Las curvas tiempo-corriente: Estas curvas muestran los tiempos de fusin a distintos valores de corriente.Las curvas corriente-limitacin que muestran los picos de corriente para distintos valores de corrientes simtricas.Las curvas o tablas que muestran el valor de I2t y los niveles de dao para diferentes fusibles a valores especficos de corrientes de falla.

Las curvas tiempo-corriente se grafican con las siguientes bases:

Los fusibles no han sido sometidos a sobrecarga, es decir, los fusibles no han conducido ninguna corriente antes de la prueba.La temperatura ambiente en que se hace la prueba es de 25 C.La instalacin del fusible es al aire, no en un interruptor u otro dispositivos.

En la siguiente figura se muestra la curva tiempo-corriente de un fusible que limita la corriente (en forma continua) de 15.5kV, 100A.

5.3 Proteccin de transformadoresLos transformadores por ser mquinas estticas tienen un nmero de fallas relativamente bajo en comparacin con otros elementos del sistema, sin embargo, cuando llega a fallar, puede que sea aparatosa y grave la falla, llegndose, inclusive, a presentar el caso de incendio.Es frecuente tambin, que la magnitud de las corrientes de falla interna sea baja en comparacin con la corriente nominal o de plena carga, por lo que la proteccin requiere de una alta sensibilidad y rapidez de operacin.Las condiciones anormales que se pueden presentar en un transformador, son:Fallas incipientesFallas internasFallas elctricasLas llamadas fallas incipientes, en su etapa inicial no son serias pero en ocasiones, cuando no se libran pronto, pueden dar lugar a fallas mayores, dentro de esta categora de fallas, se pueden presentar las siguientes:

Fallas de aislamiento en los tornillos de sujecin de las laminaciones de los ncleos y del aislamiento que los recubre.Puntos calientes por conexiones de alta resistencia o defectuosas en las bobinas, que producen puntos de calentamiento localizado o eventualmente con produccin de arco elctrico.Arcos elctricos entre los devanados y el ncleo del tanque, debido a sobretensiones por descargas atmosfricas.Fallas en el sistema de enfriamiento (en el caso de transformadores con enfriamiento por aceite por - ejemplo) como puede ser nivel bajo de aceite o bien obstruccin del flujo del aceite.Proteccin de transformadores en instalaciones industriales de ms de 600 v.este tipo de transformadores requiere por norma, al menos la llamada proteccin contra sobrecorriente. En este caso, cuando se aplica la palabra Transformador se quiere decir un transformador o un banco de dos o tres transformadores monofsicos, operando como una unidad trifsica Proteccin primaria.Cuando se usan fusibles, su capacidad se debe designar a no ms del 150 % de la corriente nominal o de plena carga en el primario del transformador. Las normas tcnicas para instalaciones, permiten el uso del siguiente tamao o valor normativo si el valor calculado con el 150% no corresponde con el valor estndar del fusible.

Existen algunas excepciones a esta regla, que deben ser consultadas para su aplicacin. transformador

Proteccion primaria y secundaria: Para comprender los artculos de las normas tcnicas para instalaciones elctricas, relacionadas con la proteccin de transformadores, es necesario algunas explicaciones sobre terminologa y frases. Dispositivo de sobrecorriente del alimentador primario: es el dispositivo que esta localizado en la fuente de alimentacin del transformador, por ejemplo: los fusibles o los interruptores conectados a la barra.

Dispositivo 1PrmarioDispositivo 2 secundsarioLos dispositivos de sobre corriente individuales en las conexiones primarias, son por lo general, aquellos dispositivos localizados cerca del mismo transformador.

Ejemplo : Seleccionar los fusibles para el primario de un transformador trifsico que tiene una potencia nominal de 1500 kva, 13,8kv/4,16kv, 60hz con una impedancia del 5.5%.

Proteccin de transformadores de potenciala protecciones de transformadores de potencia slo se tratarn los aspectos especficos, las protecciones tpicas que se aplican en transformadores de potencia, son:La proteccin diferencial,La proteccin para deteccin de gases (Buchholz),Proteccin contra sobrecarga.Proteccin diferencial (87): Esta proteccin es capaz no slo de eliminar todos los tipos de corto circuito internos, inclusive entre espiras, tambin fallas debidas a arcos elctricos en los aisladores de los transformadores.

En el caso de los transformadores aparecen otras corrientes diferenciales que no son de falla, y que se deben principalmente a:

La corriente de magnetizacin inicial.A los errores propios de los transformadores de corriente localizados en ambos extremos del transformador,A no ajuste perfecto de las relaciones de transformacin de los transformadores de corrienteA la posible conexin del transformador de potencia en taps distintos.

Debido a los factores anteriores se deben usar rel diferenciales compensados con diferencias porcentuales de tal forma que puedan compensar tales diferencias.Algunas consideraciones adicionales que se tienen que establecer en la aplicacin de la proteccin diferencial a los transformadores de potencia, son las siguientes:Debido a que tienen normalmente distinto voltaje en sus deyanados primario y secundario; las corrientes de entrada - salida son distintas, y en consecuencia se requieren transformadores de corriente con distinta relacin de transformacin.

Debido a que las conexiones de cada uno de los devanados pueden ser distintas por ejemplo, delta/estrella, entonces las corrientes medidas en cada uno de los devanados, tienen un desfasamiento de 30.

La seleccin apropiada de las relaciones de transformacin de los TCs debe corresponder a la mxima condicin de carga del transformador de potencia, esto significa la capacidad en su ltimo paso de enfriamiento. Por ejemplo, para un transformador con enfriamiento OA/FA se calculan para la corriente en el paso FA.Proteccin para deteccin de gasesla proteccin contra la deteccin de gases, se hace en base del llamado rel - Buchholz que se instala entre el tanque del transformador y el tanque conservador.El mecanismo de operacin, se basa en burbujas de los gases son producidos por ruptura lenta del aislamiento o flujo de corriente incipiente, los cases suben a travs del aceite hasta el tanque conservador (cmara de acumulacin de gases), este proceso permite detectar fallas incipientes, el gas acumulado hace que se muevan los flotadores y suene la alarma, mediante un anlisis del gas se puede determinar qu tipo de aislamiento se deterior.

Proteccin contra sobrecarga.La proteccin contra sobrecarga de un transformador, se hace por lo general, por medio de la proteccin por sobrecorriente. La deteccin de la proteccin contra sobrecorriente, se hace para fallas de fase y/o a tierra, esta proteccin constituye una proteccin primaria para unidades pequeas o para cualquier unidad que no tenga proteccin diferencial opera tambin como proteccin de respaldo en grandes unidades - protegidas con rel diferenciales -, las unidades de alrededor de 10 MVA y menores se puede usar una proteccin primaria a base de fusibles.El valor mximo de corriente de falla que puede soportar un transformador se calcula como 1/Zpu veces la corriente nominal siendo Zpu , el valor de su impedancia expresada en por unidad. Por ejemplo, para un transformador con Z = 4 % la mxima corriente de falla que puede circular a travs del mismo es 1/ 0.04 = 25 veces la corriente nominal. Estos valores, en general, se dan en la tabla siguiente:

La curva de dao de transformadores, da una informacin ms completa de las corrientes y el tiempo de aguante. Esta se muestran a continuacin:

5.4 Proteccin de motores de baja y media tensin. Seleccin de interruptores y fusibles.

Necesidad de la proteccin de motores.

La frecuencia de averas de los diferentes motores difiere, puesto que depende de las diferentes condiciones especficas de funcionamiento.La mayora de los problemas son debidos a sobrecargas. Los fallos en el aislamiento de los conductores, defectos a tierra, cortocircuitos entre espiras o cortocircuitos en el bobinado, son debidos a una tensin excesiva, o tambin a la contaminacin por humedad, aceite, grasa, polvo o productos qumicos.

El porcentaje aproximado de cada una de estas causas individuales es de:Sobrecarga 30%Daos del aislamiento 20%Fallos de fases 14%Daos en cojinetes 13%Envejecimiento 10%Daos en el rotor 5%Otros 8%

Proteccin dependiente de la corriente

FuncinEl consumo de corriente del motor constituye una medida de la elevacin de su temperatura. Como no se mide la temperatura del bobinado del estator o del cuerpo del rotor, esta conexin slo se aplica en las siguientes condiciones marginales, sujetas a:

La carga nominal del motor se refiere a la mxima temperatura del refrigerante de 40 C.

Las sobrecargas temporales, por ejemplo, durante el arranque, han de ser toleradas, como se ilustra en la Figura 6.1.1.

Bimetlico Principio de proteccinFuncinLos rels de sobrecarga con retraso trmico y los protectores de sobrecargas de la mayora de los interruptores automticos de potencia utilizan lminas bimetlicas, las cuales se calientan por efecto de la corriente del motor. Como puede verse en la Figura 6.4.1, los bimetales disparan un contacto auxiliar, va una barra de disparo, que interrumpe el circuito de la bobina del contactor del motor. En los interruptores automticos de potencia el disparo es directo. Podemos distinguir los siguientes tipos de calentamiento de acuerdo con la Figura 6.4.2:Calentamiento directo: la corriente de calentamiento que es de 20...70 A, aproximadamente, fluye directamente por la lmina bimetlica. No se permiten corrientes inferiores, porque su capacidad de caldeo (Pv = I2 R) es insuficiente para producir la deflexin.

Calentamiento indirecto: la corriente de calentamiento no fluye directamente por la lmina bimetlica, sino a travs de un bobinado calefactor alrededor de dicha lmina bimetlica. Es adecuado para corrientes comprendidas entre 0,1...20 A aproximadamente.

Calentamiento por transformador: la corriente del motor (> 60 A) fluye a travs del bobinado primario de un transformador. El bobinado de calefaccin del bimetal se conecta al secundario de dicho transformador. En caso de cortocircuito, el rel bimetlico est totalmente protegido en la prctica.

Los rels trmicos, en su mayora, estn compensados en temperatura. Existe un bimetal adicional de compensacin en la ruta de transmisin de energa desde el bimetal de corriente hasta el contacto de disparo, el cual previene los cambios en las caractersticas de disparo del rel debidos a la temperatura ambiente, la cual, de acuerdo con IEC, se encuentra entre 5 y +40 C, y podra afectar negativamente al objeto protegido. Como la carga permisible del motor se reduce al incrementarse la temperatura del refrigerante, los rels habitualmente estn ligeramente subcompensados por razones de seguridad.Durante el arranque seguido de una carga constante, el rel trmico protege al motor sin problemas. Sin embargo, durante el funcionamiento intermitente con alta frecuencia de conmutacin y carga variable, la proteccin del motor es insuficiente de por s, debido a que el rel trmico slo puede reproducir de forma aproximada el comportamiento trmico del motor. Durante el funcionamiento intermitente con arranques frecuentes, la constante de tiempo del bimetal, que es considerablemente ms reducida comparada con la del motor, provoca disparos prematuros. Proteccin contra cortocircuitos de los motores de media tensin

Las elevadas tensiones de fase, producidas por cortocircuitos entre fases y entre stas y tierra son detectadas. El suministro se puede interrumpir por medio del interruptor automtico previamente conectado.La proteccin contra cortocircuitos siempre se encuentra activa normalmente.Por ello, el nivel de respuesta ha de ajustarse ligeramente por encima de la corriente mxima de arranque.El disparo se debe retrasar 50 ms., aproximadamente. Por otra parte, esto permite un rpido funcionamiento del interruptor automtico de potencia y, adems, evita cortes no deseados como resultado del pico de corriente.Durante un cortocircuito, se dispara un rel de salida separado del resto de las funciones de proteccin. ste activa un interruptor automtico de potencia con suficiente capacidad de extincin del corto circuito. Para evitar que el contactor se desconecte en condiciones de cortocircuito y, por tanto, se destruya, el rel de salida de proteccin trmica ha de bloquearse para las corrientes que superen valores >12 Ie. Vea la Fig. 6.21.1 y la 6.22.1

5.5 PROTECCIN DE ALIMENTADORES PRIMARIOS.SELECCIN DE FUSIBLES Y RELEVDORESALIMENTADORES PRIMARIOS Podemos distinguir tres tipos bsicos de alimentadores primarios:

a) Tipo rural.- con dos tipos de carga; la que alimenta pequeos poblados cuya carga se caracteriza por motores chicos (bombas, molinos, pequeas industrias) y alumbrado y la que alimenta grandes sistemas de bombeo.

b) Tipo urbano.- aquel que tiene cargas de alumbrado, pequeos y grandes comercios y pequeas industrias.

c) Tipo industrial.-urbano y rural que se caracteriza por grandes consumos de energa y por ende grandes motores.

Los alimentadores primarios generalmente operan en forma radial y en el caso de existir anillos, stos estn normalmente abiertos operando como circuitos radiales alimentando la carga de diferentes subestaciones.

La forma ms usual de proteccin para las fallas que se presentan en el alimentador primario es la de sobrecorriente, con un esquema formado por tres relevadores de fase alimentados a travs de igual nmero de TCs cuyos secundarios se conectan en estrella y un relevador residual que como su nombre lo indica se conecta al neutro comn de la estrella formada.

Este esquema cuenta siempre con unidades de sobrecorriente de disparo instantneo. El ajuste de la unidad de disparo instantneo de sobrecorriente, depender de si el siguiente dispositivo de proteccin sobre el alimentador es fusible o restaurador, como se indica en los lineamientos bsicos.

Si el dispositivo es fusible se puede optar por: 1) Ajustar la unidad instantnea para ver la falla en el punto de ubicacin de los fusibles en la primera operacin de la proteccin, despus bloquear su operacin por medio de contactos auxiliares del relevador de recierre con el fin de que si la falla no se libra en esta primera ocasin opere la unidad 51 dando tiempo a que el fusible se queme.

2) Ajustar la unidad instantnea de manera que no vea la falla en la localizacin del fusible y seleccionando la unidad de tiempo de forma tal que permita se funda ste. COORDINACIN RELEVADOR-RELEVADOR La aplicacin de este tipo de arreglo se da fundamentalmente entre dispositivos ubicados en una misma subestacin (proteccin de banco en A.T. proteccin de banco en B.T. y proteccin de banco proteccin de alimentador).

Tambin puede presentarse en lneas de subtransmisin radiales o lneas de 34.5 KV que van alimentando varias subestaciones escalonadas en arreglos de los conocidos como en cascada y cuyos alimentadores de enlace poseen relevadores de sobrecorriente. 5.6 COORDINACIN ENTRE DISPOSITIVOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS. SELECCIN Y AJUSTE

La desconexin debe garantizar el corte de servicio de toda la instalacin o de una parte de ella al aislarla de forma segura de cualquier fuente de alimentacin, con lo que se garantiza la seguridad de las personas que trabajan en ella. La desconexin debe efectuarse con dispositivos que abran todos los polos en una nica operacin En relacin con aplicaciones MT, la lnea de entrada en la subestacin puede proporcionarse con un interruptor-seccionador de lnea y un interruptor-seccionador de puesta a tierra, que estn bloqueados entre s; en caso de mantenimiento, se emplean para poner a tierra automticamente la lnea aguas arriba cuando se abre el interruptor-seccionador de lnea.En la parte de BT, el interruptor-seccionador podra ser el elemento de entrada en un cuadro de conmutacin secundario, El seccionador es un equipo de maniobra, que en su posicin abierta garantiza una cierta distancia de aislamiento entre los contactos. En general, el secciona- dor es adecuado para abrir o cerrar circuitos en que circulan pequeas intensidades (o bien intensidades del orden de la intensidad nominal del dispositivo), y no se facilita con un rel de proteccin.