Asegurar la protección del circuito eléctrico sin activaciones accidentales

07-20-2011 | Eléctrica

Por Jack Smith

Registro de la calidad de la alimentación eléctrica trifásica con el Fluke 1750

Registre la calidad eléctrica en sistemas trifásicos y compruebe la existencia de perturbaciones de calidad eléctrica con el registrador de calidad eléctrica Fluke 1750 y el software Fluke Power Analyze. Estos medidores de calidad eléctrica registran automáticamente todos los eventos y parámetros de calidad eléctrica, en todos los ciclos y en todo momento.

Ya sean comerciales, institucionales, municipales o industriales, tarde o temprano, prácticamente todas las instalaciones experimentarán algún tipo de situación de sobrecorriente. A menos que se les trate correctamente, hasta los niveles modestos de sobrecorriente pueden causar el sobre calentamiento de componentes del sistema y daños al aislamiento, los conductores y el equipo. Si es suficientemente grande, una condición de sobrecorriente puede destruir el aislamiento y derretir los conductores. La corriente de falla y los cortocircuitos también pueden producir incendios, explosiones, arcos eléctricos, ráfagas de arco, que pueden causar lesiones o la muerte del personal.

La electricidad se distribuye a una tensión mayor que la que pueden usar la mayoría de las instalaciones. Los transformadores reducen la tensión del nivel de transmisión a una tensión media. Si una instalación usa tensión media para equipos como motores grandes, la potencia se distribuye a través de un conmutador de tensión media. Sin embargo, la mayor parte de las instalaciones no residenciales usa transformadores de subestación secundarios para reducir la tensión a baja tensión. Aunque el IEEE define los sistemas de baja tensión como los que funcionan con menos de 1000 V, la mayoría de las aplicaciones industriales tienen una clasificación de 600 V o menos.

Dependiendo del tipo de instalación, el conmutador de baja tensión distribuye la potencia a través de los alimentadores a los circuitos derivados. Estos circuitos derivados pueden incluir centros de control y variadores de motor, centros de carga e incluso equipos asociados como módulos de medición, capacitores y filtros de armónicos.

Algunas instalaciones mayores pueden necesitar provisiones para asegurar que las aplicaciones de misión crítica tengan un suministro confiable de energía eléctrica. Las instalaciones pueden optar por alimentaciones secundarias de la empresa pública, generación de corriente en el sitio o generadores de respaldo, que normalmente funcionan con un interruptor de transferencia automático.

El equipo de muchas instalaciones, especialmente industriales, necesitan 480 V para funcionar. La tensión se disminuye aún más y se convierte de corriente trifásica a monofásica para los tableros de control e iluminación. Existen muchas combinaciones transformadores de reducción trifásicos. Sin embargo, la configuración más común para usos industriales es Delta-Wye. Un transformador secundario con su secundario conectado en configuración Wye (208 Y/120 V) produce 208 V de fase a fase (de A a B, de B a C o de A a C) y 120 V desde cualquier fase a neutro.

Sobrecargas y cortocircuitos

Cuando la corriente excede el amperaje de los conductores, el equipo o los dispositivos eléctricos, se presenta una situación de sobrecorriente. Las instalaciones necesitan dispositivos que protejan los circuitos y equipos de la sobrecorriente.

La sobrecorriente comprende tanto los cortocircuitos como las sobrecargas. Durante un cortocircuito, la corriente eléctrica deriva de la carga y toma el camino con menor resistencia. El cableado defectuoso, los equipos mal conectados y la descomposición del aislamiento pueden causar cortocircuitos. La magnitud de la corriente de falla puede variar entre una fracción de un amperio y más de 200 kA, y está determinada por la impedancia del sistema (resistencia de CA).

En condiciones sin fallas, la carga conectada determina la magnitud normal de corriente del circuito. Existe una condición de sobrecarga cuando se excede la corriente normal del circuito y no hay un cortocircuito. Si se permite que persista una sobrecarga, esta puede dañar el cableado o los equipos. Las sobrecargas temporales pueden ser inofensivas, las prolongadas pueden causar daños.

Presionar un equipo de manera momentánea más allá de sus límites puede causar sobrecargas temporales. Por ejemplo, si una caja se atasca al girar en una esquina en una cinta transportadora, el motor de la transportadora puede consumir más corriente de lo normal. Si la caja se libera rápidamente, o si alguien la acomoda, la sobrecarga es temporal. Las sobrecargas temporales son frecuentes. Normalmente son inofensivas y hay que dejar que disminuyan solas. Los dispositivos de protección contra sobrecorrientes no deben abrir el circuito, permitiendo que las cargas se estabilicen.

La sobrecarga continua de equipos mecánicos accionados por electricidad, los rodamientos con fallas o las fallas de los equipos pueden causar sobrecargas prolongadas. La instalación de equipos o circuitos de iluminación que aumenten la demanda de corriente por encima de la capacidad planeada también puede causar sobrecargas prolongadas.

Protección corriente excesiva

Los dispositivos de protección contra sobrecorrientes más comunes son los fusibles y los disyuntores. Debe usarse un interruptor de desconexión separado con los fusibles. Los fusibles están diseñados para abrirse solo en situaciones de sobrecorriente. Cuando se usan disyuntores, no es necesario un interruptor de desconexión por separado, pues es posible abrir y cerrar los disyuntores manualmente.

Algunas personas asumen que un fusible se abrirá tan pronto como la corriente que fluye a través de este exceda el valor especificado. Sin embargo, los fusibles normales tienen una característica inversa tiempo-corriente. En otras palabras, mientras más alta sea la corriente, más rápido se abrirá el fusible. Es posible ajustar la característica tiempo-corriente de un fusible.

Es posible ajustar la característica tiempo-corriente de algunos disyuntores. Por ejemplo, la mayoría de los disyuntores de potencia de baja tensión tienen funciones de activación ajustables. El tiempo de retardo del disparo puede ser corto o largo, en función del ajuste de la unidad de disparo. Es importante que las unidades de disparo de los interruptores se configuren con base en un estudio de coordinación realizado por el diseñador del sistema eléctrico de la instalación o por un ingeniero electricista calificado.

Coordinación de los dispositivos de protección

Un estudio de coordinación involucra la selección correcta de los dispositivos de selección con base en las capacidades de cortocircuito y las configuraciones correctas, si corresponde. Un sistema correctamente coordinado no solo protege los cables y los equipos eléctricos de daños, sino que también aísla e interrumpe las corrientes de falla al tiempo que asegura que se suministra potencia eléctrica a las derivaciones del circuito eléctrico que no se ven afectadas. Una buena coordinación de los dispositivos de protección brinda el balance óptimo de selectividad y protección del sistema.

La coordinación selectiva aísla efectivamente un circuito con sobrecarga o falla del resto del sistema eléctrico, minimizando así el tiempo de inactividad por activaciones accidentales. Solo se abre el dispositivo de protección inmediato siguiente a la falla. Si no se coordina selectivamente un sistema, es posible que un solo circuito con falla apague la instalación parcial o totalmente.

Durante el estudio de coordinación, el ingeniero electricista examina la curva de tiempo-corriente de cada dispositivo de protección en cada derivación del sistema eléctrico de una instalación. Para los interruptores, el ingeniero "superpone" las curvas de tiempo-corriente para asegurarse de que las curvas no se traslapan en ninguna corriente de falla posible. Para los fusibles, la coordinación se logra siempre y cuando el diseñador del sistema eléctrico mantenga los índices recomendados por el fabricante del fusible, y que quienes den mantenimiento a la instalación no remplacen los fusibles con otros de tipo, clasificación o valor nominal diferente.

La coordinación correcta depende de un buen estudio de coordinación. Y la coordinación correcta depende de que la instalación cuente con la documentación eléctrica correcta.

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Información adicional

Estudio de caso: El registro de reproducción instantánea soluciona una activación del disyuntor (PDF)

Estudio de caso: Sobrecalentamiento en un transformador (PDF)

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