Por Jack Smith
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 traten correctamente, incluso los niveles más modestos de exceso de corriente pueden causar el sobrecalentamiento de componentes del sistema y daños en el aislamiento, los conductores y el equipo. Si es lo suficientemente grande, un exceso de corriente puede destruir el aislamiento y derretir los conductores. La corriente defectuosa y los cortocircuitos también pueden producir incendios, explosiones, arcos eléctricos y ráfagas de arco, que pueden causar lesiones o la muerte del personal.
La electricidad se distribuye a una tensión mayor que la que pueden utilizar 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 entrante a baja tensión. Aunque el IEEE define los sistemas de baja tensión como los que funcionan con menos de 1.000 V, la mayoría de las aplicaciones industriales tienen una capacidad nominal 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, condensadores y filtros de armónicos.
Algunas instalaciones de mayor tamaño pueden necesitar provisiones para asegurarse de que las aplicaciones esenciales tengan un suministro fiable de energía eléctrica. Las instalaciones pueden optar por alimentaciones secundarias de servicios públicos, generación de corriente in situ o generadores de reserva, que normalmente funcionan con un interruptor de transferencia automático.
Los equipos 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 de transformadores de reducción trifásicos. Sin embargo, la configuración más común para usos industriales es Delta-Wye. Un transformador trifásico 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 frente a sobrecorrientes.
La sobrecorriente comprende tanto los cortocircuitos como las sobrecargas. Durante un cortocircuito, la corriente eléctrica evita la carga y toma el camino con menor resistencia. El cableado defectuoso, los equipos mal conectados y los desperfectos en el aislamiento pueden causar cortocircuitos. La magnitud de la corriente de fallo 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 fallos, la carga conectada determina la magnitud normal de corriente del circuito. Existe una condición de sobrecarga cuando se supera 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.
Forzar 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 cinta puede consumir más corriente de lo normal. Si la caja se libera rápidamente, o si alguien la recoloca, la sobrecarga es temporal. Las sobrecargas temporales son frecuentes. Normalmente son inofensivas y hay que dejar que desaparezcan solas. Los dispositivos de protección contra sobrecorrientes no deben interrumpir el circuito, permitiendo que las cargas se estabilicen.
La sobrecarga continua de equipos mecánicos accionados por electricidad, los rodamientos con fallos o los fallos 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 frente a corriente excesiva
Los dispositivos de protección contra sobrecorrientes más comunes son los fusibles y los disyuntores. Debe utilizarse un interruptor de desconexión independiente con los fusibles. Los fusibles están diseñados para abrirse solo en situaciones de sobrecorriente. Cuando se utilizan disyuntores, no es necesario un interruptor de desconexión independiente, pues es posible abrir y cerrar los disyuntores manualmente.
Algunas personas dan por hecho 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 de tiempo-corriente. En otras palabras, cuanto más alta sea la corriente, más rápido se abrirá el fusible. Es posible ajustar la característica de tiempo-corriente de un fusible.
Es posible ajustar la característica de 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 enbase en un estudio de coordinación realizado por el diseñador del sistema eléctrico de la instalación o por un ingeniero electricista cualificado.
Coordinación de los dispositivos de protección
Un estudio de coordinación implica 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 frente a daños, sino que también aísla e interrumpe las corrientes de fallo al tiempo que se 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 fallo del resto del sistema eléctrico, minimizando así el tiempo de inactividad por activaciones accidentales. Solo se abre el dispositivo de protección inmediato siguiente al fallo. Si no se coordina selectivamente un sistema, es posible que un solo circuito con fallo 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 solapan en ninguna corriente de fallo 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 el personal de mantenimiento de la instalación no remplace los fusibles por 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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Hasta la próxima, manténgase en "tierra firme".
Información adicional
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Estudio de caso: Sobrecalentamiento en un transformador (PDF)
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