Con la Nueva Generación de Bastidores Abiertos Emax
Introducción
El diseño del sistema de protección de las instalaciones eléctricas es de vital importancia tanto para garantizar un servicio funcional, económico y correcto en toda la instalación como para reducir al mínimo los problemas causados por condiciones de servicio anómalas y fallos reales. En el marco de este análisis, se estudia la coordinación entre los diferentes dispositivos destinados a la protección de zonas y componentes específicos para:
- Garantizar la seguridad en todos los casos
Identificar la zona implicada en el problema y excluirla rápidamente, sin intervenciones indiscriminadas que reducirían la disponibilidad de energía en zonas en buen estado.
Reducir el efecto del fallo en otras zonas básicas de la instalación (reducción del valor de la tensión, pérdida de estabilidad en máquinas de giro)
Reducir la tensión en componentes y los daños en el área afectada
Garantizar la continuidad del servicio con una tensión de alimentación de buena calidad
Garantizar un respaldo adecuado en caso de fallo de funcionamiento de la protección asignada a la apertura
Proporcionar al personal y al sistema de gestión la información necesaria para reiniciar el servicio en el menor tiempo posible y con el menor contratiempo para el resto de la red
Lograr una buena combinación de fiabilidad, sencillez y ahorro
- Comprender lo que ha sucedido y cómo ha sucedido, diferenciar entre situaciones anómalas pero tolerables y situaciones de fallo dentro de la zona de influencia y evitar disparos indeseados que conllevan la desconexión de una parte en buen estado de la instalación.
Trabajar lo más rápido posible para limitar los daños (destrucción, envejecimiento acelerado, …) preservando la continuidad y la estabilidad del suministro eléctrico.
Las soluciones proceden de un compromiso entre estos dos requisitos opuestos: identificación precisa del fallo y rápida intervención, y se definen de conformidad con el requisito que tiene prioridad. Por ejemplo, en caso de que sea más importante evitar disparos no deseados, se prefiere un sistema de protección indirecto basado en enclavamientos y transmisión de datos entre diferentes dispositivos que evalúa los valores eléctricos localmente, mientras que la velocidad y la limitación del efecto destructivo del cortocircuito requieren sistemas con acción directa que utilizan bobinas de protección directamente incorporadas en los dispositivos.
En sistemas de baja tensión para la distribución primaria y secundaria, se prefiere por lo general la segunda solución.
Limitar el campo a un análisis del problema que consista en armonizar la intervención de las protecciones en caso de sobrecorrientes (sobrecargas y cortocircuitos). Este problema abarca el 90% de los requisitos de coordinación de las protecciones en redes no interconectadas de baja tensión.
Antes de seguir adelante, conviene recordar que:
- La “selectividad de los disparos por sobrecorriente” es una “coordinación entre las características de funcionamiento de dos o más dispositivos de protección contra sobrecorriente, de modo que cuando la falta se produce dentro unos límites establecidos, el dispositivo destinado a funcionar dentro de dichos límites interviene mientras que los demás no lo hacen” (norma IEC 60947-1, def. 2.5.23);
La “selectividad total” es una “selectividad en la cual, en presencia de dos dispositivos de protección contra sobrecorriente en serie, el dispositivo de protección del lado de la carga lleva a cabo la protección sin que intervenga el otro dispositivo” (norma IEC 60947-2, def. 2.17.2);
La “selectividad parcial” es una “selectividad en la cual, en presencia de dos dispositivos de protección contra sobrecorriente en serie, el dispositivo de protección del lado de la carga lleva a cabo la protección hasta un nivel de sobrecorriente determinado sin que el otro dispositivo intervenga” (norma IEC 60947-2, def. 2.17.3); este nivel de sobrecorriente se denomina “intensidad límite de selectividad Is” (norma IEC 60947-2, def. 2.17.4);
La “protección de acompañamiento” es la “coordinación de dos dispositivos de protección en serie para la protección contra sobrecorriente. El dispositivo de protección situado en el lado de la alimentación se encarga, por lo general (pero no necesariamente), de la protección contra la sobrecorriente con o sin ayuda del otro dispositivo y solicitaciones excesivas en este último” (norma IEC 60947-1, def. 2.5.24). El valor de corriente por encima del cual se garantiza la protección se denomina “Intensidad de Intersección IB” (norma IEC 60947-1, def. 2.5.25 y norma IEC 60947-1, def. 2.17.6).
Limitando el análisis al comportamiento de los dispositivos de protección con intervención basada en relés de sobrecorriente, la estrategia utilizada para coordinar las protecciones depende en gran medida de los valores de corriente nominal y de cortocircuito en la instalación en cuestión, tal y como se indica en el diagrama 1. En el siguiente diagrama se pueden definir las siguiente zonas:
- selectividad amperimetrica
selectividad cronométrica
selectividad de zona
selectividad energetica
protección de acompañamiento
Diagrama 1
La selectividad de zona es uno de los métodos más avanzados para coordinar las protecciones: esta filosofía de protección permite reducir los tiempos de disparo de la protección más cercana al fallo respecto de los tiempos previstos por la selectividad cronométrica, cuyo perfeccionamiento ha desembocado en la selectividad de zona.
En la selectividad cronométrica, la coordinación de las protecciones se realiza asociando el valor medido de la corriente con la duración del fenómeno: un determinado valor de corriente hará que las protecciones actúen después de un intervalo de tiempo que permita a las protecciones “más cercanas” al fallo de disparar primero, excluyendo la zona donde se produce la falta.
Por tanto, la estrategia consiste en aumentar los umbrales de corriente y los retardos de las protecciones contra cortocircuitos progresivamente a medida que las fuentes de alimentación se aproximan (nivel de ajuste de la protección directamente relacionado con su nivel jerárquico). La diferencia entre los retardos definidos en las protecciones en serie debe tener en cuenta la suma de:
- Los tiempos de determinación y eliminación del fallo
El tiempo de sobre impulso del dispositivo en el lado de la alimentación (intervalo durante el cual la protección aguas arriba puede dispararse aunque el fenómeno haya finalizado). Este estudio se realiza comparando las curvas de disparo de tiempo-corriente de los dispositivos de protección.
Por lo general, este tipo de coordinación:
- Es fácil de estudiar y de construir y no es caro comparado con el sistema de protección
Permite obtener valores límites de selectividad aún mayores, a paridad de corriente de corta duración soportada por el dispositivo del lado de la alimentación
Permite el respaldo de las protecciones y puede ofrecer buena información al sistema de control;
pero:
- Los tiempos de disparo y los niveles de energía de las protecciones, especialmente de aquéllas cercanos a las fuentes, son altos, con problemas obvios de seguridad y de daños a los componentes (generalmente sobredimensionados) incluso en las zonas no implicadas en el fallo;
Sólo permite el uso de interruptor limitadores de corriente en el último escalón; los demás interruptor debe ser capaz de soportar las solicitaciones térmicas y electrodinámicas relacionadas con el paso de la corriente de fallo para el intervalo de tiempo específico. Deben utilizarse interruptor selectivos (interruptor de categoría B de conformidad con la norma IEC 60947-2) para los diferentes niveles, por lo general interruptores automáticos de bastidor abiertos, para garantizar una corriente de corta duración admisible suficientemente alta;
La duración de las perturbaciones en las tensiones de alimentación causadas por la corriente de corta duración en las zonas no implicadas en el fallo puede crear problemas con dispositivos electromecánicos (tensión por debajo del valor actuación de la bobina de mínima) y electrónicos.
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