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Jean Ariel Piedra
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1) Elección según las características de la carga:
IB = Corriente de carga máximo
IN = Corriente nominal de protección
Iz = Corriente máximo admisible por el conductor IN
SIEMPRE DEBE CUMPLISE = IB < IN < IZ
2) Elección según las características de corto circuito:
ICN = Poder de ruptura límite
ICC = Corriente de cortocircuito
Un interruptor de circuito es un interruptor eléctrico operado automáticamente diseñado para proteger un circuito eléctrico del daño causado por sobrecarga, cortocircuito o falla a tierra. Detecta una condición de falla e interrumpe el flujo de corriente.
SOBRECARGAS: ocurren si el receptor, durante su funcionamiento, consume una potencia superior a la nominal.
CORTOCIRCUITOS: se dan cuando dos conductores que se encuentran a distinto potencial se ponen en contacto directamente o a través de un elemento metálico con baja impedancia.
Termico (TO): Actuador térmico y pestillo mecánico; discrimina entre picos de corriente temporales y sobrecargas prolongadas
Magnético (MO): Solenoide (electroimán) que libera el pestillo y los contactos del breaker cuando la corriente excede el nivel nominal.
Térmico-Magnético (TM): Solenoide en serie con un actuador térmico bimetálico, que proporciona característica de tiempo / corriente de 2 pasos.
Electrónico: Medida de corriente con sensor de corriente integral. Para sobrecargas, limitación de corriente electrónica seguido por desconexión, para cortocircuito, desconexión en 10-100ms.
Las especificaciones de un interruptor de circuito solo son válidas bajo las condiciones indicadas en la hoja de datos.
Si las condiciones del mundo real difieren de aquellas bajo las cuales se derivaron las especificaciones, se deben aplicar factores de reducción.
Si el interruptor de circuito está instalado en un gabinete, o en un lugar caliente como una sala de calderas, se reducirá la corriente requerida para disparar el interruptor de circuito en caso de sobrecarga; lo contrario se aplica a bajas temperaturas
Dado que los interruptores automáticos desempeñan una función relacionada con la seguridad, existen numerosos estándares emitidos por varias agencias reguladoras
Para elegir un magnetotérmico hay que analizar tres características básicas:
1) CURVA DE FUNCIONAMIENTO.
2) CALIBRE.
3) PODER DE CORTE
Representa el tiempo de desconexión del interruptor, en función de la intensidad detectada.
Zona A: Disparo TÉRMICO, por sobrecarga.
•Zona B: disparo ELECTROMAGNÉTICO, por cortocircuitos.
•Zona C: Transición entre ambas zona
El calibre de un magnetotérmico es la intensidad nominal (IN), a partir de la cual se interrumpirá el circuito.
Una vez que el magnetotérmico detecta una intensidad superior al calibre, la interrupción puede ser por efecto térmico o electromagnético dependiendo del tipo de curva
Es la máxima intensidad que es capaz de interrumpir el magnetotérmico.
Son interruptores automáticos que reaccionan ante sobreintensidades ligeramente superiores a la nominal, asegurando una desconexión en un tiempo corto.
Para provocar la desconexión, aprovechan la deformación de una lámina bimetálica, que se curva en función del calor producido por la corriente al pasar a través de ella.
Con 10A. iniciaría la desconexión a los 35 seg., y con 30 A. la desconexión se iniciará a los 15 seg.
Son interruptores automáticos que reaccionan ante sobreintensidades de alto valor, cortándolas en tiempos lo suficientemente cortos como para no perjudicar ni a la red ni a los aparatos asociados a ella
La norma ANSI/IEEE 551-2006 define un cortocircuito como una conexión anormal (inclusive un arco) con una baja impedancia realizada accidental o intencionalmente, entre dos puntos con diferencia de potencial. (IEEE, 2006)
Todos los sistemas eléctricos energizados están expuestos a una posible falla por cortocircuito. Cada sistema eléctrico se debe de diseñar para permanecer libre de fallas, sin embargo, cada equipo está expuesto a una falla en cualquier momento, lo cual es importante tener certeza de que todos los equipos del sistema son capaces de soportar este estado.
Presencia de animales en los equipos.
Pérdida de conexiones por sobre calentamiento.
Transientes de voltaje.
Deterioro del aislamiento de los alimentadores.
Acumulación de polvo y contaminantes.
Contacto accidental con herramientas metálicas o de materiales conductores.
La corriente de cortocircuito disponible, se conoce como la máxima corriente de falla posible en un punto específico del sistema eléctrico a estudiar.
Esta corriente es directamente proporcional a la cantidad y tamaño de las fuentes de corriente de falla.
Estas fuentes de corriente de falla suelen ser generadores, motores y la empresa de
suministro (contribución de la empresa de suministro) donde esta última, típicamente
suele ser el mayor aporte. (IEEE, 2006)
El aporte de los motores en el sistema se debe a que en el momento cuando ocurre un cortocircuito estos equipos actúan como generadores, produciendo energía que buscará el punto de falla de menor impedancia.
Este aporte depende de la carga y de la constante de inercia del motor, sin embargo, este aporte decae rápidamente estando presente solo en los primeros ciclos después de ocurrida la falla.
Un estudio de corrientes de cortocircuito es en principio, la capacidad de conocer el comportamiento de un sistema eléctrico en un estado de falla. Esto se calcula al realizar un flujo de potencia en los pocos segundos que dura una falla por cortocircuito y con esto obtener la corriente que pasa por el punto de interés. (IEEE, 2006)
El estudio de corrientes de cortocircuito permite conocer estas corrientes en distintos puntos de la instalación, donde los puntos de mayor interés son los paneles eléctricos (conocidos en los estudios eléctricos como buses o barras). Con estas corrientes de falla se puede realizar la selección de las capacidades de interrupción de
las protecciones y conductores a instalar en el sistema.
Como estas fallas no pueden ser previstas, los ingenieros solo pueden tratar de
mitigar los posibles efectos dañinos de estos eventos. Esto inicia desde el diseño,
especificación, inspección y mantenimiento del sistema. Algunas de las razones que
citan las normas ANSI/IEEE para realizar un estudio de cortocircuito son:
Verificar los equipos de protección ya sea existentes o por especificar.
Determinar los ajustes de las protecciones del sistema, para cumplir con un estudio de coordinación de protecciones y verificar que la protección pueda proteger el sistema de la falla.
Determinar los efectos del estado de falla en los componentes del sistema como cables, paneles, máquinas eléctricas, cargas especiales, etc.
Valorar los efectos de los diferentes cortos circuitos (trifásico, monofásico a tierra, bifásico y bifásico a tierra) variando su severidad en el sistema.
El procedimiento para el planeamiento y diseño de Instalaciones Eléctricas en edificios Comerciales, Industriales e Institucionales del Colegio de Ingenieros Electricistas, Mecánicos e Industriales define el objetivo del estudio de corrientes de cortocircuito como determinar las magnitudes de las corrientes de cortocircuito y el factor de X/R en cada barra del sistema de potencia, en varios intervalos de tiempo, luego de que se simule la falla. (CFIA, 2015)
Este mismo procedimiento solicita que este estudio de cortocircuito sea generado mediante los criterios de las normas ANSI/IEEE 399, 141 y 242.
Para poder realizar un estudio de corrientes de cortocircuito es necesario tener cierta información del sistema eléctrico y recurrir a métodos manuales o simulaciones mediante software como a nivel nacional se realizan por confiabilidad. La información principal que se requiere para realizar el estudio es:
Diagrama unifilar de la instalación eléctrica completo y actual.
Cargas conectadas en el sistema.
Valores de impedancia subtransitoria de las máquinas eléctricas.
Aporte a la compañía que suministra el servicio eléctrico.
Perfiles de diferencia de potencial utilizadas en la instalación.
La magnitud de corriente que un dispositivo activo, como un generador, puede entregar corriente de cortocircuito en sus terminales y está directamente ligado con los kva´s equivalentes del dispositivo. Así también, la magnitud de corriente que un elemento pasivo, como una impedancia, permite que pase; está también directamente ligada con los kva’s equivalentes de la impedancia.
-El método permite rápidamente calcular las corrientes de corto circuito disponibles.
-Permite el cálculo en cada punto a lo largo del sistema eléctrico.
-Es un método de cálculo sencillo, ideal para cuando no se posee un software de cálculo de corto circuito.
Fórmulas
Los kva trifásicos se pueden expresar en función de la corriente de línea y del voltaje de línea con la siguiente expresión:
kva = kv · I · √3
Alternativamente, los kva trifásicos, pueden también expresarse en función del voltaje de línea y la impedancia del circuito (impedancia de fase a neutro), con la siguiente expresión:
kva = (1000 · kv²)/Z
La magnitud del componente unidireccional depende del momento en que sucede el cortocircuito. Sin embargo; sólo se considera el valor máximo del componente unidireccional ya que la protección debe poder interrumpir la corriente de cortocircuito mayor que se pueda presentar en el sistema.
Dependiendo de la razón X/R del circuito, este factor multiplicador puede variar entre 1.0 y 1.8, pero en la práctica, nunca es la corriente asimétrica mayor de 1.6 veces la corriente simétrica.
-Más de 600 V; factor multiplicador = 1.6 -5000 V o menos, en que no haya generación local, es decir que el suministro es mediante transformadores o líneas; el factor multiplicador = 1.5.
-Menos de 600 V, este factor = 1.25.
Ejemplo
Los KVA de cortocircuito disponibles en la barra de 13.8 kV son 500.000 + 51.910 = 551.910 KVA.
Por lo tanto Icc simétrica = 551.910.000/(√3 · 13.800) = 23.09 kA
Icc asimétrica = 23.09 kA · 1.6 = 36.94 kA