Dispositivos empleados para la protección de redes y equipos que conforman el sistema de distribución primaria (página 2)

El desgaste, la suciedad aumentan la resistencia de contacto, y este efecto es negativo, produce mayor calentamiento de los contactos, y recordando que los conductores aumentan su resistividad con la temperatura se comprende la necesidad no exponer estos elementos a condiciones de instalación muy desfavorables.

Los razonamientos desarrollados permiten calificar presumiendo acerca del comportamiento de un aparato de maniobra.

Hasta aquí hemos utilizado el nombre genérico de llave, las normas establecen y definen los aparatos específicos para distintos usos que encontramos en el mercado y que tienen distintos costos, y distintas prestaciones y funciones.

Por otra parte hemos mirado un aspecto de las llaves, su capacidad de establecer e interrumpir un circuito, y de conducir la corriente normalmente en forma permanente.

Cuando la llave esta abierta, con sus contactos separados, tiene una función importantísima, mantener aislado el circuito del lado carga, y esa aislación debe mantenerse mientras se necesite.

Examinaremos a continuación las características de distintos tipos de aparatos de maniobra comparándolos entre si.

INTERRUPTORES

La característica mas saliente del interruptor, también llamado disyuntor, es poder operar estableciendo e interrumpiendo cualquier valor de corriente hasta la que corresponde a su poder de interrupción (corriente de cortocircuito).

Lógicamente después de efectuar algunas veces esta operación el desgaste de los contactos puede ser muy elevado y las prestaciones del aparato quedan disminuidas.

Los poderes de interrupción de los interruptores van desde 1 kA hasta algunas decenas, como dicho son del orden de 100 veces la corriente nominal de los aparatos.

Cuando se presenta un cortocircuito la elevada corriente debe ser interrumpida después de un breve tiempo, tanto para proteger el interruptor mismo, como para el resto de los elementos de la red.

El interruptor esta asociado a relés que censan la corriente, y según sea su valor comandan la actuación, un relé térmico, (basado en un bimetal por ejemplo) produce el disparo en un tiempo inversamente proporcional al valor de la corriente (mejor digamos al cuadrado del valor de la corriente, ya que mide la acumulación de calor en el elemento).

Un relé magnético (basado en una bobina por ejemplo) produce el disparo prácticamente instantáneo, en este caso la duración de la falla será mínima, sumándose al tiempo del relé la breve duración del arco (del orden de un semiciclo o menos para un interruptor de calidad de hasta algún centenar de A de corriente nominal).

Cuando los interruptores logran actuar e interrumpir en tiempos menores a un semiciclo, se los llama limitadores, mas adelante volveremos sobre este tema.

La energía necesaria para que el interruptor abra debe encontrarse acumulada, de manera que el relé la libere cuando corresponda, en algunos modelos de interruptores se aprovecha también la fuerza electromagnética de repulsión para lograr la mejor interrupción.

La energía esta acumulada generalmente en un resorte que al momento del cierre se carga.

La característica de actuación del aparato, curva que relaciona corriente y tiempo, se utiliza para controlar que la protección que ofrecen los relés (eventualmente ajustados a determinados valores) es la que corresponde a los elementos protegidos.

CORTOCIRCUITO Y SOBRECARGAS

Se hace ahora necesario decir algunas palabras del cortocircuito, se trata de un aumento de la corriente debido a un cambio brusco en el circuito.

Los cortocircuitos están ligados a defectos, fallas de aislación entre conductores que se encuentran a distinto potencial.

Al cerrarse el circuito, sobre una impedancia de valor pequeño las corrientes resultan muy elevadas.

Los daños debidos a cortocircuito pueden ser evitados con la rápida desconexión del circuito fallado, y un adecuado dimensionamiento de los componentes en el supuesto que durante la vida de la instalación se presentan cortocircuitos.

Los componentes y la instalación deben ser capaces de soportar las condiciones de cortocircuito por el tiempo que corresponde a la actuación de las protecciones. Es evidente que una mayor rapidez de las protecciones permite un dimensionamiento menos costoso.

Las sobrecargas se presentan en cambio cuando se pretende utilizar los elementos de la instalación mas allá de lo previsto, cuando en un ramal se conectan mas cargas que las que la instalación es capaz de soportar, cuando las maquinas accionadas impulsan cargas mayores de las previstas.

Si una sobrecarga se prolonga mucho tiempo se presentan sobretemperaturas que envejecen prematuramente la aislación pudiéndola llevar rápidamente al colapso.

La subdivisión entre sobrecargas y cortocircuito no es neta, siendo difícil establecerla, pero a los fines de la protección eficiente no es de importancia definir donde se presenta.

FUSIBLES

Tomas Alva Edison, de profesión inventor, y sobre todo de aparatos eléctricos, fue también inventor del fusible antes de iniciar el siglo

El calor que se produce en un conductor por el que circula corriente, se aprovecha en este aparato para detectar el valor de la corriente y si este persiste en el tiempo, el calor acumulado funde al conductor, se genera un arco eléctrico que finalmente interrumpe la corriente.

Cuanto mayor es el valor de la corriente menos tiempo tarda el fusible en alcanzar la condición de fusión (tiempo de prearco), con una corriente determinada lo alcanza en un semiciclo, y por arriba de ese valor el fusible funde en tiempos que son menores a un semiciclo.

Con corrientes muy grandes el fusible funde en pocos milisegundos, y si la tensión de arco que se presenta es elevada, la corriente de arco resulta muy limitada no alcanzando el valor máximo que se hubiera presentado si el fusible no estuviera instalado.

Esta característica de los fusibles se llama de limitación, los aparatos limitadores son aquellos que impiden que se alcancen los valores máximos de la corriente de cortocircuito, y en consecuencia el resto del circuito puede ser de dimensiones limitadas respecto de lo que seria necesario si no hubiera limitación.

En resumen las características limitadoras permiten un dimensionamiento más económico de la instalación.

El tiempo de actuación del fusible se representa en un gráfico que relaciona el valor de la corriente y el tiempo. Se representa el tiempo medio de interrupción, a veces se representa el tiempo mínimo de prearco y el tiempo máximo de interrupción.

Estas curvas experimentales requieren realización de gran cantidad de ensayos e investigación, y no es fácil obtenerlas para los aparatos mas económicos.

Hemos descrito el fusible como un alambre que se funde, se presenta un arco, y para que este se interrumpa adecuadamente es necesario un ambiente especial, los fusibles de mayor poder de interrupción la fusión se produce en arena de cuarzo, que contiene y enfría el arco.

Los fusibles de elevada corriente nominal están constituidos por una lámina perforada que se funde a la altura de las perforaciones.

La interrupción del fusible no debe estar acompañada de sobretensiones elevadas, el poder de interrupción del fusible significa que debe ser capaz de interrumpir cualquier corriente hasta la máxima sin causar sobretensiones superiores a los límites (que las normas fijan).

Los interruptores limitadores tienen una característica parecida, los contactos se separan consecuencia de las elevadas fuerzas de repulsión, con gran velocidad e introduciendo alargamiento del arco (gran tensión de arco).

INTERRUPTORES DE MANIOBRA

Interruptores con limitado poder de interrupción, llamados también seccionadores con poder de apertura, tienen capacidad de maniobra, pero requieren que se los proteja de cortocircuitos, función de la que se deberá encargar el dispositivo que se encuentre del lado fuente (fusible).

A veces estos aparatos tienen un relé térmico, y es fácil confundirlos con interruptores, pero para su funcionamiento seguro en todas condiciones requieren al menos estar protegidos por un fusible que en teoría debería estar del lado fuente para proteger cualquier condición.

Las llaves en general pueden considerarse seccionadores de maniobra, pueden conducir y maniobrar la corriente nominal, en las instalaciones con comando manual estas llaves son las que encienden luces, calefacción, pequeños motores, etc.

Existen seccionadores de maniobra combinados con fusibles, e inclusive en algunos modelos la fusión del fusible (que tiene un percutor) produce el disparo tripolar de la llave.

LLAVES

Este es un nombre genérico que se utiliza para identificar aparatos de maniobra.

En rigor existen nombres mas adecuados para identificar los distintos aparatos, sin embargo para muchas funciones en las cuales simplemente se maniobra se utilizan llaves que conectan y desconectan en determinados puntos el circuito.

Estas llaves, conmutadoras, pueden presentar combinaciones especiales de contactos para lograr el adecuado funcionamiento, combinaciones de escalera, selectores, etc.

SECCIONADORES

Existen llaves cuya función solo es aislar una parte de la instalación de otra, para poder acceder a ella en condiciones de seguridad.

Estos aparatos reciben el nombre de seccionadores (de seguridad) y en media y alta tensión son la mayor cantidad de aparatos.

Se operan cuando por ellos no circula corriente, están sin carga (la corriente es despreciable), o al abrirlos no cambiar el potencial entre sus bornes (se encuentran cortocircuitados por otros aparatos).

Su función es garantizar la seguridad cuando se accede a la parte de la instalación que se ha seccionado.

En baja tensión en general no se instalan seccionadores con esta función exclusiva, en muchos casos los aparatos son seccionables, y su extracción garantiza las condiciones de seguridad.

CONTACTORES

El contactor es un aparato proyectado para hacer un número enorme de maniobras (cientos de miles o millones), y tiene características especialmente adecuadas para maniobrar motores.

Su poder de interrupción es comparativamente menor que el del interruptor (del orden de 10 veces la corriente nominal, mientras que para el interruptor se hablo de 100 veces).

Este aparato tiene una única posición estable (de equilibrio), el movimiento de los contactos se produce por acción de una bobina, que permanece excitada para mantenerlo cerrado.

Cuando la bobina se desexcita los contactos vuelven a la posición de reposo (se abren), al comparar con el interruptor se nota que este tiene dos posiciones estables, abierto y cerrado.

También el contactor esta asociado a un relé térmico, que acciona un contacto que interrumpe la corriente en la bobina (cuando corresponde) y comanda así la apertura, desconecta la carga cuando se presenta una situación de sobrecarga.

Ciertos contactores tienen relés mas sofisticados que comparan las corrientes de las tres fases comandando la actuación si estas no son iguales (protegen de interrupciones de una fase, u otros desequilibrios).

Si ocurre un cortocircuito, de valor elevado, que supera la prestación del contactor, para su protección se instala un fusible, al que se le asigna la función de interrumpir las corrientes de falla elevadas y proteger así el contactor y el resto del circuito.

En casos de instalaciones industriales la continuidad del servicio, y las facilidades de mantenimiento hacen preferir la combinación de un interruptor con protector solo magnético, combinado con un contactor con su relé térmico.

También en estos casos y para facilitar el mantenimiento, el conjunto de aparatos que controlan el motor están montados en una bandeja, que puede ser desmontable, extraíble, a veces seccionable, el tablero que tiene estas características se llama centro de control de motores.

Laminas fusibles de medio y alto voltaje

Estas laminas fusible garantizan efectiva protección con los sistemas de distribución. Además brindar protección a los equipos, pueden ser coordinados con otros dispositivos de protección para seccionamiento con el fin de aislar circuitos parciales de sus alimentadores. 

CONCLUSIÓN

Con la aplicación de dispositivos de protección en las redes de distribución primarias se logra la solución a fallas ocasionadas en la red de forma rápida, se garantiza seguridad a los equipos y a los consumidores de energía, es por esto que son de mucha importancia la aplicación de los dispositivos de protección en las distintas redes de distribución primaria. Es importante destacar que existen muchos dispositivos de protección, cada uno posee características distintas, pero a la final todos cumplen con el mismo rol, proteger y garantizar seguridad en los usuarios y los equipos.

Los dispositivos de protección de las redes de distribución se encuentran en seccionando zonas para delimitarla y omitir señales a las distintas sub estaciones en el momento que se presente una falla en la red, de esta manera se logra disminuir tiempo en la localización del lugar donde se produjo la falla y así se solventaría la solución mas espontanea y volver a restablecer el servicio, garantizando de esta forma seguridad a los usuarios y equipos.

En los sistemas de distribución actuales, la coordinación de los dispositivos de protección debe hacerse en serie; también se le conoce como "cascada", debido a la que la mayoría de estos operan en forma radial.

Cuando dos o más dispositivos de protección son aplicados en un sistema, el dispositivo más cercano a la falla del lado de alimentación es el dispositivo protector, y el siguiente más cercano del lado de la alimentación es el dispositivo "respaldo" o protegido.

BIBLIOGRAFÍA

"PROTECCIÓN DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES Y COMERCIALES", Autor: Enríquez Harper, Editorial: LIMUSA (Noriega Editores) Pg. De Investigación: 115-156

http://www.coitiab.es/reglamentos/electricidad/reglamentos/jccm/iberdrola/imagenes/Image2.gif

http://d.scribd.com/docs/2oqhqz4jjbou2exi3rik.pdf

Autor:

Sergio Tirado

Profesor: Alexis Rogers

Ciudad Bolívar, marzo de 2009

DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD

EQUIPOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

SECCIÓN: E5-01