Elementos de protección eléctrica

APARAMENTA ELÉCTRICA DE B. T.

1.Definición y objetivos

Es el conjunto de Aparatos que se emplean para la conexión y desconexión de circuitos eléctricos. En la ITC-BT-01, se define como equipo, aparato o material previsto para ser Conectado a un circuito eléctrico con el fin de asegurar una o varias de las Siguientes funciones:
protección, control, seccionamiento y conexión.

Las funciones Principales de la aparamenta son:

-Protección eléctrica

-Aislamiento de las distintas Secciones de una instalación

-Control de la instalación.

La protección eléctrica tiene Por objetivo evitar o limitar las consecuencias negativas de las corrientes Originadas por sobrecargas, por cortocircuito o por defectos de aislamiento de Las partes eléctricas.

El aislamiento tiene como Objetivo separar un circuito o un aparato del resto de la instalación, a fin de Realizar trabajos en ella con toda seguridad y el menor riesgo posible.

El objetivo del control es Permitir modificar el estado de funcionamiento de la instalación de forma local O remota.

2.Magnitudes básicas

Valor nominal. Valor de una Magnitud que los fabricantes señalán como adecuada para el funcionamiento de un Aparato o elemento.

Poder de corte. Valor de la intensidad máxima prevista de corte que un aparato es capaz de interrumpir bajo Una tensión dada, y en las condiciones previstas de empleo y funcionamiento, Sin deteriorar los contactos.

Valor asignado. Valor fijado de Una magnitud para un funcionamiento determinado.

Calibre. Intensidad nominal a Partir de la cual se interrumpe el circuito.

Capacidad de corte nominal. Es la intensidad, asignada por el fabricante, a la que dicho aparato Puede abrirse sin sufrir daños en las condiciones de corte especificadas.

Poder asignado de cierre. Es la intensidad, Asignada por el fabricante, a la que dicho aparato puede cerrarse correctamente En las condiciones de cierre especificadas.

Poder asignado de corte último en Cortocircuito (I_cu).Es la máxima intensidad de cortocircuito que dicho interruptor puede cortar dos veces, con un ciclo de operación (apertura, pausa, Cierre-apertura), a la tensión de empleo correspondiente. Tras el ciclo de Apertura y cierre, no se requiere que el interruptor automático conduzca Permanentemente su corriente asignada.

Poder asignado de corte de servicio en Cortocircuito (I_cs). Es la intensidad que dicho interruptor puede Cortar tres veces, con un ciclo de operación (apertura, pausa, cierre-apertura, Pausa, cierre-apertura), a una determinada tensión de servicio y con un factor de Potencia dado. Después del ciclo, el interruptor automático debe poder conducir Su corriente asignada.

Intensidad asignada de corta duración (I_cw). Es aquélla Que el interruptor automático puede soportar durante un tiempo corto en condiciones De empleo y comportamiento especificados. El interruptor automático debe poder Soportar dicha intensidad durante todo el tiempo de retardo previsto para Garantizar la selectividad entre los interruptores automáticos conectados aguas Abajo. Se define para los de interruptores de categoría B.

Poder asignado de cierre en cortocircuito (I_cm). Es la máxima intensidad de cortocircuito, asignada por el fabricante, a La que dicho interruptor automático es capaz de cerrar a la tensión asignada de Empleo. En corriente alterna, no debe ser inferior al I_cu Multiplicado por el factor n de la tabla 1.

Tabla 1. Factor n

Categoría de utilización. Capacidad del equipo para que en las condiciones de cortocircuito tenga o no tenga que desconectar de Forma selectiva, mediante un retardo intencional, respecto a otros dispositivos Montados en serie aguas abajo.

Categoría A. Aquellos interruptores automáticos que no están Específicamente destinados a desconectar de forma selectiva, frente a un Cortocircuito, respecto a otros dispositivos de protección montados en serie Aguas abajo; es decir, sin retardo intencional aplicable en condiciones de Cortocircuito.

Categoría B. Aquellos interruptores automáticos que están específicamente destinados a Desconectar de forma selectiva, frente a un cortocircuito, respecto a otros Dispositivos de protección montados en serie aguas abajo. Se debe declarar Obligatoramente su intensidad de corta duración (I_cw).

3.Elementos de la aparamenta

3.1 Seccionador

Es un aparato mecánico Diseñado para abrir o cerrar circuitos por los que no circula corriente alguna. Es un conmutador de dos posiciones (abierto/cerrado). Es un elemento de Seguridad, ya que su estado de apertura de los circuitos sin servicio debe ser Visible.

Sus principales Elementos son un bloque tripular o tetrapolar, uno o dos contactos auxiliares De precorte de arco y un dispositivo de mando lateral o frontal que permite Abrir o cerrar los polos manualmente (figura
1).

Como la velocidad De apertura y cierre depende del operario, el seccionador es un aparato de Ruptura lenta que nunca debe utilizarse en carga.

Figura 1. Seccionador (Telemecanique)

Su símbolo es                        

3.2 Interruptor (interruptor en carga)

Es un aparato Mecánico de conexión y desconexión eléctrica capaz de establecer, tolerar e Interrumpir corrientes en un circuito en condiciones normales, incluidas las Corrientes de sobrecarga durante el servicio, y tolerar durante un tiempo Determinado corrientes anormales, como las de cortocircuito.

Por tanto, es el Elemento de la instalación eléctrica que permite abrir o cerrar circuitos en Carga en condiciones normales (nominales) de funcionamiento. Es un dispositivo De dos posiciones (abierto/cerrado). Se suele accionar manualmente.

Como se ha dicho, puede Soportar durante algún tiempo corrientes anormales (como las de cortocircuito) Pero no puede cortarlas, es decir, su poder de corte es limitado.

Se ha de tener en Cuenta que para interrumpir la corriente en un receptor monofásico es Suficiente abrir éste en un solo punto, mediante un interruptor unipolar, pero El recetor no queda aislado de la línea, puesto que queda al potencial de la Fase no cortada. Para lograr aislar por completo un receptor o una instalación Cualquiera, es necesario abrir el circuito por tantos puntos como conexiones Tenga la línea que lo alimenta.

Las condiciones exigidas A un buen interruptor deberán ser, al menos, las siguientes:

a)Que las superficies de las piezas Que realizan el contacto eléctrico, sean suficientes para dejar paso a la Intensidad nominal prevista en el circuito donde se ha de colocar, sin Excesivas elevaciones de temperatura.

b)Que el arco producido en la Ruptura, cuando se abra el circuito, se extinga la más rápidamente posible, de Manera que no forme arco permanente, ya que de lo contrario se destruirán Rápidamente los contactos.

La primera Condición se logra dimensionando ampliamente la superficie de las piezas que Forman el contacto eléctrico y haciendo que la presión entre dichas piezas sea La adecuada.

La extinción del Arco se logra con facilidad y sencillez cuando la tensión e intensidad nominales Del interruptor son pequeñas. Sin embargo, en interruptores para elevadas Tensiones e intensidades, la dificultad de extinguir el arco crece enormemente.

Cuando un Interruptor en servicio está cerrado, existe una cierta presión entre sus Contactos que hace que la superficie de contacto sea máxima y, por tanto, la Corriente que por él circula lo hará con una densidad de corriente mínima y una Mínima elevación de temperatura. En la apertura, al iniciarse el despegue de Los contactos, lo primero que se obtiene es una disminución de presión y un Aumento de la densidad de corriente. En el instante de la separación de los Contactos, la finísima capa de aire que los separa es atravesada por la Corriente, provocando una rápida elevación de temperatura, dando lugar a un Resplandor azulado y una chispa muy brillante.

Si la corriente que Interrumpe los contactos es débil, la elevación de temperatura de la chispa no Alcanzará el valor suficiente como para provocar la fusión y volatilización del Metal de los contactos, pero a partir de cierto límite la temperatura llegará a Sobrepasar el punto de fusión y volatilización del metal haciendo que la chispa Se torne conductora y produzca el arco.

La diferencia entre Chispa y arco depende del valor de la intensidad de la corriente en el momento De separación de los contactos.

Analizando la Maniobra de apertura de un interruptor, respecto a la tensión e intensidad, se Puede apreciar como en el instante anterior a iniciarse la apertura, la tensión Entre sus extremos es prácticamente nula y la intensidad que circula por él es La que demanda el circuito (I_L), iniciada la apertura y establecido El arco, éste se irá alargando a medida que los contactos se separan y, en Consecuencia, la intensidad irá disminuyendo hasta anularse. La tensión entre Los extremos de los contactos pasa desde un valor prácticamente nulo (contacto Cerrado), hasta un valor igual a la tensión de línea (E_L) (contacto Abierto).

Durante el tiempo Que dura la apertura del interruptor (t_a), existen infinitos pares De valores de tensión e intensidad que determinan la potencia desarrollada por El arco en cada instante, por lo tanto, el trabajo de ruptura desarrollado por El arco en el tiempo t_r, será:

La expresión Anterior indica que si se desea la energía de ruptura sea la menor posible, ya Que de ella depende la vida de los contactos, se tendrá que conseguir Interruptores cuyos contactos sean capaces de cortar el arco eléctrico en un Tiempo lo más pequeño posible. La velocidad de separación de los contactos debe Ser lo mayor posible y la separación necesaria para cortar el arco lo menor Posible.

En la mayor parte De los interruptores, la velocidad de separación de los contactos la dan Muelles antagonistas capaces de imprimir a los contactos velocidades de Separación relativamente grandes y, por lo tanto, tiempo de corte muy pequeño (de centésimas de segundo).

También, la Separación necesaria para que los contactos puedan cortar el arco, depende del Medio donde éste se produce. El medio es generalmente el aire, sobre todo en interruptores De baja tensión, pero existen otros elementos como el vacío, aceite mineral, Exafluoruro de azufre, etc.

Su símbolo es:      

3.3 Interruptor – Seccionador

Un interruptor-seccionador es un dispositivo Mecánico de maniobra que en posición de abierto realiza la función de Seccionamiento; es decir, asegura una distancia de aislamiento (distancia entre Contactos) tal como para garantizar la seguridad de la misma. Esta seguridad de Seccionamiento debe estar garantizada y verificable: la palanca de maniobra Debe indicar siempre la posición real de los contactos móviles del aparato (figura 2).

El dispositivo mecánico de maniobra debe Estar en condiciones de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones Normales del circuito, incluidas las eventuales corrientes de sobrecarga en Servicio ordinario, así como también soportar, en un tiempo especificado, Corrientes en condiciones anormales del circuito, tales como las de Cortocircuito.

Los interruptores seccionadores pueden Utilizarse como:

• interruptor general de sub-cuadros;

• interruptor de maniobra y desconexión de Líneas, barras o grupos de aparatos usuarios;

• seccionador de barras de un cuadro.

El interruptor seccionador debe garantizar La puesta fuera de tensión de toda la instalación o de una parte de la misma, Separándola de forma segura de cualquier alimentación eléctrica. La utilización Del interruptor-seccionador permite garantizar la seguridad contra los riesgos Eléctricos de las personas mientras trabajan en la instalación.

Las carácterísticas específicas de los Interruptores-seccionadores son las siguientes:

• I_cw [kA].
Corriente admisible De corta duración.

• I_cm [kA].
Poder asignado De cierre en cortocircuito.

• No puede definirse un poder de corte I_cu [kA] porque a estos aparatos no se les requiere el cortar corrientes de Cortocircuito.

Desde el punto de vista constructivo, el Interruptor-seccionador es un aparato muy sencillo. No está dotado de Dispositivos para la detección de las sobrecorrientes y la consecuente Interrupción automática de la corriente; en consecuencia, el seccionador no Puede utilizarse para la protección automática de la instalación contra las Sobrecorrientes que se manifiestan en caso de defecto y por la misma razón debe Estar protegido por un interruptor automático coordinado con el mismo. La Combinación de los dos dispositivos permite utilizar los interruptores-seccionadores En instalaciones cuyo valor de corriente de cortocircuito es superior respecto A los parámetros eléctricos que definen las prestaciones del interruptor-seccionador,  lo cual tiene validez sólo para los Interruptores-seccionadores en caja moldeada Isomax y Tmax; en cambio, para los Interruptores-seccionadores abiertos Emax/MS se debe comprobar que los valores de Icw e Icm sean superiores, respectivamente, al valor de cortocircuito de la instalación Y al de cresta correspondiente.

Figura 2. Contactor-seccionador (Telemecanique)

Su símbolo es            

3.4 Interruptor Automático (IA)

Aparato Mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes En condiciones normales del circuito, así como establecer, soportar durante un Tiempo determinado, e interrumpir corrientes en las condiciones anormales especificadas Del circuito, tales como las de cortocircuito.

Sus funciones principales son las de Aislamiento y protección frente a sobrecargas y cortocircuitos, ya que su poder De corte es elevado. También tiene la posibilidad de conectar y desconectar Corrientes a voluntad del usuario, ya sea manualmente o mediante accionamiento A distancia.

Está formado por Contactos fijos y móviles, cámara apaga chispas (para extinción del arco) y Mecanismos de apertura y cierre (figura 3).

Figura 3. Interruptor automático (ABB)

El dispositivo que Acciona el mecanismo de apertura al actuar la bobina del aparato puede ser de Tipo térmico (placa bimetálica que actúa como elemento térmico) y de tipo Magnético (al aparecer corrientes de cortocircuito).

Sus carácterísticas Fundamentales son: tensión nominal, corriente nominal (el calibre más usual Llega hasta 125 A), corriente admisible de corta duración (I_cw), márgenes De ajuste de nivel de corriente de disparo para protección contra sobrecargas y Cortocircuitos, poder de corte último en cc (I_cu), poder de corte en Servcio en cc (I_cs), poder de cierre en cc (I_cm)  número de polos a cortar (bipolares, Tripolares, tetrapolares, corte omnipolar), capacidad de corte manual (máxima Corriente de defecto que puede interrumpir sin sufrir daños) y curva de disparo. También, tienen un número limitado de maniobras, que es bajo, tanto en cantidad Como en frecuencia.

Su símbolo es

Como se ha dicho Anteriormente, estos aparatos emplean mecanismos de apertura térmica, provocada Por sobreintensidades superiores a la nominal, debiendo asegurar una Desconexión en un tiempo lo suficientemente corto para no perjudicar ni a la Red ni a los receptores asociados con él. Estos son los llamados interruptores térmicos. 

La desconexión Señalada se produce por la acción de una lámina bimetálica que se modifica en Función del calor producido por la corriente al pasar a través de ella (figura4). La modificación de las carácterísticas del Bimetal hace que el aparato tenga una curva de disparo térmico (curva Carácterística), tal como se representa en la figura 5.

Figura  4. Apertura por efecto térmico

Figura 5. Curva carácterística de desconexión de interruptor térmico

El dispositivo Térmico permite trabajar en la zona A, pero no llegar a la zona B. La Interrupción del circuito se efectúa cuando las condiciones de trabajo lo Sitúan en la zona C (rayada). La zona C marca las tolerancias lógicas previstas En la fabricación de estos aparatos, teniendo en cuenta, entre otras Cuestiones, la técnica empleada en el sistema de caldeo y la naturaleza del Bimetal.

Sobre la gráfica de La figura 5 se puede indicar que, si por el aparato circula una corriente de 2 A, no se desconectará nunca; si la corriente es de 15 A, la reconexión se iniciará A los 20 s; si la corriente es de 30 A, la desconexión se iniciará a los 8 s.

De La misma forma, si el accionamiento del mecanismo de apertura está provocado Por sobreintensidades de alto valor (cortocircuitos), éste reacciona en tiempo Lo suficientemente corto como para no perjudicar a la red ni a los aparatos Asociados con él. Este es el llamado interruptor Magnético.

La desconexión se Basa en el movimiento de un núcleo de hierro dentro de un campo magnético Proporcional a la intensidad que circula (figura 6).

Figura 6. Apertura por efecto magnético

La curva carácterística De disparo es tal como se indica en la figura 7. Sobre ella se puede destacar Que el interruptor puede actuar en la zona A y no en la B. La desconexión se Produce en la zona C (rayada). Así, si el dispositivo trabaja con una Intensidad de 30 A, no provocaría la desconexión de tipo magnético, por más Tiempo que esté circulando la corriente. Sin embargo, para cualquier intensidad Superior a 30 A, el mecanismo de desconexión empezará a actuar.

Fgura 7. Curva caraterística de desconexión de interruptor magnético

Como consecuencia, La curva de disparo [I(t)] magnetotérmica (magnética y térmica) de los Interruptores automáticos es de la forma indicada en la figura 8.

Figura 8. Curva de disparo

Donde: I_S = I de sobrecarga

             I_cc = I de cortocircuito

             I_C = poder de corte.

Como en estos Aparatos la corriente se puede ajustar, la curva de disparo puede ser semejante A la señalada en la figura 9, indicando que el ajuste puede ser tanto en tiempo Como en intensidad.

Figura 9. Curva tiempo-corriente

Donde I = Corriente de ajuste.

La zona de disparo Electromagnética viene regulada por las curvas de regulación (B, C y D) (figura 10). La curva B se emplea generalmente en la protección de personas, la C para Circuitos de alumbrado y la D para motores.

Clasificación de Los interruptores automáticos

Los IA se Clasifican en categorías:

Categoría A. En los que no Existe la posibilidad de retardo de disparo automático por cortocircuito.

Figura 10. Curvas de disparo (UNE 60898)

Categoría B. En los que existe La posibilidad de retrasar el disparo automático.

La limitación de Corriente de un IA es su capacidad para impedir el paso de corriente máxima de Defecto y permitir que sólo circule una cierta corriente. Esta limitación mejora La conservación de las redes, reduce los efectos térmicos (calentamiento) Reduce las interferencias electromagnéticas, reduce la aparamenta, el cableado, Etc.

La elección de un Interruptor automático se debe realizar teniendo en cuenta la instalación o Elemento a proteger, y para ello debe cumplir con:

1. La I_N deber ser mayor o Igual que la I de utilización (I de cálculo).
2. La curva I(t) del interruptor debe Quedar por debajo de la curva I(t) del elemento a proteger (curva de Funcionamiento o disparo) .
3. El poder de corte del IA debe ser Mayor que intensidad de cortocircuito prevista por cálculo en su punto de Instalación o estar asociado a otro dispositivo aguas arriba que disponga De la capacidad de corte de cortocircuito necesaria. En este caso debe estudiarse La coordinación entre ellos.
4. La energía que deja pasar en la Apertura de contactos ha de limitar la temperatura alcanzada por el cable Protegido.

Para instalaciones realizadas a cotas Superiores a los 2.000 metros sobre el nivel el mar, los interruptores Automáticos de baja tensión sufren una disminución de sus prestaciones. Básicamente Se presentan dos tipos de fenómenos:

• La disminución de la densidad del aire Determina una eliminación del calor menos eficaz, por lo que  se debe disminuir el valor de la corriente Asignada permanente al IA.

• El enrarecimiento del aire conlleva una Disminución de la rigidez dieléctrica, por lo que las distancias normales de Aislamiento resultan insuficientes; ello determina una disminución de la Tensión nominal máxima a la cual el aparato puede utilizarse.

Existen los llamados en caja moldeada, que son interruptores automáticos Alojados en una caja de material aislante moldeado que forma parte integrante Del propio aparato. Destacando su I_cu = poder de corte último y su I_cs = poder de corte De servicio (% I_cu).

Curvas de limitación de energía

Otra curva de Interés en este tipo de aparatos es la llamada curva de limitación de energía (I²*t), que es la que da El valor de la energía desprendida en función de la corriente de cortocircuito Prevista al actuar sobre una resistencia. Esta curva se representa en la figura 11, donde se puede ver la senoide de la corriente prevista sin la intervención Del interruptor y la senoide limitada por el interruptor.

Los interruptores que Presentan esta propiedad son los llamados interruptores limitadores. Éstos Permiten iniciar la maniobra de apertura antes de que la corriente de Cortocircuito alcance la primera cresta y extinguir el arco rápidamente, con lo Que se reducen las solicitaciones elevadas del interruptor, tanto térmicas como Dinámicas.

Figura 11. Curva carácterística de limitación de corriente

Por ejemplo, para un IA de I_N = 160 A, la gráfica de la figura 12 indica que tomando en abscisas el valor eficaz De la corriente prevista de cortocircuito y en ordenadas el valor de cresta de La corriente de cortocircuito, el efecto de limitación se puede evaluar Comparando, para valores iguales de la corriente de defecto, el valor de cresta Correspondiente a la corriente prevista de cortocircuito (curva A) con el valor De cresta limitado (curva B).

     Figura 12. Curva de limitación de Corriente de un IA

Curvas de Energía específica pasante

Como se ha dicho anteriormente, en caso de Cortocircuito, las partes de una instalación involucrada en el defecto se Someten a solicitaciones térmicas proporcionales, tanto al cuadrado de la Corriente de defecto como al tiempo empleado por las protecciones para interrumpirla. La energía que deja pasar el dispositivo de protección durante la actuación del Mismo se denomina “energía específica Pasante” (I²t), medida en A²s. El conocimiento del Valor de la energía específica pasante en las diversas condiciones de defecto Es fundamental para el dimensionado y la protección de las diversas partes de la Instalación.

El efecto de la limitación y los tiempos de Actuación sumamente reducidos influyen sobre el valor de la energía específica Pasante. Para aquellos valores de corriente para los cuales la actuación del Interruptor está regulada por la temporización del relé, el valor de la energía Específica pasante se obtiene multiplicando el cuadrado de la corriente eficaz De defecto por el tiempo que hace falta para la actuación de la protección; en Los demás casos, el valor de la energía específica pasante puede obtenerse a Través de gráficas o tablas.

Por ejemplo, de la figura 13, que representa La gráfica de la curva de energía específica pasante de un interruptor Automático de I_N = 160 A a 400 V. Para una corriente de Cortocircuito igual a 20 kA se puede obtener el valor de I²t, que es Igual a 1,17 (kA)²s; teniendo en cuenta que en las abscisas se refleja La corriente simétrica prevista de cortocircuito y en las ordenadas se indican Los valores de la energía específica pasante expresados en (kA)²s.

     Figura 13. Curva de energía específica pasante

Cálculo contra Sobrecargas

Para los IA, igual Que en los fusibles, la protección contra sobrecargas está asegurada si se Cumplen las condiciones siguientes:

A)Ib ≤ IN ≤ IZ

B)I2 ≤ 1.45*IZ

C)I2 = n*IN

 Siendo:  I_b = I de uso

               I_N = I nominal del dispositivo de protección

               I_Z = I máxima admisible del conductor instalado

               I₂ = I de disparo del dispositivo de protección

   n = número de veces que I₂ es I_N. Se obtiene de las curvas I(t) y siempre será

         mayor a 1.45.

La condición I_b ≤ I_N asegura que el IA no disparará durante el funcionamiento normal Del circuito. La condición I_N ≤ I_Z asegura que se Detectan las sobrecargas en la línea de alimentación.

Para interruptores Menores de 125 A, la protección deberá actuar cuando el dispositivo detecte una Sobrecarga del 45% de la intensidad admisible del conductor (I_Z).

Cálculo contra cortocircuitos

El IA protegerá Contra cc si se cumplen las condiciones siguientes:

1. Poder de corte del IA mayor Icc al Comienzo del cable o circuito a proteger.
2. Icc mínima al final del mismo, mayor A la I de regulación por disparo electromagnético.
3. Tiempo de actuación inferior del IA al Que produciría daños por efectos de calentamiento en el aislamiento del Conductor, o sea que (I²*t) del IA sea mayor que (I²*t) Del cable a proteger.

3.5Interruptor magnetotérmico

Son pequeños IA (denominados PIAs), generalmente empleados para usos domésticos y similares. Protegen a los conductores contra sobreintensidades. Poseen tres sistemas de Reconexión: manual, térmico y magnético. Cada uno puede actuar Independientemente de los otros, estando su curva de disparo formada por la Superposición de las carácterísticas magnética y térmica. Son de corte al aire, Su poder de corte menos de 25 kA y su intensidad nominal no supera los 125 A.

Pueden ser Unipolares, bipolares, tripolares o tetrapolares. Se pueden emplear en corriente Continua y en corriente alterna (figura 14).

Figura 14. Interruptor magnetotérmico (Merlín Gerin)

Su símbolo es

La curva de Desconexión de estos aparatos viene reflejada en la figura 15, en la que se Pueden distinguir distintas zonas diferenciadas: zona A, de tipo térmico; zona B, de tipo magnético; zona C, de solape, donde el disparo puede ser provocado Tanto por un elemento térmico como magnético.

En el eje vertical Se representa la escala logarítmica del tiempo, y en el horizontal, la escala Logarítmica de la intensidad de corriente, en forma de múltiplos de la Intensidad nominal. La zona C delimita la curva de tolerancia. Por ejemplo, Para una intensidad de 3*I_N, podría efectuarse la desconexión entre Los 20 y los 60 s.

Figura 15. Curva de  disparo de interruptor Magnetotérmico

Tienen unas Carácterísticas que los diferencian del resto de los IA, como son:

-Disponen de accionamiento térmico Y electromagnético (sin posibilidad de regulación para ambos).

-Sus carácterísticas de disparo I(t) están normalizadas, según:

oTipo B. Margen de disparo entre 3I_N Y 5I_N

oTipo C.     “                              5      10

oTipo D.     “                             10     20

oAdemás existe el tipo A (no Normalizado), que se emplea para proteger semiconductores.

El tiempo de Respuesta es mayor o menor de 0,1 s, respectivamente.

La elección del Tipo de curva será en función de las carácterísticas de los receptores a línea A proteger (figura 16).

Figura 16. Curvas carácterísticas de desconexión (tipos B, C y D)

Además, existen Unos interruptores magnetotérmicos especiales, destinados al control de la Potencia contratada para BT, éstos son los llamados interruptores de control de Potencia (ICPM), son de curva de desconexión tipo C y margen de disparo entre 5 Y 8I_N (figura 17).

Figura 17. Curva carácterística de desconexión del ICPM 

Criterios para Elegir este tipo de interruptores

Como en todo IA, se Han de analizar las tres carácterísticas básicas:

1. Curva de funcionamiento (o disparo).
2. Calibre.
3. Poder de corte.

1. Curva de Funcionamiento

Representa el Tiempo de desconexión del interruptor en función de la intensidad de detectada (figura 18).

Figura 18. Curva de funcionamiento

Cada curva Representa el límite de funcionamiento o de disparo. En ella se distinguen tres Zonas:

A: Disparo térmico, por sobrecargas

B:      “       Electromagnético, por cortocircuitos

C: Transición entre ambos disparos.

La zona de disparo Térmico siempre es la misma, no ocurre así con los límites de disparo por Efecto electromagnético que pueden ser distintos.

2. Calibre

Como se sabe, es la Intensidad nominal a partir de la cual se interrumpirá el circuito una vez que El interruptor detecta una intensidad mayor que él. La interrupción puede ser Por efecto térmico o efecto electromagnético, dependiendo del tipo de curva y De la intensidad que atraviesa al interruptor.  

Se deberá tener en Cuenta que el calibre del magnetotérmico debe ser menor o igual que la Intensidad máxima admisible por el conductor a proteger, a fin de no dañar al Conductor, y será mayor a la intensidad de empleo usual del circuito a proteger Durante su funcionamiento, para que no se interrumpa el servicio Inadecuadamente. O sea:

            I_B ≤ I_N ≤ I_Z

Siendo:  I_B = I de uso normal del circuito

              I_N = calibre (I nominal del interruptor)

              I_Z = I máxima que puede soportar el cable.

3. Poder de corte

Como es la máxima Intensidad que es capaz de interrumpir sin deteriorarse los contactos (que será Por efecto electromagnético), se han de tener en cuenta dos situaciones:

-Si el transformador de Distribución al que está adherido no está en el mismo edificio o muy próximo a La instalación, en cuyo caso no es necesario un cálculo específico del poder de Corte,

-Si el transformador está en el Mismo edificio, en cuyo caso sí se debe tener en cuenta que será mayor o igual Que la intensidad de cortocircuito, y corresponderá con el valor de la Intensidad que existiría en el punto donde se instale el interruptor si ahí se Produjese un cortocircuito. Este valor se puede obtener mediante tablas de los Fabricantes o mediante cálculo.

Cálculo Analítico   

Se basa en Considerar que la red de alimentación tiene una S = ∞, con lo que la impedancia De la fuente de alimentación es ideal (o sea, cero), o que se conozca el valor De la potencia aparente de la red (Sevillana-Endesa indica que S = 500 MVA), Con lo que la impedancia de la fuente de alimentación será Z_F = U²/S (circuito equivalente monofásico, figura 19).

Por otro lado, la Z Del transformador se puede obtener a partir de alguna de sus carácterísticas, Como son la tensión de cortocircuito (U_cc) y de la I_N (Z_cc = U_cc/I_N). La impedancia de la línea es Z_L = R_L + jX_L, donde la reactancia se puede despreciar, siendo Z_L = R_L= ρL/s (L = longitud de todos los conductores hasta el punto del Cc; s = sección de los mismos; ρ = resistividad).

Finalmente, la Intensidad en el punto donde se produzca el cortocircuito será:

            Icc =  

Una vez obtenida la Intensidad de cortocircuito, se puede deducir el poder de corte del Interruptor. Para elegir el modelo adecuado hay que asegurarse que existe una Correcta coordinación entre los distintos interruptores (filiación y Selectividad que veremos más adelante).

Figura 19. Instalación eléctrica de un receptor y su circuito equivalente

3.6Relés

El relé es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, Por medio de una bobina y un electroimán se acciona un juego de uno o varios Contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos Independientes, o sea, es un dispositivo conectado Mecánicamente a un aparato mecánico de maniobra, que libera los órganos de Retención permitiendo la apertura o el cierre del aparato.

Se puede decir que un Relé es un contactor (que vereemos en el apartado 3.11) pero sin contactos Principales.

El tipo y la regulación del relé de Protección dependen de las carácterísticas de la instalación y de la necesidad De coordinación con otros dispositivos. En general, los criterios determinantes Para la elección de un relé son el umbral, el tiempo y la carácterística de la Curva de disparo.

Además de las funciones normales de Protección, los relés permiten:

- medir la corriente

- medir la corriente, tensión, frecuencia, Potencia, energía, factor de potencia

- medir las distorsiones armónicas;

- establecer una comunicación en serie con Control remoto para efectuar un control total de la planta.

Existen Multitud de tipos de distintos relés, dependiendo del número de contactos, de La intensidad admisible por los mismos, tipo de corriente de accionamiento, Tiempo de activación y desactivación, etc.

Se Emplean para realización de automatismos, ya que permiten la realización de Funciones lógicas. En los esquemas se les denomina con las letras KA.

Su símbolo es:

3.6.1Relés de protección

Son los Dispositivos que se encargan  de vigilar El valor de una magnitud determinada y actuar en caso necesario, en función de Los parámetros de actuación predeterminados.

Éstos se pueden Clasificar, en función de su constitución, como:

Mecánicos. Son los que controlan Magnitudes de tipo mecánico, como temperatura, presión, gases, etc.

Electromecánicos. Son los que Miden magnitudes eléctricas: intensidad, tensión, potencia.

Electrónicos. Miden magnitudes De tipo electromagnético.

Por la magnitud Eléctrica medida, pueden ser: de intensidad, de tensión, de potencia, de Frecuencia, etc.

Por el tiempo Transcurrido entre detección de la falta y la actuación: instantáneos o Temporizados.

3.6.2Relés térmicos

El relé térmico es Un dispositivo que sirve para proteger a los circuitos receptores Interrumpiendo la alimentación cuando se producen sobrecargas pequeñas pero Prolongadas.

Normalmente, se Usan para proteger a los motores contra sobrecargas, en lugar de emplear Interruptores magnetotérmicos. Cuando se emplea el relé como protección, se Debe instalar otro dispositivo para controlar los cortocircuitos, porque los Relés térmicos no lo hacen (figura 20).

Figura 20. Relé térmico y relé de control y medida (Telemecanique).

Su funcionamiento Es análogo al disparo térmico de un interruptor magnetotérmico ya que está Formado por bimetales, alrededor de los cuales se enrolla un conductor por el Que circulará la corriente del circuito. El bimetal se calentará por efecto Joule, y cuando se genera más calor que el que es capaz de evacuarse dilatará El bimetal empujando un resorte de apertura de los contactos. El cierre de los Circuitos no puede hacerse hasta que no se haya evacuado el calor generado.

Su curva de Funcionamiento es del tipo I²*t (figura 21).  Debe cumplirse que la curva de disparo del Relé esté por debajo de la de la máquina a proteger.

Existen los relés Electrónicos que, además de las prestaciones que los mecánicos, incluyen otras Especiales. 

Figura 21. Curva de funcionamiento de un relé térmico

Siendo:

a: Curva de fusión de un fusible lento

b: Curva de fusión de un fusible rápido

c: Curva de disparo del relé térmico

d: Curva de funcionamiento del motor sin dañarse.

Criterios de Elección

Para que el Funcionamiento de un relé térmico sea correcto ha de cumplir tres condiciones Básicas:

-Debe interrumpir cuando se Produzca una sobre carga.

-No debe interrumpir cuando circule La intensidad nominal.

-Debe soportar las Sobreintensidades que se produzcan en el arranque normal del motor, sin que Abra el circuito.

La elección del Relé se hará por su calibre, el cual ha de cumplir:

-Debe ser el normalizado Inmediatamente superior a la intensidad nominal de la máquina o circuito a Proteger.

-Debe ser menor que la capacidad de Carga del conductor (intensidad máxima admisible).

Su símbolo es

3.6.3Relé electromagnético

Es un dispositivo Que sirve para proteger instalaciones y receptores cuando se produce un cortocircuito. Generalmente se colocan si se han empleado relés térmicos para proteger a motores Contra sobrecargas, puesto que ese caso no hay protección contra cortocircuitos.

Sólo funciona por Efecto electromagnético. Es similar al interruptor magnetotérmico, cuando éste Actúa por efecto magnético.

Criterios de Elección

Como el objetivo de Estos relés es interrumpir el circuito de alimentación si se produce un Cortocircuito, para su elección se ha de tener en cuenta:

-I_N del relé. Ésta debe ser mayor o Igual que la I_N del circuito que protege, para que no se deterioren Sus contactos.

-Poder de corte. Debe ser mayor que la Intensidad de cortocircuito prevista en el punto donde se instale el relé.

El cálculo de la I Se hace igual que para los interruptores magnetotérmicos. El poder de corte Puede ser menor, siempre y cuando exista filiación Adecuada con otros dispositivos de protección contra cc que estén situados Aguas arriba de la instalación.

Su símbolo es

3.6.4Relé electrónico

Este relé se conecta a transformadores de Corriente (tres o cuatro según el número de conductores que deban proteger) Situados dentro del interruptor automático, que tienen la doble función de Suministrar la energía necesaria para el funcionamiento correcto del relé (autoalimentación) y detectar la intensidad de corriente que transportan los Conductores activos. Por ello, sólo pueden instalarse en redes de corriente Alterna.

La señal procedente de los transformadores y De las bobinas de Rogowsky se elabora mediante un microprocesador electrónico, Que la compara con los umbrales prefijados. Si la señal es superior a los umbrales, Un solenoide de apertura por desmagnetización actúa directamente sobre el grupo De mando del interruptor y lo desconecta.

Si hay una alimentación auxiliar además de La autoalimentación, la tensión debe tener un valor de 24 Vcc ±20% (figura 22).

Figura 22. Relé electrónico (ABB)

3.6.4.1Funciones De protección de los relés electrónicos

Los relés electrónicos efectúan las Siguientes funciones de protección:

L - Protección contra sobrecarga con retardo A tiempo largo inverso. Función de protección contra sobrecargas con retardo a tiempo largo inverso y con Energía específica constante.

L - Protección contra sobrecarga según IEC 60255-3. Función de protección contra sobrecargas con retardo a tiempo largo inverso ycurvas de actuación Conforme a la norma IEC 60255-3. Se utilizan para la coordinación con fusibles Y con protecciones de media tensión.

S - Protección contra cortocircuito con Retardo regulable. Función de protección contra corrientes de cortocircuito con retardo regulable. Gracias al Retardo regulable, esta protección es especialmente útil si se deben realizar Coordinaciones selectivas entre varios dispositivos.

S2- Doble S. Esta función permite Programar dos umbrales de la función de protección S y activarlos Simultáneamente; se puede alcanzar una selectividad incluso en condiciones Sumamente críticas.

D - Protección contra cortocircuito Direccional con retardo regulable. La protección Direccional, similar a la función S, puede actuar de distinto modo según La dirección de la corriente de cortocircuito. Es especialmente apropiada para Redes malladas o si existen líneas de alimentación múltiples en paralelo.

I - Protección contra cortocircuito con Activación instantánea. Función de protección instantánea contra Cortocircuitos.

EFDP - Detección de fallo y prevención Anticipados. Gracias a esta función, el relé puede aislar un fallo en un periodo de Tiempo más corto que la selectividad de zona actualmente disponible en el Mercado.

Rc - Protección contra corriente residual. Esta función Es especialmente apropiada en aquellos casos en que se precisa protección Contra corriente residual de baja sensibilidad, y en aplicaciones de alta Sensibilidad, para proteger a las personas contra un contacto indirecto.

G - Protección contra defecto a tierra con Retardo regulable. Función que protege a la instalación contra los defectos a tierra.

U - Protección contra el desequilibrio de Fases. Función de protección que actúa si se detecta un desequilibrio excesivo Entre las corrientes de las diversas fases protegidas por el interruptor Automático.

OT - Autoprotección contra sobretemperaturas. Función de Protección que controla la apertura del interruptor automático cuando la Temperatura en el interior del relé puede hacer peligrar su funcionamiento.

UV - Protección contra tensión mínima. Función de Protección que actúa cuando la tensión de la fase es inferior al umbral Especificado.

OV - Protección contra sobretensión.Función de Protección que actúa cuando la tensión de la fase supera el umbral Especificado.

RV - Protección contra tensión residual. Protección que Detecta tensiones anómalas en el conductor neutro.

RP - Protección contra retorno de potencia. Protección que Actúa cuando la dirección de la potencia activa es opuesta a su sentido normal De flujo.

UF - Protección contra frecuencia mínima. Esta Protección de la frecuencia detecta la disminución de la frecuencia de red por Encima del umbral regulable, y activa una alarma o abre el circuito.

OF - Protección contra frecuencia máxima. Esta protección de la frecuencia detecta el aumento de la frecuencia de Red por encima del umbral regulable, y activa una alarma o abre el circuito.

M - Memoria térmica. Gracias a esta función Es posible controlar el calentamiento de un componente, de modo que la conexión Es más rápida cuanto menos tiempo haya transcurrido desde la conexión anterior.

R - Protección contra el bloqueo del rotor. Función que Actúa en cuanto se detecta un estado que podría bloquear el rotor del motor Protegido durante su funcionamiento.

Iinst - Protección instantánea de gran Rapidez contra cortocircuito. Esta función en particular tiene el objetivo de Mantener la integridad del interruptor automático y de la instalación en caso De corrientes elevadas que requieran retardos inferiores a los que ofrece la Protección contra cortocircuito instantáneo. Esta protección debe ser ajustada Exclusivamente por personal del fabricante.

K - Control de carga. Gracias a esta Función, existe la posibilidad de conectar y desconectar cargas individuales en La parte de la carga antes de que se active la protección contra sobrecarga L.

Las carácterísticas Anteriores se representan mediante las siguientes curvas de protección (figuras 23, 24 y 25):

      Figura 23. Función L (protección contra sobrecarga)

  Figura 24. Función S (protección selectiva contra Cortocircuito)

   Figura 25. Función I (protección instantánea Contra cortocircuito)

3.7Telerruptor

Interruptor Biestable que se emplea para el control de circuitos de iluminación, en los que Al presionar un pulsador en una posición remota se abre o cierra un interruptor (por ejemplo, escaleras de un edificio, iluminación de escenarios, etc.).

Su símbolo es

3.8Disyuntor

Es el aparato que Protege los circuitos contra cortocircuitos, dentro de los límites de su poder de Corte, a través de un disparador magnético por fase. También protege contra Contactos indirectos (figura 26).

Figura 26. Disyuntor y disyuntor de control (Telemecanique)

Es un aparato de Corte omnipolar y tiene la particularidad de actuar antes que los fusibles Cuando la corriente de cortocircuito es muy elevada.

Dependiendo del Circuito a proteger (distribución, motor, etc.), el umbral de disparo magnético Estará entre 3 y 15 veces la corriente térmica. Algunos disyuntores pueden ser Regulados por el usuario.

El disyuntor puede Utilizarse como alternativa a los fusibles para proteger circuitos de control y Contra cortocircuitos y sobrecargas.

Sus carácterísticas Principales son:

·Poder de corte. Valor máximo de la Intensidad de cortocircuito que puede interrumpir con una tensión y unas Condiciones determinadas (kA).

·Poder de cierre. Valor máximo de Corriente que puede establecer con la tensión nominal, en condiciones Determinadas. Es un múltiplo del poder de corte, aproximadamente entre 1.5 y 2 Veces.

·Autoprotección. Aptitud que posee Para limitar la intensidad de cortocircuito con un valor inferior a su poder de Corte.

·Poder de limitación. Capacidad del Aparato para interrumpir el circuito en caso de fallo con una intensidad Inferior a la de cortocircuito estimada. Permite atenuar efectos térmicos y Electrodinámicos a cables y resto de elementos del circuito.

Su símbolo es                        

3.9 Fusible

Dispositivo que Abre el circuito en el que está instalado cuando la corriente que circula por él provoca, por calentamiento, la fusión de uno o varios de sus elementos Previstos para este fin (la corriente circulante es mayor que la nominal). Proporciona una protección por fase, con un poder de corte muy elevado y un Volumen reducido.

Están constituidos Por dos partes básicas: portafusible y cartucho fusible. El portafusible es la Parte que fija el fusible, mientras que el fusible está formado por los Contactos, el aislante y el elemento fusible. El elemento fusible es un Elemento metálico destinado a fundirse cuando la corriente que circule por él Es superior a su calibre (I_N).

En la mayor parte De los fusibles, salvo en los de pequeño calibre, los elementos conductores Suelen estar dispuestos en un cartucho de material aislante (porcelana o Vidrio) que contiene un elemento extintor (aire o sílice) que facilita el Apagado del arco eléctrico.

Como Carácterísticas principales del fusible destacan:

-La tensión nominal, cuyos valores son 250, 400, 500 y 600 V.

-La intensidad nominal, cuyos valores Normalizados y habituales son 10, 16, 20, 25, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 250, 400, 630, 1000 y 1250 A.

-La corriente convencional de funcionamiento, Que en la ITC-BT-01 se define como el valor especificado que provoca el Funcionamiento del dispositivo de protección antes de transcurrir un intervalo De tiempo determinado de una duración determinada, llamado tiempo convencional. En el fusible, es la corriente de fusión.    

La tensión de Funcionamiento y el calibre determinan su tamaño.

El tiempo de fusión Es la carácterística fundamental. Esto da lugar a los distintos tipos de Fusibles y a las distintas curvas de funcionamiento I(t).

Los fusibles se Emplean como elemento de protección contra sobrecargas y, principalmente, Contra cortocircuitos, ya que su poder de corte es muy alto; son muy útiles Para sustituir a los IA (que son mucho más caros). También se emplean Acompañando a IA y contactores con relés térmicos para protecciones contra Sobrecargas.

Su gran ventaja es La economía y pequeñas dimensiones, y entre sus inconvenientes, es que en Sistemas trifásicos, si se funde una sola fase pueden seguir funcionando las Máquinas, sobrecargando a las otras dos fases, lo que da lugar a averías y otro Inconveniente es que para restablecer el funcionamiento del circuito hay que Reponerlos por otros nuevos.

A los fusibles se Les denomina mediante dos letras. La primera indica la zona de corte del Fusible (a o g). Los de tipo g (de corte completo, de uso General) pueden cortar todas las corrientes por encima de la intensidad de Fusión, hasta el valor del poder de corte (figura 27). Los de tipo a (de Corte parcial, o acompañamiento) garantizan el funcionamiento sólo para valores Mayores de una intensidad dada hasta el poder de corte. Se emplean en Protección de motores.

Figura 27. Curva carácterística de fusibles  

Donde: t_f = tiempo de fusión

             I_N = Intensidad nominal (de no Fusión)

             I_f = Intensidad de fusión.

La segunda letra Indica el tipo de elemento a proteger o categoría de uso: G (aplicaciones Generales: domésticas y similares), M (motores), R (semiconductores).

Los fusibles de la Clase aM (tipo motor) sólo protegen contra corrientes de cortocircuito a los Circuitos sometidos a picos de corriente elevados. Por sus carácterísticas de Fusión, estos fusibles no protegen contra sobrecargas y deben asociarse con Otro dispositivo que proporcione protección contra éstas.

Los fusibles gG Protegen a la vez contra cortocircuitos y contra sobrecargas a los circuitos Con picos de corriente poco elevados. Deben tener un calibre inmediatamente Superior a la corriente de plena carga del circuito protegido.

Los fusibles de Tipo cartucho cilíndrico se emplean para pequeñas intensidades (< 15 A); Para corrientes intermedias se emplean los tipo D0; los de cuchillas para intensidades Superiores a 100 A (figura 28).

Figura 28. Fusibles

Principio de Funcionamiento

Cuando una Corriente pasa por los elementos conductores del fusible se disipa energía por Efecto Joule, que eleva la temperatura del elemento conductor (hilo fusible). Esto provoca una evacuación de calor al medio que le rodea y de aquí al Exterior.

Si la intensidad Que pasa por el fusible provoca el mismo calor que se evacúa al medio que le Rodea, el elemento conductor no funde. Si lo que provoca es que el elemento Conductor del fusible llegue al punto de fusión, el conductor se fundirá, Produciendo un arco eléctrico que se disipará en el interior del fusible.

 Otra carácterística importante de los fusibles De cartucho es que proporcionan el corte de corriente antes de que ocurra el Primer pico importante, por lo que la corriente de cortocircuito nunca alcanza El valor máximo (figura 29).

Figura 29. Limitación de la corriente mediante fusible

Donde: t_f = tiempo de eliminación Del defecto

             I_P = intensidad de pico prevista.

También se ha de Tener en cuenta la carácterística I² t de los fusibles, que Determina la energía térmica del cortocircuito generada en el circuito que Protege (en A² s), como se puede ver en la figura 30, donde se Indica las curvas carácterísticas del fusible y del cable a proteger.

 Figura 30. Curva I²*t de un fusible Y de un cable

Cálculo

En general, en las Redes de BT, los conductores están protegidos con fusibles contra sobrecargas y Cc en la cabecera de la línea principal. Esto señala que se debe controlar la Longitud total de la línea a proteger.

Teniendo en cuenta Lo anterior, la protección contra sobrecargas permanentes en los conductores de Un circuito, antes de que se provoque un calentamiento excesivo del aislamiento De los conductores (según la temperatura máxima admitida), estará asegurada si Se cumple:

D)Ib ≤ IN  ≤ IZ

E)I2 ≤ 1.45*IZ

Como I₂ = n*I_N  è a) se Puede escribir como:

Siendo I_b = I de uso

            I_N = I nominal del dispositivo de protección

            I_Z = I máxima admisible del conductor instalado

            I₂ = I de disparo del dispositivo de protección

n = Número de veces que I₂ es I_N se obtiene de las curvas I(t). Siempre será Mayor a 1.45.

El procedimiento de Cálculo del fusible será:

1. Obtener la Icc en el punto donde Comienza el cable.
2. Determinar la longitud máxima Protegida por el fusible.
3. Comprobar la validez de la protección Calculada contra cc, si existen derivaciones.

Un cálculo Simplificado de la intensidad de cc consiste en considerar que la tensión en el Centro de transformación que alimenta la línea es el 80% de la tensión nominal Del transformador (ya que es difícil conocer la impedancia del circuito de Alimentación de la red), que el defecto es entre fase y tierra (el más Desfavorable) y que la temperatura media del conductor es de 90 ºC:

siendo: L = longitud desde el punto donde está Situado el fusible hasta donde se produce

            el cc (km)

            U_f = tensión simple donde se ubica el fusible

R_F = resistencia del conductor de fase a la temperatura máxima del Aislamiento (90 ºC para XLPE y EPR, y 70 ºC para PVC) (Ω/km)

            X_F = reactancia del conductor De fase (Ω/km)

R_N = resistencia del conductor neutro a la temperatura máxima del Aislamiento (90 ºC para XLPE y EPR, y 70 ºC para PVC) (Ω/km)

            X_N = reactancia del conductor Neutro (Ω/km)

Para que la Protección contra cc esté asegurada, se debe cumplir que:

            I_S > I_f

            I_cc Punto > I_f

Siendo I_S = I de cc admisible en el Cable en 5 s (I_cc²*t = k²*s)

            I_cc = I de cc en el punto donde está situado el fusible

             = I De fusión del fusible en 5 s (se obtiene de las curvas I(t) o de tablas)

La longitud máxima De cable protegida por el fusible  se Obtiene de la expresión anterior, cuando Icc es la intensidad mínima de cc que Admite un cable en 5 s.

La longitud máxima De una derivación protegida con el mismo fusible que la línea principal se Obtiene gráficamente considerando que la longitud de la línea principal es la Base de un triángulo rectángulo que estaría protegida contra cc por su fusible; El cateto vertical representaría la longitud máxima de la derivación protegida Por el fusible si no existiese la línea principal (figura 31). La longitud Máxima protegida de una derivación en un punto cualquiera de la línea principal Sería:

Figura 31. Longitud protegida por fusible en una derivación

Criterios de Elección

Para la elección Del fusible se deben considerar los datos siguientes:

-Calibre (I_N). Debe ser Mayor o igual que la I_N de la máquina o circuito a proteger. Además, Debe ser menor que la I máxima admisible del conductor.

-Poder de corte. Debe ser lo más Alto posible.

-Tiempo de fusión y tipo de curva. Dependerá del tipo de receptor y de si existe o no otra protección contra Sobrecargas.

-La selectividad entre dos fusibles puede existir si La relación entre calibres es ≥ 1.6.

 Su símbolo es                       

3.10 Contactor

Es un aparato Mecánico de conexión y desconexión eléctrica, capaz de establecer, soportar e Interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito e incluso de sobrecarga. Por tanto, podemos decir que es un interruptor mandado a distancia, que vuelve A la posición de reposo cuando la fuerza de accionamiento deja de actuar sobre él. Es un dispositivo de conmutación todo o nada asociada a un solenoide.

En la mayoría de Los casos de instalaciones de control a distancia, el contactor es Imprescindible para facilitar la tarea del operario, que suele estar alejado de Los mandos del control de potencia y que dispone de información a través de Pilotos de señalización “esclava”. Son elementos apropiados para instalaciones Automáticas.

Según el tipo de Accionamiento, los contactores pueden ser: electromagnéticos, Si son movidos por la fuerza de atracción de un electroimán; neumáticos, si son accionados por al Presión de un gas; hidráulicos, si se Mueven por la acción de un líquido. Generalmente se emplean los Electromagnéticos.

Tienen una función Similar a un interruptor, pero con la ventaja principal que son capaces de Realizar numerosos maniobras de apertura y cierre. Además, ofrece otras Ventajas como interruptor de corrientes monofásicas o polifásicas elevadas Accionando un elemento auxiliar de mando recorrido por una corriente de baja Intensidad, funcionar tanto en servicio continuo como intermitente, control a Distancia de forma manual o automática empleando hilos de sección reducida, Colocar los puestos de control cerca de los operarios, etc.

También, son muy Robustos y fiables, protegen a los receptores frente a caídas de tensión Importantes, garantizando la seguridad de las personas contra arranques Inesperados, etc. (figura 32).

Figura 32. Contactor (Telemecanique)

Sus principales Elementos son:

-Electroimán. Es el elemento motor del Contactor. Sus elementos más importantes son el circuito magnético y la bobina. Su misión consiste en accionar las piezas móviles de contacto a través del Mecanismo de transmisión correspondiente. La fuerza debe ser mayor que la Resistencia del mecanismo. Puede ser alimentado por corriente continua o corriente Alterna.

-Bobina. Elemento que genera el flujo magnético Necesario para que actúe el electroimán. Se alojará en una de las columnas de La armadura del electroimán.

-Circuito magnético. Lugar donde se sitúan las Líneas de fuerza generadas en el hierro y en el entrehierro (aire). En el hierro Se distingue una parte fija (núcleo) y una parte móvil (martillo).

Si se emplea en ca, el núcleo debe estar formado por chapas apiladas, Para evitar las pérdidas por corrientes de Foucault. 

-Muelles y resorte. Son los que proporcionan la Presión de los contactos y el esfuerzo antagonista.

-Contactos principales. Son los elementos Encargados de cerrar o abrir el circuito eléctrico donde está instalado el Contactor. Son piezas sometidas a grandes esfuerzos. Pueden ser planos o Esféricos.

-Contactos auxiliares. Son los que actúan sobre Circuitos auxiliares de poca potencia, para realizar funciones de Automatización.

Su funcionamiento Se basa en el desplazamiento de la parte móvil del electroimán, que arrastra Las partes móviles de los polos y de los contactos auxiliares. Cuando la bobina Del electroimán está bajo tensión, el contactor se cierra, estableciendo un Circuito entre la red de alimentación y el receptor, a través de los polos.

El dispositivo de Control puede ser rotativo (girando sobre un eje), lineal (deslizamiento) o Combinación de ambos.

Cuando se Interrumpe la alimentación de la bobina, el circuito magnético se desmagnetiza Y el contactor se abre.  

Los contactores, Aunque van siendo sustituidos por autómatas, son imprescindibles en procesos de Automatización, ya que sus cualidades estriban en el gran número de maniobras y En el mando a distancia. Además, los contactores protegen a los motores contra Sobrecargas. Para proteger a los contactores se emplean fusibles o IA.

Las carácterísticas De los contactores vienen definidas por el número de polos (bipolar, tripolar o Tetrapolar), naturaleza de la corriente (alterna o continua), modo de corte (aire, vacío, SF6), tensión de mando, intensidad nominal y el servicio (continuo, intermitente o temporal).

Cuando se emplean En automatismos, llevan contactos de pequeña potencia, llamados contactos Auxiliares, que pueden ser de dos tipos: normalemente abiertos (NO) y Normalmente cerrados (NC). En los esquemas se nombra con las letras KM.

Hay contactores que Se emplean con semiconductores, teniendo las ventajas del gran número de Maniobras, de no producir soldaduras en sus contactos, poco mantenimiento y no Producen ruidos, entre otras.

Su símbolo es                        

3.10.1Elección, instalación y Mantenimiento

En la elección de Un contactor cabe considerar unos aspectos de orden técnico y otros de tipo Práctico.

1. Las Consideraciones técnicas determinantes para su elección son la tensión y la Naturaleza de la carga sobre la que actúa. En cuanto a la tensión, se ha de Distinguir entre la del circuito principal o de carga y la aplicada a la bobina Del electroimán.

Es muy importante Controlar que la tensión de servicio sea la correcta: caídas de tensión Superiores a las admitidas por el contactor pueden provocar que no cierren Adecuadamente los contactos, lo que hará que éstos se destruyan. La tensión de Accionamiento de la bobina es de amplia gama, pero las más comunes son las de 24, 48, 230 y 400 V. La máxima tensión a la que suelen trabajar es de 660 V, Para los contactores de uso normal en la industria.

En cuanto a la Intensidad nominal de un contactor, existe una amplia gama; generalmente está Comprendida entre 5 A y varios cientos de amperios, o sea que los contactores Pueden controlar potencias dentro de un amplio margen.

Otro aspecto a Tener en cuenta es el cos φ de la instalación. El Comité Electrotécnico Internacional (CEI) establece la siguiente distinción, según el tipo de cargas:

            AC – 1.    Para Cargas resistivas o casi; cos φ ≥ 0.95

            AC – 2.    Para cargas inductivas;  cos φ = 0.65

AC – 3.    Para cargas muy inductivas;  0.35 ≤ cos φ < 0.65

AC – 4.    Para maniobras de arranque, Marcha y frenado por inversión de

                 motores De jaula de ardilla.

En caso de Emplearse una línea de gran longitud para alimentar a un motor, el contactor se Debe colocar al principio de la línea, no junto al motor.

Un exceso de Tensión lleva como consecuencia un incremento de la intensidad por la bobina, y Puede llegar a quemarla.

En cuanto a la Carga, se ha de tener en cuenta el tipo y modalidad, estudiando en cada caso su Aplicación y atender las instrucciones del fabricante elegido.

Si se emplean en corriente Continua contactores calculados para corriente alterna, puede ocurrir que la corriente Continua se requiera sólo para el circuito de mando, en cuyo caso no hay Dificultades si el fabricante así lo indica. Si el circuito de cc es el de Carga se debe consultar con el fabricante elegido y atender sus instrucciones.

2. En cuanto a las Consideraciones prácticas, éstas pueden verse bajo dos aspectos: condiciones de Instalación o condiciones de servicio. Entre las de instalación puede ser Determinante el espacio disponible, que obligará a emplear el contactor con las Dimensiones y disposición adecuadas. Entre las de servicio y de mantenimiento Son de destacar la facilidad de inspección y revisión y la facilidad de Reposición de recambios y trabajo en tensión sin peligro de descargas o Cortocircuitos, vida del aparato, etc.

En cuanto al Mantenimiento, se ha de tener en cuenta que cuando un contactor sufre algún Deterioro conviene comprobar, en primer lugar, que su calibre sea el adecuado. Si éste es correcto se debe verificar el funcionamiento del electroimán. Éste Puede actuar de forma no adecuada cuando se produce una caída de tensión en la Red, una caída de tensión en el circuito de control (se debe sustituir el Aparato), vibración de los contactos (modificar la temporalización del Aparato), si se producen microcortes en la red, el pico de tensión puede llegar A duplicarse y se debe modificar la temporalización.

Un ejemplo claro de Utilización del contactor es en los circuitos de alumbrado. Éstos están Compuestos por un número de lámparas, y equipos para las de descarga, que Durante la explotación pueden cambiar, pero nunca sobrepasan la potencia máxima Prevista en principio. En estas condiciones no hay riesgo de que se produzcan Sobreintensidades y basta proteger el circuito utilizando fusibles de clase gG.

Para determinar el Contactor a colocar en una instalación de alumbrado basta conocer la intensidad Que absorbe el circuito (lámparas más equipo de encendido). Ésta se puede Conocer apoyándose en el catálogo del fabricante elegido o mediante cálculo:

A)Instalación monofásica

B)Trifásica

donde: P₂ = potencia monofásica (W)

            U = tensión monofásica (V)

            cos φ = factor de potencia (≥ 0.9)

P₃ = potencia trifásica (W)

            U_L = tensión de línea trifásica (V)

            cos φ = factor de potencia (≥ 0.9)

Una vez calculada La intensidad de la corriente, se determina el contactor correspondiente según Catálogo, teniendo en cuenta que la intensidad nominal del contactor será mayor Que la intensidad de cálculo obtenida según las expresiones anteriores.

3.11  Interruptor (relé) diferencial (ID)

Dentro de la gama De los relés se destaca el relé diferencial, que es un aparato que actúa por Diferencia de magnitudes. Es un elemento de protección contra contractos Indirectos.

El relé Dieferencial es un bloque compacto que provoca la apertura automática de las Instalaciones cunado la suma vectorial de las intensidades que atraviesan los Polos del aparato alcanza un valor predeterminado, o sea, si se produce un Desequilibrio en el circuito por una derivación de corriente, entonces, actúa El diferencial desconectando la parte de instalación donde se ha producido el Defecto.

Los interruptores Diferenciales se han de colocar lo más cerca posible del punto de origen de la Derivación individual a proteger (local, vivienda, etc.).

Su símbolo es

3.11.1Partes de un relé diferencial

Las partes Fundamentales de un relé diferencial son:

·Transformador toroidal (transformador fiferencial de intensidad)

·Relé de desconexión

·Mecanismo de desconexión

·Resistencia de prueba

·Pulsador de prueba.

En la figura 33 se Recoge un esquema con las partes más relevantes de un relé diferencial bipolar.

Figura 33. Esquema de un relé diferencial

3.11.2Principio de funcionamiento

En un sistema Eléctrico cualquiera, la suma de intensidades de todos sus conductores (fase y Neutro) ha de ser cero (primera ley de Kirchhoff). En un sistema monofásico o Trifásico (con o sin neutro) la suma vectorial de las intensidades también ha De ser cero, mientras no pase corriente a tierra o por el conductor de Protección. Cuando la suma de todas las intensidades supera un cierto valor, se Señala un defecto.

Por ejemplo, para Un sistema monofásico:

            I₁ + I₂ = 0

Si se produce un Defecto a tierra, el resultado de la suma anterior no es cierto, verificándose (figura  grafica 10.6):

            I₁ + I₂ = I_d

De la misma forma Se puede plantear para el caso de un sistema triafásico con o sin neutro.

Cuando la corriente Total que atraviesa el elemento toroidal no es nula se genera un flujo Magnético. Si no existe defecto (I_d = 0):

            I₁ = I₂       è      I₁ = I₂

Φ1= Φ2   è    Φ1= Φ2

por lo que el flujo (Φ )
Resultante es cero.

Si se produce un Defecto a tierra:

            I₁ ≠ I₂ 

Φ1 ± Φ2

por lo tanto, se Establece un flujo resultante. Este flujo induce en la bobina una f.E.M. Que Actúa sobre el mecanismo de disparo, desconectando la instalación eléctrica en La que se ha producido el defecto (figura 34).

Figura 34. Corrientes y ylujo en el elemento toroidal

3.11.3Utilidad

1. Contra contactos directos

Los Interruptores diferenciales de alta sensibilidad no sólo pueden proteger a Personas e instalaciones contra contactos indirectos sino también contra Contactos directos. Veamos:

Si En una instalación a 230 V una persona con una R = 100 Ω toca un elemento en Tensión, a través de ella se produce una corriente a tierra, cuyo valor es:

Dicha Intensidad puede no ser percibida por la protección contra sobreintensidad, Pero es mortal para una persona. Al actuar la protección diferencial se abre el Circuito apenas el defecto alcance la sensibilidad del diferencial (30 mA)

2. Contra incendios

Los Interrruptores diferenciales también aportan una protección eficaz al limitar Las eventuales fugas de energía por efecto del aislamiento a potencias muy Bajas. En una instalación con protección diferencial de alta sensibilidad y a 400 V, la máxima potencia disipada en un defecto a tierra es:

           P = 400 x 0.03 = 12 W.

Este Valor es lo suficientemente pequeño para descartar la posibilidad de un Incendio.

3. Conta contactos indirectos

La Protección más ventajosa contra contactos indirectos es la puesta a tierra de Las masas y un interruptor diferencial como dispositivo de corta. Para la Proteccióncontra contactos indirectos se exige que el tiempo de disparo, al aparecer El defecto, sea ≤ 5 s.

Según La ITC-BT-24, se deben colocar interruptores diferenciales para protección de Instalaciones en locales o emplazamientos de tipo seco, donde la tensión de Defecto ha de ser ≤ 50 V, y en locales o emplazamientos de tipo húmedo o mojado Donde será ≤ 24 V (recordemos que I_defecto X R_{p.A t.} ≤ U_defecto). Por ejemplo, si se produce un Defecto a tierra y sólo se usa un interruptor general de 15 A, para cumplir la Condición anterior:

            Resistencia Que es prácticamente inalcanzable o carísima.

            (Hemos De recordar que la corriente de disparo del IA es de 5xI_N).

Si se usa un Interruptor diferencial de media o alta sensibilidad:

            Valores De resistencia de p. A t. Fácilmente alcanzables.

4. Ante Disparos intempestivos

En General, uno de los problemas con que se han enfrentado los ID durante los últimos tiempos has sido el de los disparos no producidos por una fuga real, es Decir los disparos intempestivos. Para preservar los circuitos de estas Alteraciones no deseadas se van mejorando estos aparatos, definíéndose su Comportamiento frente a estos fenómenos según su respuesta (rearmables, con un Número determinado de intentos).

Importante:

1.Siempre se han de cortar todos los conductores activos, incluso el Neutro

2.Nunca se ha de cotrtar el conductor de protección

3.11.4Clasificación

Los interruptores diferenciales se Clasifican de acuerdo con su sensibilidad ante la corriente de defecto, como:

- Tipo AC: dispositivo diferencial cuya actuación se garantiza para corrientes alternas Sinusoidales diferenciales, sin componente continua, aplicadas de bruscamente o Gradualmente crecientes.

- Tipo A: dispositivo diferencial cuya actuación se garantiza para corrientes alternas Sinusoidales diferenciales, en presencia de determinadas corrientes diferenciales Continuas pulsantes aplicadas bruscamente o gradualmente crecientes.

- Tipo B: dispositivo diferencial cuya actuación se garantiza para corrientes alternas Sinusoidales diferenciales, en presencia de determinadas corrientes diferenciales Continuas pulsantes aplicadas bruscamente o gradualmente crecientes, y para Corrientes diferenciales continuas que pueden derivar de circuitos Rectificadores.

En presencia de equipos eléctricos con Componentes electrónicos (ordenadores, fotocopiadoras, faxes, etc.), la corriente De defecto a tierra puede no tener forma sinusoidal sino la de una corriente Continua pulsante unidireccional. En estos casos se ha de utilizar un relé Diferencial de tipo A.

En presencia de circuitos rectificadores (por ejemplo puente monofásico con carga capacitiva que produce corriente Continua alisada, media onda trifásico o puente trifásico), la corriente de Defecto a tierra puede tener forma de onda unidireccional continua. En estos Casos se ha de utilizar un relé diferencial clasificado como tipo B. Un caso de Cada vez más aplicación es en circuitos donde haya de proteger variadores de Velocidad.

3.11.5Criterios de elección

Fundamentalmente se Tendrá en cuenta que debe interrumpir el circuito de alimentación cuando Detecte un valor de la intensidad de defecto que pudiera ser peligroso para las Personas.

Para seleccionar Correctamente un diferencial se han de considerar los siguientes datos:

1. Sensibilidad nominal.
2. Intensidad nominal y poder de corte.
3. Curva de desconexión.

1. La sensibilidad nominal (I_S) representa el valor Mínimo de la intensidad de defecto a partir del cual el diferencial debe abrir El circuito en un tiempo determinado. El tiempo  Máximo de desconexión debe ser 0,2 s, en cualquier caso.

Según la Sensibilidad, los diferenciales son:

- De muy alta Sensibilidad.    I_S ≤ 10 mA (de uso en hospitales y ordenadores)

- De           “          “               10 < I_S ≤ 30 mA (de uso en Viviendas)

- De         media    “               30 < I_S ≤ 500 mA (de uso En locales secos)

- De         baja       “               I_S > 0,5 A.

2. La intensidad nominal (I_N)indica el valor máximo de la corriente que puede circular por un Diferencial sin deterioro. Ésta debe ser mayor que intensidad consumida por los Receptores a proteger. Los valores usuales son 25, 40 y 63 A, aunque existen Otros valores más elevados.

Poder de corte es la máxima Intensidad (generalmente producida por un cortocircuito) que es capaz de Interrumpir en un circuito sin que deterioren los contactos. Este valor viene Fijado por la norma correspondiente.

3. La curva de desconexión debe respetar Los siguientes intervalos de funcionamiento. Si I_D es la intensidad de Defecto detectada, para:

I_D = 0,5*I_S, no hay desconexión

I_D = I_S, hay desconexión en t ≤ 0,2 s

I_D = 2*I_S, hay desconexión en t ≤ 0,1 s

Para diferenciales De I_S ≤ 30 mA, deben Cumplir que I_D= 10*I_S.

La curva de Desconexión se elegirá de forma que pueda existir una perfecta coordinación, Tanto cronométrica como amperimétrica, con el resto de protecciones.

La sensibilidad Viene fijada por el valor de la resistencia de tierra y por el de la tensión de Seguridad impuestos por el REBT:

 siendo: R_T= resistencia de tierra

 U_S = Tensión de seguridad (12 V en locales mojados; 24 V en locales húmedos;    

50 V en locales Secos)

 I_S =  corriente de defecto.    

Se deben instalar En la cabecera de los circuitos, delante de los IA.

Siguiendo con lo Comentado anteriormente, el ID apropiado a elegir para la instalación en Estudio debe cumplir con los criterios técnicos de su constitución y la coordinación De éste con el resto de protecciones (selectividad). Las carácterísticas Técnicas son las ya conocidas: calibre o intensidad nominal, sensibilidad, Tiempo de disparo y clase.

Tratemos la Carácterística de la sensibilidad:

Los valores de la Tensión de seguridad están recogidos en la ITC-BT-18 (apartado 9).

Se ha de comprobar Que el tiempo de disparo es el que exige la curva de seguridad (figura 18), Para ello se ha de calcular la tensión de contacto a la que quedaría sometida Una persona al producirse éste y comparar con la U_S normativa según Local.

Se ha de elegir el Número de polos (determinado por la instalación).

La I_N del ID ha de ser superior A la pudiese ser solicitada simultáneamente por los circuitos aguas abajo del Punto donde se instala. Debe ser mayor o igual que la del interruptor Magnetotérmico conectado en serie con él (se recomienda  I_N (ID) > 1.4*I_N(IA)).

 El Principio de funcionamiento del relé diferencial permite utilizarlo en los Sistemas de distribución TT, IT (en estos casos con particular atención) y TN-S, pero no en los sistemas TN-C, ya que en estos sistemas el neutro se Utiliza también como conductor de protección y, dado que pasa por dentro del Toroide, no sería posible medir la intensidad diferencial porque la suma Vectorial de las intensidades sería siempre igual a cero (ITC-BT-08).

Los interruptores diferenciales se Clasifican de acuerdo con su sensibilidad ante la corriente de defecto, como:

- Tipo AC: dispositivo diferencial cuya actuación se garantiza para corrientes alternas Sinusoidales diferenciales, sin componente continua, aplicadas de bruscamente o Gradualmente crecientes.

- Tipo A: dispositivo diferencial cuya actuación se garantiza para corrientes alternas Sinusoidales diferenciales, en presencia de determinadas corrientes diferenciales Continuas pulsantes aplicadas bruscamente o gradualmente crecientes.

- Tipo B: dispositivo diferencial cuya actuación se garantiza para corrientes alternas Sinusoidales diferenciales, en presencia de determinadas corrientes diferenciales Continuas pulsantes aplicadas bruscamente o gradualmente crecientes, y para Corrientes diferenciales continuas que pueden derivar de circuitos Rectificadores.

3.12Coordinación entre protecciones

La selección del sistema de protección de Una instalación eléctrica es un proceso fundamental para garantizar un servicio Correcto, tanto funcional como económico, de toda la instalación y para reducir Al mínimo los problemas provocados por condiciones de servicio anómalas o por faltas Reales.

Dentro del ámbito de este análisis, se Estudia la coordinación entre los diversos dispositivos destinados a la Protección de secciones de una instalación o de componentes específicos, con el Objetivo de:

– garantizar en todo momento la seguridad de La instalación y de las personas, en todos los casos;

– identificar y excluir rápidamente sólo el área implicada en el problema, sin disparos indiscriminados que reducen la Disponibilidad de energía en áreas no implicadas en el defecto;

– reducir los efectos de la falta en otras Partes de la instalación;

– garantizar la continuidad del servicio con Una tensión de alimentación de buena calidad;

– garantizar un respaldo adecuado en caso de Falta de la protección destinada a la apertura;

– proporcionar al personal responsable del Mantenimiento y el sistema de gestión la información necesaria para restaurar El servicio al resto de la red lo más rápidamente posible y con las menores Interferencias;

– lograr un buen compromiso entre Fiabilidad, simplicidad y rentabilidad;

- Etc.

En concreto, un buen sistema de protección Debe ser capaz de:

– detectar qué es lo que ha sucedido y Dónde, con una buena discriminación entre situaciones anómalas pero tolerables Y situaciones de defecto dentro de su ámbito de competencia, así como evitar Disparos no deseados que provoquen la detención injustificada de una parte en Buenas condiciones de la instalación;

– actuar lo más rápidamente posible para Limitar los daños (destrucción, envejecimiento acelerado, etc.), con atención a La continuidad y estabilidad de la alimentación.

Las soluciones se obtienen a partir de un Compromiso entre dos requisitos contrapuestos una identificación precisa de Falta y un rápido disparo y determinar cuál de ellos se privilegia.

En la ITC-BT-19, en su artículo 2.4, Subdivisión De las instalaciones, indica:

“Las instalaciones se subdividirán de forma Que las perturbaciones originadas por averías que puedan producirse en un punto De ellas, afecten solamente a ciertas partes de la instalación, por ejemplo a Un sector del edificio, a un piso, a un solo local, etc., para lo cual los dispositivos de protección de cada Circuito estarán adecuadamente coordinados y serán selectivos con los Dispositivos generales de protección que les precedan.

Toda instalación se dividirá en varios Circuitos, según las necesidades, a fin de:

– evitar las interrupciones innecesarias de Todo el circuito y limitar las consecuencias de un fallo;

– facilitar las verificaciones, ensayos y Mantenimiento;

– evitar los riesgos que podrían resultar Del fallo de un solo circuito que pudiera dividirse, como por ejemplo si solo Hay un circuito de alumbrado.”

En consecuencia:

–se recomienda la subdivisión de Las instalaciones y la selectividad Entre los dispositivos de protección de modo que los de cada circuito Sean selectivos con los que les precedan.

Se ha de tener en cuenta que la coordinación De las protecciones depende en gran medida de la intensidad nominal asignada y De la intensidad de cortocircuito que existen en el punto considerado de la Instalación.

Una vez Determinadas las carácterísticas de los interruptores que protegen a los Circuitos, tendrá que comprobarse una adecuada coordinación entre protecciones. Para ello se deben cumplir dos tipos de coordinación: selectividad y filiación.

Se denomina filiación aquella técnica que utiliza Las prestaciones de los IA con limitación de corriente para permitir la Instalación aguas debajo de otros componentes del circuito con un poder de Corte inferior al que de otro modo sería necesario, reduciendo así el coste de La instalación.

La condición es que El interruptor principal tenga un poder de corte mayor o igual que la Intensidad de cc en el punto en el que esté instalado y esté correctamente Coordinado con los interruptores secundarios, de forma que, en caso de Producirse un cc que supere el poder de corte del interruptor secundario, el Principal se desconecte.

Naturalmente, su Ventaja está en disminuir el poder de corte del interruptor aguas abajo (menor Coste) pero el inconveniente es que dejaría sin servicio otras partes del Circuito en las que no haya avería.

La filiación sólo Puede verificarse mediante ensayos de laboratorio, lo que indica que sólo la Pueden asegurar los fabricantes. 

Se denomina selectividad a la técnica que basa la protección En los niveles de corrientes o de tiempo (o ambos a la vez) que pueden Atravesar el dispositivo de protección de un circuito. Ésta se consigue Empleando dispositivos de protección automáticos tales que si ocurre algún Defecto en cualquier punto de la instalación, dicho defecto se elimina por el Dispositivo de protección situado inmediatamente aguas arriba del defecto, de Forma que no se vean afectados el resto de los elementos de protección.

En la Norma IEC correspondiente, se define La selectividad por sobreintensidad a la coordinación entre las carácterísticas de funcionamiento de Dos o más dispositivos de protección contra sobreintensidad tal que, al Verificarse una sobreintensidad dentro de los límites establecidos, actúa sólo El dispositivo destinado a funcionar dentro de esos límites y los demás no Intervienen.

Donde sobreintensidad, es una intensidad de Valor superior a la intensidad nominal, debida a una causa cualquiera (sobrecarga, cortocircuito, etc.).

3.12.1Grados de selectividad

Selectividad total. Es aquella Que, en presencia de los dispositivos de protección contra sobreintensidades Conectados en serie, el dispositivo de protección situado aguas abajo ejerce siempre La protección sin provocar la actuación del otro dispositivo situado aguas Arriba. Se habla de selectividad totalcuando existe selectividad para cualquier valor posible de Sobreintensidad en la instalación.

Selectividad Parcial. Es la que se da cuando en presencia de dos Dispositivos de protección de máxima intensidad conectados en serie, el Dispositivo de protección situado aguas abajo asegura la protección hasta un Nivel dado de sobreintensidad sin provocar el funcionamiento del otro Dispositivo de protección.

La selectividad Parcial se cumple cuando lo anterior ocurre sólo para un valor de cc inferior a La corriente de cc máxima.

Se habla de selectividad parcialcuando sólo existe selectividad hasta Un determinado valor de intensidad límite de selectividad (I_s). Si La intensidad supera este valor ya no se garantiza la selectividad entre los Dos dispositivos automáticos.

En el estudio de la Selectividad se debe tener en cuenta los conceptos de: zona de sobrecarga y Zona de cortocircuito.

Zona de sobrecarga. Intervalo de Los valores de la intensidad que se sitúa entre la intensidad nominal y el Número de veces de esta intensidad, según la protección. En IA, se sitúa entre Las 8 y 10 veces la intensidad nominal.

Zona de cortocircuito. Intervalo De los valores de la intensidad que se sitúa por encima de la correspondiente a La intensidad de sobrecarga. En los IA, por encima de las 8 a 10 veces de la Intensidad nominal.

En la zona de sobrecarga, con las Protecciones activas, se acostumbra a usar la selectividad de tipo tiempo-corriente. En general, las Protecciones frente a sobrecargas tienen una carácterística temporal definida, Ya sean originadas mediante un relé térmico.

Una carácterística temporal definida está Diseñada como una carácterística de disparo cuando, a medida que aumenta la Intensidad, el tiempo de disparo del interruptor disminuye.

Este método consigue la selectividad de Disparo ajustando las protecciones de tal manera que la protección del lado de La carga, para todos los valores posibles de sobreintensidad, realice el Disparo más rápidamente que la protección del lado de la alimentación.

En la zona de cortocircuito, con las Protecciones activas, se pueden utilizar diversas técnicas de selectividad, Como son:

- selectividad Amperimétrica

- selectividad Cronométrica

- selectividad Energética.

Selectividad Amperimétrica. Es la que se basa en la observación que Cuanto más cerca está el punto de defecto de la alimentación, más elevada es la Intensidad de cortocircuito. Por tanto, es posible discriminar la zona en que Se produce el defecto ajustando las protecciones instantáneas a diferentes Valores de intensidad.

Normalmente, la selectividad total se puede Lograr en casos concretos sólo cuando la intensidad de defecto no es elevada y Cuando existe un componente con una gran impedancia situado entre las dos Protecciones (transformador, cable muy largo o cable de sección transversal reducida, Etc.) y, en consecuencia, hay una gran diferencia entre los valores de la Intensidad de cortocircuito.

Por tanto, este tipo de coordinación se usa Principalmente en la terminal de distribución (intensidad nominal y valores de Intensidad de cortocircuito bajos e impedancia de los cables de conexión Elevada). Para este estudio se acostumbran a utilizar las curvas de disparo Tiempo-corriente de los dispositivos.

Es intrínsecamente rápida (instantánea), de Fácil realización y económica.

Sin embargo:

– el límite de selectividad acostumbra a ser Bajo y, por tanto, la selectividad a menudo es sólo parcial;

– el valor de ajuste de las protecciones Contra sobreintensidades crece rápidamente;

- la redundancia de las protecciones, que Garantiza la eliminación (rápida) de falta en caso de que una de ellas no esté Operativa, no es posible.

Coordinación De las protecciones. Protección de acompañamiento (bak-up). Es una coordinación de la protección contra sobreintensidad mediante Dos dispositivos conectados en serie, en la cual el dispositivo de protección generalmente (pero no necesariamente), ubicado del lado de la alimentación ejerce la Protección con o sin ayuda del otro dispositivo y evita que este sufra solicitaciones Excesivas.

Consideremos la instalación de la figura 35, Cuando se produce un defecto de, por ejemplo, 1 kA en el punto indicado, la Coordinación adecuada se refleja en la figura 36. El límite de selectividad Está dado por el umbral mínimo de disparo magnético del IA de cabecera (IA2) de I_N = 160 A.

Figura 35. Coordinación de protecciones (IA1 – IA2)

Figura 36. Curvas tiempo-corriente

Selectividad Cronométrica. En este tipo de coordinación, aparte del Umbral de disparo en términos de intensidad, se define un tiempo de disparo: un Determinado valor de intensidad que hace que las protecciones se disparen tras Un retardo definido, adecuado para permitir la disparo de cualquier protección situada Más cerca del defecto y excluir el área en donde se ha originado la falta.

Por tanto, la estrategia de ajuste es Aumentar progresivamente los umbrales de intensidad y los retardos de Desconexión a medida que se acercan las fuentes de alimentación.

Los umbrales de disparo retardados deben Tener en cuenta las tolerancias de los dos dispositivos de protección y las Intensidades efectivas que los atraviesan.

La diferencia entre los retardos ajustados Para las protecciones en serie debe tener en cuenta los tiempos de detección y De eliminación de faltas del dispositivo en el lado de la carga, así como el Tiempo de inercia (sobre impulso) del dispositivo en el lado de la Alimentación.

Al igual que con la selectividad Amperimétrica, el estudio se realiza comparando las curvas de disparo tiempo-corriente De los dispositivos de protección.

En general, este tipo de coordinación:

- es de fácil estudio y realización;

- no es muy costosa por lo que respecta al Sistema de protección;

- permite obtener valores límite de Selectividad elevados;

- permite la redundancia de las funciones de Protección.

Sin embargo:

- los tiempos de disparo y los niveles de Energía que permiten las protecciones, especialmente las cercanas a las Fuentes, son altos.

Selectividad energética. Cuando Se actúa sobre la energía pasante en la ruptura. Se emplea al instalar IA de Actuación extremadamente rápida en situaciones de cortocircuito, lo que impide Utilizar las curvas t-I para el estudio de la coordinación.

Los fenómenos son principalmente dinámicos (por lo tanto, proporcionales al cuadrado del valor instantáneo de la Intensidad) y pueden describirse utilizando las curvas de la energía específica Pasante.

En general, debe verificarse que la energía Específica pasante a la cual actúa el interruptor automático de aguas abajo sea Inferior a la necesaria para completar la apertura del interruptor automático De aguas arriba.

Este tipo de selectividad es más difícil de Calcular que las anteriores, ya que depende mucho de la interacción entre los Dos aparatos conectados en serie y requiere datos que el usuario final no suele Conocer. Los fabricantes suministran tablas, reglas y programas de cálculo que Permiten obtener los límites de selectividad para distintas combinaciones de Interruptores.

Ventajas:

• El corte es rápido, con tiempos de actuación Que disminuyen al aumentar la intensidad de cortocircuito.

• Se reducen los daños causados por el Defecto (solicitaciones térmicas y dinámicas), las perturbaciones en la red de Alimentación y los costes de dimensionado.

• El nivel de selectividad ya no está Limitado por la intensidad de corta duración Icw soportada por los Dispositivos.

• El número de niveles es más elevado.

• Es posible coordinar dispositivos Limitadores diferentes (fusibles, interruptores automáticos) aunque estén Ubicados en posiciones intermedias de la cadena.

Inconvenientes:

• Dificultad para coordinar interruptores Automáticos de calibres similares.

Este tipo de coordinación se emplea, sobre Todo, para la distribución secundaria y terminal, con intensidades nominales Inferiores a 1600 A.

3.12.2Coordinación entre interruptores Automáticos

Entre un par de interruptores automáticos se Habla de selectividad total cuando existe selectividad hasta el menor de los Valores Icc de los dos interruptores, ya que, en cualquier caso, la intensidad de Cortocircuito supuesta de la instalación será menor o igual al valor de Icc más Pequeño de los dos interruptores.

Según el ejemplo de La figura 35, la selectividad será total si el valor máximo de la intensidad de Cortocircuito del B no supera el disparo por cortocircuito del A, según se Indica en la figura 37.

Figura 37. Selectividad total entre los interruptores automáticos A y B

I_r = I de disparo

I_s = I límite de selectividad

Entre un par de interruptores automáticos se Habla de selectividad parcial cuando existe selectividad hasta un valor Isdeterminado, por debajo de Los valores Iccde ambos Interruptores. Si la intensidad de cortocircuito máxima supuesta de la Instalación es inferior o igual al límite de selectividad Is, se puede seguir hablando de selectividad Total.

Las zonas de Sobrecarga y de cortocircuitos se reflejan en la figura 38.

Figura 38. Zonas de sobrecarga y cortocircuito

Cuando se comparan curvas tiempo-intensidad De dos interruptores automáticos, a menudo se valoran los tiempos de disparo de Los dos dispositivos como si los atravesara la misma intensidad. Esta Consideración sólo es cierta cuando, entre los dos interruptores colocados en Serie, no existe ninguna otra derivación; es decir, hay una sola alimentación entrante Y una sola saliente en el mismo nodo.

Cuando, por el contrario, existen diversos Interruptores automáticos del lado de la alimentación que inciden sobre la Misma barra de distribución, o diversos alimentadores en el lado de la carga, Las intensidades que atraviesan el aparato pueden ser considerablemente Diferentes.

Cuando se analizan los tiempos de disparo de Los dos interruptores automáticos, es necesario considerar:

- las tolerancias sobre los umbrales y los Tiempos de disparo;

- las intensidades reales que circulan por Los interruptores automáticos.

Un disparo se muestra mediante dos curvas: Una indica los tiempos de disparo más altos (curva superior) y la otra los Tiempos de disparo más rápidos (curva inferior).

Para un correcto análisis de la selectividad, Deben considerarse las peores condiciones, es decir:

- el interruptor automático del lado de la Alimentación se desconecta según su propia curva inferior;

- el interruptor automático del lado de la Carga se desconecta según su propia curva superior.

Por lo que respecta a las intensidades Reales que circulan por los interruptores automáticos, indicar que:

- si por ambos interruptores automáticos Pasa la misma intensidad, basta con que no haya solapamiento entre la curva del Interruptor del lado de la alimentación y la del interruptor del lado de la Carga;

- si la corriente que atraviesa los dos Interruptores es diferente, debe seleccionarse un conjunto de puntos Significativos de las curvas tiempo-corriente y comprobar que los tiempos de Disparo de la protección del lado de la alimentación siempre son superiores a Los correspondientes de la protección del lado de la carga (figura 39).                           

Figura 39. Zona de sobrecarga

Selectividad amperimétrica. Cuando se actúa sobre los umbrales de disparo de los IA dispuestos en serie. O Sea, la selectividad se produce si el umbral máximo del IA aguas abajo es Inferior al mínimo del situado aguas arriba. El interruptor situado aguas abajo Debe cortar el circuito por efecto magnético antes que lo haga el de aguas Arriba. Según el gráfico de la figura 39, B actuará antes que el A porque Cuando se produzca un cc en el circuito que protege B, la Icc provocará la Actuación de A por efecto térmico, más lenta que por efecto magnético (figura 40).

                            Figura 40. Selectividad Amperimétrica

Selectividad cronométrica. Consiste en el escalonamiento en el tiempo de las curvas de disparo. En este Caso, el interruptor que esté aguas arriba debe cortar el circuito antes que lo Haga el de aguas arriba, para una misma sobreintensidad, tanto por efecto Térmico como magnético. Por ejemplo, cualquiera de los interruptores B, C, o D Deben actuar antes que el A, para una misma sobreintensidad (figura 41).

Figura 41. Selectividad cronométrica

Selectividad Energética

La selectividad energética es un tipo Particular de coordinación que aprovecha las carácterísticas limitadoras de Corriente de los interruptores automáticos. Debe remarcarse que un interruptor automático Limitador de corriente es “un interruptor automático con un tiempo de disparo Lo suficientemente corto como para evitar que la intensidad de cortocircuito alcance El valor máximo que alcanzaría si este no estuviese.” (IEC)

Por tanto, para el estudio de coordinación No es posible utilizar las curvas de disparo de tiempo-corriente de los Interruptores, obtenidas con formas de onda sinusoidales simétricas.

Los fenómenos son básicamente dinámicos y, Por tanto, proporcionales al cuadrado del valor de intensidad instantánea y dependen Mucho de la interacción entre los dos aparatos en serie. En consecuencia, el Usuario final no puede determinar los valores de la selectividad energética.

3.12.3Selectividad entre fusibles Conectados en serie

Cuando dos fusibles Están en serie, son atravesados por la misma corriente y si se produce un cc éste le afecta a ambos en el mismo valor. Pues bien, para que se cumpla la Selectividad entre ellos ha de ocurrir:

-Que las curvas de fusión estén a Suficiente distancia entre ellas y evitar su corte (distancia entre curvas Mayor de 100 ms).

-El valor de la energía (I²*t) De funcionamiento del fusible situado aguas abajo sea inferior a la energía (I²*t) De prearco del fusible situado aguas arriba.  

Selectividad entre Fusibles de AT y BT en un centro de transformación de abonado

En general, el Transformador de un CT de abonado está protegido mediante fusibles adecuados de AT. Estos fusibles  no funcionarán con Defectos de BT que ocurran aguas abajo del interruptor de BT del transformador, Por lo que la curva de disparo de este último debe quedar a la izquierda de la Curva de disparo del fusible de AT. Este requisito hace que se deba ajustar Adecuadamente los límites de protección del elemento de disparo de los fusibles De BT por corriente de cortocircuito, así como la temporalización máxima Permitida por dicho dispositivo de disparo por intensidad de cortocircuito.

3.12.4Selectividad entre fusible e IA

La selectividad se cumple, como en el caso Anterior pero siempre que la distancia entre las curvas sea mayor de 50 ms.

3.12.5Selectividad entre ID

Una buena protección de la instalación debe Proporcionar:

- un interruptor diferencial principal para Disponer de protección frente a defectos que pueden producirse entre el Interruptor automático principal y la distribución;

- protección individual de cada derivación Con un dispositivo diferencial.

De esta forma, es necesario estudiar Detalladamente las selecciones de los dispositivos para garantizar la selectividad Y evitar que un defecto a tierra en cualquier punto del circuito de Distribución provoque el corte del servicio en toda la instalación.

En general dos dispositivos diferenciales Son selectivos para cada valor de intensidad si no se solapan sus zonas de Disparo.

La idea es proteger Con dispositivos de mayor sensibilidad, o de igual sensibilidad pero Retardados, las partes de la instalación aguas abajo para que la desconexión de Una parte no afecte a todo el conjunto de la instalación.

Un tipo de Selectividad, aunque no sea tal sino una economía de instalación, puede ser que Si en un armario o cuadro todas las derivaciones están protegidas por un ID, se Puede eliminar el ID que se colocaría a la entrada de dicho conjunto. Todos los ID pueden tener tiempo de disparo idéntico.

Otra forma de Selectividad puede ser cuando en el mismo cuadro existen líneas protegidas con ID y otras no (figura 43), en este caso la desconexión del ID estará limitada a La salida correspondiente si se cumple:

                       I_SA > 2 I_SB

                        t_A > t_B 

siendo  I_SA = sensibilidad del ID de Cabecera

            I_SB = sensibilidad del ID Aguas abajo

            t_A = tiempo de disparo Del ID de cabecera

            t_B = tiempo de disparo Del ID aguas abajo

Figura 43. Selectividad vertical entre ID

Otras Consideraciones:

Existen disparos Intempestivos de ID que influyen negativamente en el funcionamiento de las Instalaciones. Estos disparos pueden ser debidos a causas como corrientes de Fuga de frecuencia industrial, corrientes de fuga transitorias, corrientes de Fuga de alta frecuencia, corrientes de fuga debidas a sobretensiones atmosféricas, Etc. Pues bien, una forma de disminuir o eliminar su influencia negativa es la Instalación de ID superinmunizados, bien con retardo adecuado o, en algunos Casos, con filtros.

El empleo de Diferenciales superinmunizados en instalaciones con lámparas de descarga con Balastos electrónicos es una buena práctica, ya que en una instalación de este Tipo a partir de unos 20 balastos se producen disparos intempestivos si se Emplean ID convencionales, mientras que con los superinmunizados se puede Llegar a controlar unos 50 sin disparos intempestivos. Un inconveniente es su Alto precio.

Otro lugar Importante para estos ID es en instalaciones con equipos informáticos, donde se Pueden producir disparos intempestivos a partir de 6 PC por fase (se estima una Fuga permanente de 1,5 mA por PC) para ID estándar, y en con los Superimnuizados se puede llegar a 10 PC por fase.

Igualmente, su uso En motores, en los que en el arranque se producen corrientes transitorias de Corta duración, es una buena práctica, ya que resisten hasta 10 veces la Corriente nominal frente a las 6 veces que lo hacen los usuales.

Veamos un ejemplo De una red en la que se desea obtener una selectividad entre las protecciones Diferencailes a tres niveles (figura 44).

Se deben estudiar Las curvas de distintos ID obtenidas  d Elos diagramas tiempo - corriente del fabricante elegido. Como se puede Observar en la figura 44 (derecha), el solapamiento de las curvas de los tres ID se evita, con lo que se obtiene selectividad para defecto a tierra.

                                   Figura 44. Selectividad en una red

Siendo: ID1 con Retardo; I_S = 300 mA

             ID2 con retardo de 300 ms; I_S = 100 mA

             ID3 sin retardo; I_S = 30 mA

3.12.6Combinación de elementos de Aparamenta

Por lo general, de Forma individual, la aparamenta no cumple todos los requisitos básicos de Protección, control y aislamiento. Por lo tanto, en determinadas instalaciones Se ha de utilizar combinaciones de elementos a fin de cumplir con los Requisitos básicos antes indicados.

Una de las Combinaciones más empleadas es la de interruptor y fusible. En esta combinación Se pueden distinguir dos casos:

a)Si el funcionamiento de uno o más Fusibles hace que se abra el interruptor. En este caso, los fusibles deben ir Equipados con percutores y sistema de resorte de disparo del interruptor (figura 45).

Figura 45. Fusible de interruptor con disparo automático

b)Si los fusibles están asociados a Un interruptor no automático. Este sistema se emplea en pequeñas instalaciones (domésticas y similares) (figura 46).

Figura 46. Fusible de interruptor con disparo no automático