• Seleccionar en forma adecuada el equipo eléctrico.
• Protección de los equipos que gobiernan las cargas.
• Realizar la coordinación y el ajuste de la protección.
Los aparatos de protección tienen la función de interrumpir el flujo de energía eléctrica ( poniendo fuera de servicio al equipo y desconectándolo de la línea de alimentación ), cuando se presentan irregularidades en su funcionamiento, particularmente por sobrecargas y/o variaciones de tensión, corriente y frecuencia nominales del sistema.
La IEC 947( INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMISSION )tiene el objetivo de armonizar en todas las formas posibles el conjunto de reglas y de disposiciones aplicables al sector de baja tensión, uniformizando de tal manera las prescripciones y las pruebas aptas a garantizar toda la gama de materiales correspondientes.
La IEC 947 es dividida en varios artículos como sigue:
•947 -1 Reglas Generales
•947 -2 Interruptores automáticos.
•947 -3 Interruptores, seccionadores Interruptor -. seccionador y fusibles.
•947 -4 Contactores y arrancadores.
•947-5 Equipos y elementos para circuitos de mando.( Sensores de proximidad, temperatura, etc )
•947-6 Equipos de conexión a funciones múltiples.(Arrancador integral o transferencia automática )
•947 -7 Materiales accesorios( Bloques de unión para conductores de cobre )
SECCIONAMIENTO.-A fin de trabajar en forma segura en instalaciones, máquinas y su equipamiento eléctrico, debe ser posible aislar eléctrica y físicamente todos los circuitos de potencia y de control de la línea de distribución, el seccionamiento se realiza sin carga. Esta función que según la IEC 947 -2 tiene que ser incluida en :. Interruptores magnéticos para motores.. Interruptores termomagnéticos para motores.
INTERRUPCION.-Permite la conexión y desconexión de un circuito con carga, así como la parada de emergencia. Función incluida en:. Interruptores magnéticos para motores.. Interruptores termomagnéticos para motores.
PROTECCION CONTRA SOBRECARGAS.-La protección contra sobrecargas permite detectar incrementos de corriente entre 1 a 1.5 veces la corriente nominal del motor desconectar el arrancador antes que el sobrecalentamiento del motor y conductores cause daño al material aislante, que podría derivar en una condición de corto circuito.
Es también posible añadir otras protecciones, como la protección contra fallas de aislamiento, pérdida de fase, desbalance de tensiones y corrientes, etc. Los dispositivos específicos son: Relé térmico contra sobrecarga.. Interruptores termomagnéticos para motores.
Interruptores termomagnéticos.- Han sido diseñados especialmente para despejar en forma rápida las fallas de sobrecorriente y cortocircuito. El tiempo del despeje dependerá de la regulación a la cual ha sido sometido (ver curvas del interruptor termomagnético). La selección está definida por la norma IEC 947, NEMA AB-1-UL-489. Para hacer su selección tener en cuenta:
- Corriente y tiempo de arranque del motor.
- Tensión nominal.
- Altitud de diseño.
- Corriente de cortocircuito.
- Temperatura de trabajo.
- Demás instrucciones del fabricante.
Contactores.- Aparatos de maniobra (automático), con poder de corte y por lo tanto puede abrir o cerrar circuitos con carga o en vacío. También se le define como un interruptor accionado o gobernado a distancia.
Las ventajas de usar contactores son :
- Maniobra en altas corrientes.
- Ahorro de tiempo en la maniobra.
- Posibilidad de controlar un motor desde varios puntos.
- Seguridad del personal.
- Automatización en el proceso.
- Arranque y parado de motores según su diseño.
- Maniobras de cualquier carga.
Su trabajo esta sujeto a la norma IEC 947.
CONMUTACION.- Permite el mando a distancia y el control automático de apertura y cierre del circuito de potencia. Estos dispositivos electromecánicos son los contactores.
Temporizadores.- Son aparatos que cierran o abren determinados contactos ( contactos temporizados ), y al cabo de un tiempo debidamente establecido, abren o cierran el circuito de mando. Según la técnica de construcción y funcionamiento los temporizadores pueden ser :
- Con mecanismo de relojería.
- Electrónicos y
- Neumáticos.
Fusibles .- Estos elementos son diseñados para proteger al motor contra las fallas de cortocircuito, son instalados en serie con las fases del circuito. Está construido de un elemento conductor de pequeña sección transversal ( alta resistividad para proporcionar el retardo ), que soporta el paso de una corriente predetermina-da, tal como la corriente de arranque. Para su selección solicitar información del fabricante. Son pésimos para el control de sobre corrientes.
Pulsadores .- Cierran o abren ciertos circuitos mientras actúe sobre ellos una fuerza exterior, recuperando su posición de reposo (inicial) al cesar dicha fuerza, por acción de un muelle o resorte. Son de dos tipos :
- Para encendido ( contactos NA ),
- Para apagado ( contactos NC ).
Señalización .- Son todos los dispositivos cuya función es llamar la atención sobre el correcto o incorrecto funcionamiento de las máquinas aumentando así la seguridad del personal y facilitando el control y mantenimiento de los equipos. Entre los más conocidos tenemos :
Acústicos.- Son señales perceptibles por el oído, tales como : Timbre, zumbadores, sirenas, etc.
Opticas.- Son señales perceptibles por la vista, se dan de dos formas: .
Visuales.- Se emplean ciertos símbolos indicativos de la operación que indica la realización de alguna acción correspondiente al diagrama de flujo de producción. . Luminosos.- Únicamente se emplean lámparas o leds de colores diferentes
SISTEMA COORDINACION DE TIPO 1
Ningún peligro para las personas y para las instalaciones. Ningún componente aparte del contactor y del relé de sobrecarga puede dañarse. El aislamiento debe conservarse después de la falla. Antes de poner en servicio nuevamente, puede ser necesaria la reparación del contactor y/o substitución o calibración del relé de sobrecarga.
COORDINACION TIPO 2
Ningún peligro para las personas y para las instalaciones.
No es permitido ningún daño ó desajuste del contactor; es admitido el riesgo que los contactos del contactor se peguen, siempre y cuando éstos puedan separarse fácilmente.
El aislamiento debe conservarse después de la falla.
COORDINACION TOTAL
Ningún peligro para las personas y para las instalaciones.
No se permite ningún daño o soldadura en los componentes del sistema de arranque.
Se puede poner en servicio nuevamente sin precauciones particulares.
Mantenimiento reducido y rápida puesta en servicio después de la falla.
PROTECCION INTEGRAL
Cuando se tiene una máquina con una muy alta criticidad es conveniente protegerla contra todo posible daño, para ello se tendrán que gobernar los parámetros siguientes: Corriente, Tensión, Frecuencia,Temperatura, etc. Los sensores de los circuitos de los parámetros de la máquina deben ser instalados en las tres fases, además deben tener un circuito de gobierno común ( consola ), que me permita controlar la totalidad de las características de la máquina. El diseño deberá considerar que cuando actúen los elementos de protección, no deberán ser reseteados automáticamente, es recomendable detectar cual ha sido la causa o motivo por el cual ha actuado. Los relés de sobrecarga deben ser seleccionados de modo que permitan el arranque y parada, así mismo nos indique el tipo de falla en su panel frontal.
TIPOS DE RELES MAS UTILIZADOS. Según la importancia de los equipos a ser protegidos los relés más utilizados en la industria son :
- Sobre corriente.
- Sobre y sub tensión.
- Sobre y sub frecuencia.
- Potencia inversa.
- Térmico ( sondas térmicas, termocuplas, etc. ).
- Pérdida de fase. - Secuencia cero.
- Diferencial.
- De distancia.
- Relé integral en baja tensión.
TIPO DESCRIPCION DE LAS FUNCIONES
21 Relé de distancia -Para zonas de fallas en fase.
27 Protección de subtensión.
40 Protección de pérdidas en el campo.
46 Protección de secuencia negativa. (corrientes desbalanceadas).
49 Protección térmica del estator.
50G Protección por sobrecorriente.
59 Protección de sobretensión.
60 Relé de tensiones balanceadas ( Detección de fusibles rotos del trafo de potencia)
61 Protección por sobrecorriente de fase dividida.
81 Relé de frecuencia ( Protección contra sobre y subfrecuencia-
86 Relé auxiliar de cierre externo del reseteado manual.
51MN Relé de tiempo de sobrecorriente a tierra.
51TN Protección de fallas a tierra-Respaldo.
59GN Relé de sobretensión -Protección de fallas a tierra.
62B Tiempo de falla del interruptor.
87 Relé diferencial en las fases del estator.
87N Protección diferencial de fallas estator-tierra.
DEFINICIONES BASICAS EN PROTECCION
PERTURBACIONES .- Son alteraciones de los principales parámetros de los sistemas eléctricos de corriente continua ó alterna. Los parámetros eléctricos principales son : Tensión, corriente y frecuencia siendo sus unidades Voltios, Amperios y frecuencia respectivamente.
SOBRECORRIENTES.- Alteración de la corriente nominal por ensima de los valores establecidos estos pueden ser :
• Alta intensidad.- Están conformados por las corrientes de cortocircuitos asimétricos y simétricos. Inominal ( 2 In -10 In) . El tiempo de duración 50 - 250 mseg.
• Baja intensidad.- Cuando se sobrepasa la corriente nominal entre Inominal ( 1ln - 1.5 In) . Conformados por las corrientes de sobre carga. El tiempo de duración es de hasta muchos segundos y/o uno o varios minutos según sea el caso.
PROTECCION TENSIONES ANORMALES.- Se denominan así cuando los niveles de la tensión están fuera de los valores normalizados. En los sistemas industriales se dan dos casos:
Sobre tensiones.- Deterioran los aislamientos de los equipos y sistema eléctrico y pueden producir fuertes descargas a tierra. Pueden ser de origen:
Externo.- Descargas atmosféricas (Corta duración).
Interno.- Maniobras y frecuencia industrial.
Sub tensiones.- Aparecen debido a perturbaciones ocurridas dentro del sistema eléctrico. Su origen se debe a: Sobrecarga en la línea del sistema eléctrico. La central de generación entrega una baja tensión. En el arranque de los motores de inducción.
FRECUENCIAS ANORMALES.- Cuando la frecuencia de operación se halla fuera del margen establecido se dan :
• Sub frecuencia ( inferior a la frecuencia nominal ), se debe a un desbalance KWgeneración menor que KWcarga.
• Sobre frecuencia ( superios a la frecuencia nominal ), se debe a un desbalance KWgeneración mayor que KWcarga.
INVERSION DE POTENCIA.- El flujo de potencia activa debe estar predeterminado en un solo sentido. El cambio de sentido del flujo implica una situación anormal por lo que se debe utilizar un relé de potencia inversa.
OTRAS.- Para aplicaciones particulares es posible detectar condiciones anormales de : Impedancias, temperaturas, presiones, vibraciones, comparaciones de corrientes y tensiones de entrada y salida, corrientes de secuencia a cero entre otros.
MISION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION
- Proteger físicamente al personal técnico.
- Prevenir ó atenuar los daños al conjunto de equipos.
- Minimizar el tiempo de indisponibilidad de los equipos y las interrupciones a los sistema servidos.
- Minimizar el efecto de las perturbaciones sobre el resto de la red.
- Aísla rápidamente los elementos fallados evitando la pérdida de la estabilidad del sistema eléctrico.
- Utilización de equipos adecuados para que el sistema trabaje bien y por ende tengamos una energía de alta calidad.
CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION
FIABILIDAD.- Es la seguridad de funcionamiento cuando se necesita y su acccionamiento innecesario. Se le conoce también con el nombre de confiabilidad. Atentan contra la fiabilidad:
- Diseños incorrectos.
- Malos ajustes.
- Instalación inadecuada.
- Deterioro de los equipos debido a: Fallas ó envejecimiento del relé. . Mantenimiento inadecuado ó no existente. Una medida para incrementar la confiabilidad del equipo es duplicar la protección ( incluyendo transductores de medida y servicios auxiliares ).
RAPIDEZ.- Los cortocircuitos producen grandes corrientes las que ocasionan la formación de arcos eléctricos muy grandes y por ende destructivos que pueden dañar los equipos y ocasionar incendios.
La permanencia prolongada de los cortocircuitos puede afectar la estabilidad del sistema eléctrico. En consecuencia el tiempo de actuación del equipo debe ser el más corto posible. El tiempo de actuación de la protección está compuesto por: - Tiempo de actuación del equipo.
- Tiempo de los interruptores.
- Tiempo de la temporización.
Se presentan los siguientes relés y/o equipos:
- Equipos estáticos ( tiempo de accionamiento menor de 17 mseg.).
- Equipos electromecánicos ( tiempo mayor de 2 a 3 ciclos ).
SELECTIVIDAD.- El diseño y coordinación de la protección debe ser tal que aún en condiciones más desfavorables y extremas, solamente se aísle la parte del sistema ó equipo afectado quedando operativo el resto del sistema. Es necesario que en la ocurrencia de fallas actúen los interruptores más cercanos al equipo protegido para lo cual se utilizan varios tipos de protección a saber: - Unitarios y/o restringidos. - Escalonados ( relés de impedancia ó sobrecorriente ).
SENSIBILIDAD.- Se refiere a la más pequeña variación de la magnitud controlada que el sistema puede detectar. Esta magnitud debe ser plenamente conocida por el Ingeniero especialista en protección con el objeto de controlar la correcta operación de los relés. En caso de tratarse de relés, se refiere a los voltios amperios que operar a dicho equipo.
ESTABILIDAD.- Es la habilidad de los equipos de no actuar ante condiciones normales de carga y ante fallas externas a su zona de influencia. Así mismo deben ser estables ante oscilaciones de tensión, corriente y frecuencia, etc.
SIMPLICIDAD.- Debe ser de fácil manejo teniendo pocos elementos que puedan fallar, aumentando así la fiabilidad. Tener en cuenta que no necesariamente el sistema mas simple es el mas económico.
OTROS.- Se refieren a otras características tales como: - Bajo consumo. - Facilidad de mantenimiento. - Economía global del sistema. - Criticidad del sistema.
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