Capítulo 7 - Osinergmin Orienta

Protección de
alimestadores
Con fusibles
Introducción
•
En el seccionamiento de
líneas aéreas de distribución
llevan como elemento de
protección y de maniobra
seccionadores fusibles de
expulsión (CUT-OUT)
•
También se utilizan en la
protección
contra
cortocircuitos de líneas y
transformadores
de
distribución
L.Sayas P.
Introducción
•
Protegen
cortocircuitos
•
Es el método de protección
mas antigua
•
Se basa en el incremento de la
temperatura que sufre el
elemento fusible, al pasar la
sobrecorriente
•
El tiempo de fusión es inverso
a la sobrecorriente
contra
L.Sayas P.
Ventajas
•
Es un método de protección
simple
•
Relativamente económico
•
Limita
y
extingue
las
corrientes de cortocircuito en
¼ de ciclo, reduciendo así las
solicitaciones
térmicas
y
dinámicas en la instalación
•
Su
funcionamiento
independiente
es
L.Sayas P.
Desventajas
• Poca precisión
• Envejecimiento
•Tiempos
de
operación
demasiado
prolongados para las sobrecargas
• No es conveniente para sobre corrientes
débiles
• No deben ser reparados (pierde sus
características)
• Si actúa una fase debe cambiarse los tres
Etapas de operación
Icc prevista(Is max)
I(A)
Icc
limitada
t(s)
onda antes
de corto
t1 t2
t1 : Pre arcing t2 : Arcing
T =t1 +t2 tiempo total de aclaración aprox. 1/4 de ciclo(5ms)
Clasificación De Los Fusibles
Para Media Tensión:
Por el tipo de operación;
* Tipo expulsión(FE)
* Tipo limitadores de corriente(FLC)
Fusibles de expulsión
CLASES: - De un solo elemento fusible
- De dos elementos fusibles(para bajas corrientes y
longitud corta.
MATERIAL: Puede ser de plata ,Cu,Pb,Estaño o aleaciones.
CLASES POR CAPACIDAD DE INTERRUPCION:
-Expulsión de Potencia(alta capacidad de corte)
-Expulsión tipo listón(baja capacidad de corte)
Clasificación de los fusibles tipo expulsión
Clasificación según la velocidad:
- Fusibles de expulsión (Tipo N,K,T)
Por el tipo de utilización:
-Fusibles de Potencia(2.18-169 kV)....X/R=10-25
-Fusible de distribución(5.2-38kV).......X/R=8-15
Selección para distribución
•
La selección depende de la filosofía de protección que
se aplique al sistema
•
Fusibles tipo rápidos (K), desconectan al sistema de
fallas en menor tiempo y coordinan mejor con los relés
•
Los fusibles Lentos(T), soportan corrientes
transitorias mayores(Corrientes de arranque, carga fría,
etc.) y coordinan mejor con otros fusibles de la misma
clase y de clase diferente)
Relación de rapidez
•
Características de los fusibles (K) y lento (T); Según
ANSI C37.43.
•
Para los fusibles K se definió un ratio de velocidad de 6 a 8.
•
Para los fusibles T un ratio de velocidad de 10 a 13.
•
El ratio de velocidad es la razón de la corriente mínima de
fusión a 0.1s a la corriente mínima de fusión a 300s o
600s(140A y 200A), dependiendo de la corriente rating del
fusible.
Relación de rapidez
600
In>140A
0,1
Ix
Iy
300
In<100A
0,1
Ix
Iy/Ix= 6-8 ( T )
Iy/Ix= 10-13 ( K )
Iy
Otra característica
•
Adicionalmente
a
estos
puntos,
también
es
especificado the long-time continuous current de un
fusible. Este generalmente sería 150% del rating para
fusibles de estaño y 100% del rating para fusibles de
plata.
Selección de fusibles
Para la selección se tiene en cuenta:
•
Máxima carga normal
•
La corriente de arranque
•
La carga fría
Para seleccionar la tensión adecuada se debe tener en cuenta:
•
Conexión del sistema
•
Tensión del sistema
•
Conexión de los transformadores del sistema
•
Tipo de aterrizaje a tierra
Capacidad de los fusibles para distribución
•
In (KoT)
Icontinua(A)
6
9
8
12
carga
10
15
continua de 150% de su valor
12
18
15
23
nominal
20
30
Las temperaturas extremas y
25
38
30
45
40
60
50
75
65
95
80
120
100
150
140
190
200
300
Según
NEMA
pueden
•
las
llevar
precargas
los
fusibles
una
afectan
las
curvas t-I es necesario tener
presente.
Como se selecciona el calibre de los fusibles
en forma practica ?: 6 con 10, 10 con 15 o 8
con 12.
CONTACTOS
SUPERIORES
AISLADOR
GANCHOS DE
SUJECION
Seccionador
Fusible De
Expulsión Tipo
CUT-OUT
HERRAJES
DE
COLOCACION
TUBO
PORTAFUSIBLE
CONTACTOS INFERIORES
PERNO DE GIRO
DISPARADOR
CARACTERISTICA DE RESPUESTA DE
FUSIBLES DE EXPULSIÓN
t(S)
TIEMPO DE INTERRUPSION TOTAL
(TOTAL CLEARING TIME)
TIEMPO MINIMO DE FUSION
(MINIMUM MELTING)
I(A)
TIPOS DE FE LISTON:
-Tipo K respuesta rápida
-Tipo T respuesta lenta
CARACTERISTICA
DE RESPUESTA DE
FUSIBLES DE
EXPULSIÓN
Tipo K
CARACTERISTICA
DE RESPUESTA DE
FUSIBLES DE
EXPULSIÓN
Tipo k
GRAFICO No.1
CARACTERISTICA TIEMPO-CORRIENTE (TCC) DEL FUSIBLE 10K
1000.00
300
100.00
MAXIMUM CLEARING TIME
(tiempo máximo de interrupción)
10.00
t(s)
CARACTERISTICA
DE RESPUESTA DE
FUSIBLES DE
EXPULSIÓN
Tipo k
1.00
MINIMUM MELTING TIME
(tiempo mínimo de fusión)
10k
0.10
0.01
10
15
The long-time continuous current
del fusible 10K
100
CORRIENTE EN AMPERIOS
1,000
Otros tipos
de curva
CARACTERISTICAS
Seccionador Electrónico Restablecible (SER)
•
•
•
•
•
•
•
Dispositivo de protección para redes
aéreas de distribución
Posee un censor electrónico
incorporado
Discrimina una falla temporal de una
falla permanente
Mejora el sistema de coordinación con
reclosers
Es montado en un seccionador
estándar
Abre como un tubo porta fusible Para
dar una indicación visual de una falla
permanente
Después de reparar la falla simplemente
se reestablece
Evolución:
Fusible tipo Link
Cut out
SER = Standard
+
SER
Modulo
electrónico
MEJORA EL SISTEMA DE COORDINACIÓN
SELECIÓN E INSTALACIÓN
•
•
•
•
•
Tensión del sistema
Corriente permanente de carga
Corriente de actuación
Numero de
operaciones(Counts)
Dispositivos ubicados aguas
arriba y aguas a bajo.
SELECIÓN E INSTALACIÓN
Características Eléctricas que
Definen un Fusible en MT
•
•
•
•
•
•
Vn y In
Capacidad de interrupción (sim o asim)
BIL nivel básico del aislamiento
Respuesta de operación
Velocidad de respuesta (K o T)
Servicio interior o exterior
Consideraciones que debe
tenerse presente al
seleccionar fusibles en MT
• Icc mínimo en el punto de instalación (punto
final del tramo protegido)
• Relación X/R en la impedancia equivalente(Ze)
• Curva de daño de los elementos a
proteger(conductor, transf. Etc)
• Curva de Energización de del transformador
(Inrush y carga fría)
Elección del Fusible en MT
A) Para Proteger Alimentadores
Troncales
k  ICARGA MAXIMA  INOMINAL FUS 025
. ICC MIN
K >/= 1.2
Factor de crecimiento de la carga
considera la Energización
Ejemplo : Seleccionar los fusibles en los puntos indicados del sistema
eléctrico mostrado utilizar fusibles tipo expulsión listón velocidad
lenta los fusibles son de estaño.
F4
F1
31A
30A
ICC = 253 A
F2
F3
45A
15A
F5
23A
Iccmin =163
ICCmin=246
Iccmin =252
Iccmin =158
I Permanente de fusible =1.5(In) para fusible tin
=1.0(In) para fusible silver
Solución: Para F1
30*1.2
36
< F1n <0.25 * 253
< Ipf <
63.5
Iperm. De fus =1.5*25=37.5 por lo tanto se elige In=25A
tipo M25T.
Aplicación
Aplicación: seleccionar los fusibles en los puntos indicados
utilizar fusibles de velocidad rápida y de material plata.
F4
F1
31A
Fy
30A
Fx
ICC = 253 A
F2
F3
45A
15A
F5
23A
Iccmin =163
ICCmin=246
Iccmin =252
Iccmin =158
Protección de transformadores de
distribución
•
•
•
•
•
Consideraciones
Tecnología de los
fusibles en BT
Fusibles de expulsión
Fusibles limitadores
de corriente
Interruptores TM
Consideraciones
• Protección de sobrecarga
• Protección por cortocircuito
• Protección de fallas internas
Consideraciones
•
La NEC (National Electric Code) provee los estándares mínimos
de protección de sobrecorrientes para el ajuste de los dispositivos
de protección de transformadores.
A. Transformadores con tensiones nominales superiores a 600V
•
Si no existe protección secundaria, estos transformadores
requieren como protección primaria un interruptor(CB) o fusible
que disparará a no mas del 300% o 150% de la corriente nominal
del transformador respectivamente.
•
Si existe un interruptor(CB) o fusible en el secundario los
requerimientos de protección dependen de la tensión de
cortocircuito del transformador y voltaje secundario además del
tipo de protección como se resumen en la Tabla No.2.
Consideraciones
Tabla No.2 Máxima Protección de Sobrecorriente en %
Impedancia
nominal del
transformador
Vcc6%
10%Vcc< 6%
Lado primario
V prim>600V
I setting
I nom
CB
fusible
600%
300%
400%
200%
Lado secundario
V sec600V
V sec>600V
I setting
I nom
I setting CB
CB
fusible
o Inom fuse
300%
150%
250%
250%
125%
250%
Consideraciones
B. Transformadores con tensiones nominales menores o iguales
a 600V
•
Estos transformadores requieren esencialmente protección
primaria a 125% Inom cuando no se tiene una protección
secundaria, y 250% Inom como máxima protección primaria si
existe una protección secundaria ajustado a no mas de 125%
Inom del transformador.
Consideraciones
•
Los fusibles como protección primaria de los transformadores
deben ser capaces de hacer lo siguiente:
•
(1)
Soportar la corriente de energización del transformador
(magnetizing inrush current). En general el inrush current de los
transformadores puede llegar de 8 a 12 veces la corriente nominal
del transformador por un período máximo de 0.1s. Este punto
debe caer debajo de la curva del dispositivo de protección
primario del transformador.
•
(2)
Eliminar un cortocircuito franco secundario antes que el
transformador sea dañado. De acuerdo con IEEE Std 462-1973,
los transformadores estándar son diseñados para soportar los
esfuerzos internos causados por cortocircuitos en los terminales
externos dentro de las siguientes limitaciones:
Consideraciones
1.
2.
3.
4.
25.0 veces la corriente base por 2s
20.0 veces la corriente base por 3s
16.6 veces la corriente base por 4s
14.3 veces la corriente base por 5s
Consideraciones
•
•
•
Tener en cuenta es el desplazamiento relativo en el punto de
daño que ocurre en un transformador delta-estrella con el neutro
de la estrella aterrado en el lado de baja tensión. Una falla
monofásica a tierra secundaria de 1pu producirá una corriente de
falla de 1pu en el devanado delta del lado primario, pero causará
solamente una corriente del 57.8% en la línea del devanado delta
donde se encuentra el fusible primario. Por esto un segundo punto
de daño, correspondiente a lo dado por IEEE Std 462-1973
deberá trazarse a 57.8% del punto normal.
(3) El fusible deberá ser selectivo con los equipos de protección
instalados antes y después y taimen con la curva que determina la
capacidad térmica del transformador.
1
1
R
r
1/3
1
S
1:1/3
1/3
1
s
1
1/3
T
1
Fig. 1: Falla trifásica
Relación Ifalla por devanados secundarios/primarios = 1/1 = 1.00
1/3
0
R
r
1/3
2/3
S
t
1:1/3
0
1
1/3
T
1
Fig. 2: Falla bifásica
0
R
s
1/3
t
Relación Ifalla por devanados secundario/primario =1/(2/3)= 0.866
0
r
s
1/3
1/3
T
1
t
Relación Ifalla por devanados secundario/primario =1/(2/3)= 0.866
Fig. 2: Falla bifásica
0
0
R
r
0
1:1/3
0
0
S
0
s
0
0
T
0
t
Fig. 3: Falla monofásica a tierra
1
1/3
R
r
0
1:1/3
0
S
1/3
0
1/3
T
Fig. 4: Falla monofásica a tierra
s
0
0
t
Relación Ifalla por devanados secundario/primario =1/(1/3)= 1.732
Curva de daño térmico
• Las curvas de daño de los equipos y
materiales
son proporcionadas por los
fabricantes sin embargo, para el caso de
transformadores se puede tomar el criterio
establecido en la “Guía
de duración de
corrientes de transformadores”(P784/D4 de la
norma ANSI C 57.12.00 para transformadores
auto enfriados de 1-500kVA:
Límites de Funcionamiento
Límites de sobre excitación
 ANSI
C57.12.00 1985:
* 1,05 Un secundaria a plena carga, sin exceder
limites de calentamiento a frecuencia nominal
* 1,10 Un secundaria en vacío, sin exceder limites de
calentamiento a frecuencia nominal.

VDE 0532:
* Inducción admisible Bmax =1,05 Bn a fn y plena
carga
* Bmax = 1,3 Bn a fn y t = 5min. Hasta 40 MVA
* Bmax = 1,3 Bn a fn y t = 30 seg. Para Sn > 40 MVA
L.Sayas P.
Límites de Funcionamiento
Límites de Calentamiento
 En
un ciclo normal la I < 1,5 In
t
< 140°c (velocidad de
degradación responde a una
función exponencial de la
temperatura de modo que la
perdida se duplica para cada
incremento de 6°c
L.Sayas P.
Límites de Funcionamiento
Capacidad de resistencia a cortocircuito o
limite térmico según ANSI C.57.109
 Los transformadores se clasifican en
categorías
Categoría
Monofásico
Trifásico
(Kva.)
(Kva.)
I
5 a 500
15 a 500
II
501 a 1667
501 a 5000
III
1668 a 10000 5001 a 30000
IV
> 10000
> 30000
L.Sayas P.
Curva de daño térmico
 Los transformadores se diseñan
para dejar pasar una corriente
máxima de cortocircuito sin sufrir
daños mecánicos y la corriente
máxima de cortocircuito esta
definido por :
Imax=1/Ucc(%)=1/Z(%)p.u. Para
t=2s
Ejemplo:
 Para la categoría II
De 70 a 100% de Imax
K  I 2 *t
;para Imax por 2s
K=1250 para el resto menor a 70% de Imax
 Para categoría III
De 50 a 100% Imax
K  I 2 *t
;para Imax por 2s
K=1250 para el resto menor a 50% de Imax
Ucc=4%
t=2s
Imax=1/0,04=25In
para
Ucc=5%
t=2s
Imax=1/0,05=20In
para
Esto para la categoría I
L.Sayas P.
Ejemplo de aplicación
Para Z=5%, transformador de categoría II
trazar la curva de daño térmico
Imax=1/0,05=20In
K  I 2 *t
t=2s
K  202 * 2  800
80%Imax
70%Imax
70%Imax : 14 t 
50%Imax : 10 t 
De 70 a 100% de Imax
: 16
K 800

 2s
I 2 202
K 800
t  2  2  3,12s
I
16
: 14
t
100%Imax : 20
De 70% a menos
t
K 800

 4s
I 2 142
L.Sayas P.
25%Imax : 5
t
K=1250
K 1250

 6,28s
I2
142
K 1250

 12,5s
I2
162
K 1250
 2  50s
I2
5
• Tiempos máximos admisibles a cortocircuitos en
transformadores.
XT
(%)
IK
IN
tmax.admisible
(s)
4
25,0
2
5
20,0
3
6
16,6
4
7
14,2
5
De la tabla adjunta
se deduce la
necesidad de
introducir
protecciones de
reserva, que eviten
que se superen los
tiempos máximos
admisibles de
sobrecorrientes.
VALORES I-T PARA DEFINIR CURVA DE DAÑO
Tipo de daño
Térmico
Mecánico
N° de veces la
corriente
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
20
25
30
40
50
Tiempo en
segundos
2000
300
100
50
35
25
20
15
12.5
5.8
3.3
2
1.5
0.8
0.5
VALORE I-T PARA DEFINIR CURVA DE ENERGIZACION
Corriente
transitoria
INRUSH
Carga fria
N° de veces la
corriente
25
12
6
3
Tiempo en
segundos
0.01
0.10
1.00
10.00
t
SEGUNDOS
CORRIENTE NOMINAL
DEL TRANSFORMADOR
CURVA DE DAÑO DEL
TRANSFORMADOR
CURVA DE DAÑO DE
LOS CONDUCTORES
CURVA DE ENERGIZACIÓN
(INRUSH Y CARGA FRIA)
AMPERIOS
I
Tecnología De Los Fusibles
Ventajas
• Método de protección simple.
•
•
•
•
•
•
Relativamente económico.
Limita la Icc
Extingue el arco aprox en 1/4 de ciclo
Funcionamiento independiente
Amplio rango de poder de corte
Permite coordinar con otros dispositivos
de protección.
• Bajo costo de mantenimiento y reposición.
Desventajas
• Poca precisión
• Envejecimiento
• No es conveniente para sobre corrientes
débiles
• No deben ser reparados (pierde sus
características)
• Si actúa una fase debe cambiarse los tres
Etapas de operación
Icc prevista(Is max)
I(A)
Icc
limitada
t(s)
onda antes
de corto
t1 t2
t1 : Pre arcing t2 : Arcing
T =t1 +t2 tiempo total de aclaración aprox. 1/4 de ciclo(5ms)
Clasificación De Los Fusibles
Para Baja Tensión:
• Clasificación según características funcionamiento
• Identificación mediante letras,la primera letra define la clase de
función y la segunda el tipo de equipo a proteger.
• Fusible gL: De uso general y empleados para proteger
cables y conductores, adecuado para sobrecarga y cortocircuitos.
• Fusible aM: De acompañamiento. Se usa para proteger
motores y debe usarse acompañado de un elemento térmico para la
protección de sobrecarga.
• Fusible gR: De uso general y para protección de
semiconductores.
• El fusible mas usado es el tipo gL. (sirve para cortocircuito y
sobrecarga)
Partes de un fusible NH
Lengüetas para instalación
indicador
Parte superior
fusible
cuerpo
Parte inferior
Partes de un fusible NH
CURVA CARACTERISTICA DE
FUSIBLES
TIEMPO
Seg.
Zona
1
Zona
2
Zona
3
I(A)
INTENSIDAD DE
CORRIENTE
FUSIBLES LIMITADORES DE
CORRIENTE
*Limita la Icc a valores inferiores del valor pico de falla
*El valor pico depende de la característica de la red(X/R)
*Material : alambre sección transversal, cintas, etc. sumergido en
relleno de cuarzo que extingue el arco y absorbe la mayor
cantidad de energía generada
ENERGIA GENERADA POR Icc =
2
I t
*TIPOS DE LIMITADORES DE CORRIENTE (ANSI C37.40)
-Fusible de respaldo
-fusible de aplicación general
-Fusible de rango completo
FUSIBLE
DE MT
LIMITADOR DE
CORRIENTE
TIPO CEF
8/5/2014
L.Sayas P.
8/5/2014
L.Sayas P.
Partes De Un Fusible
De MT
Limitador De
Corriente
Fusible de MT
Tipo CEF
Icc=10kA
6kA
Inf=63A
Icclim=6kA
Is=1,8x1,4142x10=25,5kA
Is=25,5kA
I(A)
onda antes
de corto
Icclim=6kA
t(s)
5ms
Fusible de MT
Tipo CEF
Icc=10kA
Inf=63A
6kA
Icclim=6kA
Is=1,8x1,4142x10=25,5kA
Is=25,5kA
I(A)
onda antes
de corto
Icclim=6kA
t(s)
5ms
Curva Característica de Fusible de MT Tipo CEF
Curva Característica de Fusible de MT Tipo CF
Fusibles como Protección de
transformadores de distribución
Consideraciones
•In del transformador
•Curva del daño térmico del transf. Dato típico:(20In--2seg.)
•Curva de daño térmico de los conductores(catálogo de fab.)
•Curva de energización del trafo.(Inrush y carga fria) dato típico
(8 a 12In----0.1 seg.) (IEC-76)
Curvas Típicas del Transformador
Curva de daño térmico del
transformador
t
Curva del fusible
2s
MM
TC
Daño térmico del
conductor.
0.1s
Curva de
energización
del transformador
In
8-12 In
20In
CORRIENTE
Aplicación: Elegir el fusible adecuado un transformador de 630kVA.10/0.23
kV, sabiendo que el fusible debe ser limitador de corriente en MT.
Según CNE T IV
Inf =1.5 In trafo
,(si el valor de cálculo no corresponde en el catalogo
se usa el inmediato superior)
Solución:
InT =630/1.73x10 =36.4A
Inf =1.5x36.4=54,6A normalizando según catalogo
Infn=63A
Datos técnicos del fusible:
Tipo : CEF, Limitador de corriente
Un : 12kV tensión asignada
I1
: Imax de fusible de ensayo 50kA
I3
: Mínima corriente de corte 190 A
Pn : Potencia disipada a la In 78W
In=36,4A
437A
628A
Aplicación:
Aplicación:
Aplicación:
Protección de condensadores BT y MT
Protección de condensadores BT y MT
La corriente nominal del fusible debe ser mayor que la
homóloga del capacitor debido a la presencia de armónicas
en el sistema y a la mencionada corriente de conexión,
siendo aconsejable que la relación no supere al doble para
disminuir el riesgo de explosión. Las relaciones de fusión
sugeridas son: entre 1,5 y 1,9 cuando se trate de fusibles
cuyo valor de corriente nominal no supera los 30 a 35 A,
disminuyendo a valores entre 1,25 y 1,5, para calibres
superiores a los citados.
Aplicación:
Aplicación: