TESINA

“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
TESINA
PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA EDUCATIVA:
EXPERIENCIA RECEPCIONAL
PRESENTA:
ISMAEL VALENCIA GARCÍA
KAIN MÁRQUEZ TOLENTINO
DIRECTOR DE TRABAJO RECEPCIONAL:
ING. RAMÓN CHAZARO APARICIO
POZA RICA DE HIDALGO, VER.
2012
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
ÍNDICE
CAPITULO I
JUSTIFICACIÓN
NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO
ENUNCIACIÓN DEL TEMA
EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO
CAPITULO II
PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIÓN
MARCO CONTEXTUAL
MARCO TEÓRICO
SUBTEMA
1.0-
CONCEPTOS
BÁSICOS
DE
PROTECCIONES
EN
INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES
1.1.- Equipo básico de protección
1.2.- Diagramas unifilares
SUBTEMA 2.0- COMPONENTES DE LOS SISTEMAS INDUSTRIALES
2.1.- Transformadores de potencia
2.2.- Interruptores
2.3.- Apartarrayos
2.4.- Transformadores de corriente
2.5.- Transformadores de potencial
2.6.- Cuchillas desconectadoras
SUBTEMA 3.0- TIPOS DE RELEVADORES
3.1.- Relevadores de sobrecorriente instantáneo
3.2.- Relevadores de sobrecorriente con retraso de tiempo
3.3.- Relevadores diferenciales
3.4.- Relevadores de fluido y presencia de gases
3.5.- Relevadores de presión
3.6.- Relevadores de temperatura
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
SUBTEMA 4.0- EL ESTUDIO DE CORTOCIRCUITO EN INSTALACIONES
INDUSTRIALES
4.1.- Cálculo del cortocircuito
4.1.1.- Tipos de fallas en sistemas eléctricos de potencia industriales
4.1.1.1.- Falla fase a tierra
4.1.1.2.- Falla bifásica a tierra
4.1.1.3.- Falla fase a fase
4.1.1.4.- Falla trifásica
SUBTEMA 5.0- LA PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES
5.1.-Protección de transformadores en instalaciones industriales de
más de 600 V
5.2.- Protección de transformadores en instalaciones industriales de 600
volts o menos
5.3.- Protección primaria y secundaria
5.4.- Protección de transformadores de potencia
5.4.1.- Protección diferencial
5.4.2.- Protección contra sobrecarga
5.4.3.- Protección para detección de gases
SUBTEMA 6.0- PROTECCIÓN DE MOTORES
6.1.- Protección general de motores eléctricos
6.1.1.- Protección contra falla de fase
6.1.2.- Sobrecorriente instantánea de fase
6.1.3.-Sobrecorriente de fase con retardo de tiempo
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
INTRODUCCIÓN
En el proceso de explotación de los sistemas eléctricos pueden aparecer
fallas y regímenes anormales en sus distintos elementos, los cuales pueden
conducir a fallas e interrupciones de servicio a los consumidores, y por lo tanto
reducción de la calidad de servicio y daños en el equipo.
El tipo más frecuente y peligroso de falla es el cortocircuito, que origina grandes
incrementos de corriente y reducciones de tensión en los elementos del sistema,
lo cual puede dañar los equipos por sobrecalentamiento, y afectar por baja tensión
la operación normal de los consumidores y el sincronismo de los generadores del
sistema. Entre los regímenes anormales, uno de los más importantes es la
sobrecarga, que también origina valores de corriente superiores a los nominales,
con el consiguiente sobrecalentamiento.
La función principal de la protección es provocar la desconexión automática del
elemento del sistema que ha experimentado una falla o régimen anormal de
operación, con el objetivo de reducir los daños de ese elemento y evitar que afecte
la operación normal del resto del sistema. La protección es una de las partes
fundamentales del sistema de automatización contra fallas del sistema eléctrico, y
su importancia radica en que sin ella no es posible la operación sin interrupción de
las instalaciones.
Una función secundaria de la protección es brindar información sobre el tipo y
localización de la falla o régimen anormal, con el objetivo de facilitar al personal de
servicio su rápida localización y eliminación.
La protección en general se realiza mediante los siguientes dispositivos y equipos:
-
Relés que actúan sobre interruptores
-
Fusibles que se utilizan en instalaciones industriales
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
CAPITULO I
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
JUSTIFICACIÓN
El objetivo de este trabajo recepcional es conocer, analizar y seleccionar las
protecciones requeridas en sistemas industriales así como sus componentes en
dichos sistemas y sus tipos de protecciones requeridas
Un mal análisis representa un problema en la operación de las protecciones en
sistemas industriales, y una mala operación de las protecciones causaría
problemas muy dañinos para el sistema eléctrico. Por consiguiente sugerimos
utilizar este trabajo como consulta, que dependerá del sistema instalado
eléctricamente y las protecciones empleadas que se seleccionen.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO
Los sistemas industriales, tienen por objeto transportar energía eléctrica que se
genera en las centrales o plantas eléctricas, a los centros de consumo o a donde
se requiera.
Por lo anterior este análisis pretende determinar lo siguiente:
 Las definiciones básicas de algunos componentes en sistemas industriales
 El esquema de un sistema industrial simple
 El equipo básico de protección
 Las protecciones eléctricas mínimas requeridas en sistemas industriales
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
ENUNCIACIÓN DEL TEMA
El tema del presente trabajo recepcional se eligió, porque consideramos muy
interesante el análisis de las protecciones eléctricas que se requieren en sistemas
industriales, para llevar la distribución de energía eléctrica a los centros de
consumo donde se requiera.
Esta propuesta contempla aspectos de importancia como son el cálculo de las
protecciones, la descripción de los componentes en sistemas industriales y la
descripción de los elementos básicos como de los sistemas de protección
utilizados en los diferentes puntos de la industria que así se requiera.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO
El desarrollo de este trabajo de investigación se estructuro de la siguiente manera:
En el capítulo 1 está formado por la justificación, naturaleza, sentido y alcance del
trabajo, enunciación del tema, explicación de la estructura del trabajo.
El capitulo 2 es el planteamiento del tema de investigación, marco contextual,
marco teórico que está integrado por todos los temas y subtemas relacionados
con las protecciones eléctricas en sistemas industriales, formado de la siguiente
manera:
SUBTEMA
1.0-
CONCEPTOS
BÁSICOS
DE
PROTECCIONES
EN
INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES
SUBTEMA 2.0- COMPONENTES DE LOS SISTEMAS INDUSTRIALES
SUBTEMA 3.0- TIPOS DE RELEVADORES
SUBTEMA 4.0- EL ESTUDIO DE CORTOCIRCUITO EN INSTALACIONES
INDUSTRIALES
SUBTEMA 5.0- LA PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES
SUBTEMA 6.0- PROTECCIÓN DE MOTORES
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
CAPITULO II
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACION
La investigación del presente tema se ha elaborado con la finalidad de dar a
conocer la importancia que llevan consigo las “protecciones eléctricas en los
sistemas industriales” que a su vez previenen fallas eléctricas de cualquier
naturaleza, lo cual puede ocasionar daños considerables en un sistema eléctrico
industrial, originando que se interrumpa el proceso generación, transmisión y
distribución de energía eléctrica a los centros de consumo.
Para una adecuada selección de dispositivos de protección se necesita un amplio
conocimiento de los mismos, así como sus características, finalidades y
recomendaciones del fabricante.
Lo más significativo en la investigación de este trabajo recepcional es la
descripción de los elementos de protección requeridos en puntos importantes de
un sistema eléctrico industrial.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
MARCO CONTEXTUAL
Cabe mencionar, que la presente tesina proporciona información en forma
general, por lo tanto no específica un área geográfica establecida, dicha
investigación es de mucha utilidad a personas que se interesen con el tema de
“protecciones eléctricas en sistemas industriales”.
Los sistemas industriales son utilizados para transportar energía eléctrica que se
genera en las centrales o plantas eléctricas, a los centros de consumo o a donde
se requiera. Por tal motivo no desarrollaremos el presente trabajo en un área en
particular ya que es muy amplio el campo de trabajo.
Así esta tesina servirá de consulta a ingenieros, catedráticos, alumnos y a todas
aquellas personas que estén involucradas con el tema.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
MARCO TEÓRICO
SUBTEMA 1.0- CONCEPTOS BÁSICOS DE PROTECCIONES EN
INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES
El objetivo de un sistema eléctrico es generar y suministrar la energía eléctrica a
los consumidores. El sistema debe estar diseñado y operado para entregar esta
energía a los puntos de utilización tanto con confiabilidad como con economía. Si
los cortes de energía son frecuentes o prolongados, se ve afectada la rutina
normal de la sociedad, por lo que se debe hacer énfasis en la confiabilidad y
seguridad del suministro.
Un sistema eléctrico comprende diversos elementos. Muchos de estos elementos
son muy costosos, por eso el sistema representa una gran inversión de capital.
Para maximizar el retorno de esa inversión, el sistema debe utilizarse en lo
posible, dentro de los controles aplicables de seguridad y confiabilidad del
suministro. Más importante, sin embargo, es que el sistema debe ser operado de
una forma segura todo el tiempo.
No importa qué tan bien diseñado sea, las fallas siempre ocurrirán en un sistema
eléctrico, y estas fallas pueden representar un peligro para las personas y/o para
las propiedades. El poder destructivo del arco de una falla de alta corriente es
bastante elevado; puede fundir los conductores o soldar las láminas del núcleo de
los transformadores o generadores en un tiempo muy corto. Aún lejos de la falla
misma, las altas corrientes de falla pueden causar daño en una planta si ella
continúa por más de unos pocos segundos. La provisión de una protección
adecuada para detectar y desconectar elementos del sistema en el evento de una
falla es por lo tanto una parte integral en el diseño del sistema eléctrico. Solo de
esta manera se pueden cumplir los objetivos del sistema y la inversión puede estar
protegida.
PROTECCIONES ELÉCTRICAS
En el medio ambiente encontramos una variedad de descargas atmosféricas,
dichas descargas producen efectos en los sistemas de energía eléctrica
industriales, provocando daños superficiales y reduciendo su vida útil. Todo
sistema eléctrico está formado por partes creadas por el hombre por tanto está
sujeta a fallas, considerando que cualquier elemento puede fallar es inimaginable
poner en funcionamiento un sistema eléctrico sin que tenga un sistema que
trabaje al unisonó con el sistema eléctrico y que capaz detectar la falla y aislar
rápidamente la porción afectada. Este sistema se llama “protecciones eléctricas” y
debe remover del servicio lo más rápido posible cualquier equipo del sistema de
potencia que comienza a operar en una forma anormal.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
La protección de un sistema eléctrico tiene por objeto.
a) Evitar daños a las personas y animales domésticos
b) Evitar o minimizar daños a equipos y propiedades
c) Minimizar las interrupciones de suministro de energía al sistema
d) Limitar los efectos de una perturbación sobre las partes no directamente
afectadas del sistema, tanto en duración como en extensión
e) Minimizar los efectos de perturbaciones internas de la instalación sobre el
sistema de la distribuidora de energía eléctrica
CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN
Para que un sistema de protección pueda realizar sus funciones en forma
satisfactoria debe cumplir con las siguientes características:
- Sensibilidad
Detectar pequeñas variaciones en el entorno del punto de equilibrio, de ajuste, o
de referencia, con mínima zona muerta o de indefinición.
- Selectividad
Detectar un determinado tipo de anomalía en un determinado componente o
equipo del sistema de potencia y no operar ante otro tipo de anomalía o ante
anomalías en otros equipos.
- Rapidez
Limitar la duración de las anomalías, minimizando los retardos no deseados.
-seguridad
Debe ser lo suficientemente seguro para garantizar que la falla sea despejada apenas
ocurra.
-confiabilidad
Debe actuar ante fallas y no ante corrientes y sobrecorrientes normales de operación.
TIPO DE FALLAS
Las fallas son anormalidades en las cuales se pone en peligro la integridad de la
instalación eléctrica, de los bienes materiales y la vida de las personas. Debido a
la gravedad extrema de la situación anormal, el sistema eléctrico no puede
continuar operando.
Las condiciones de operación anormales contra las que se deben proteger los
sistemas eléctricos industriales son el cortocircuito y la sobrecarga.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Cortocircuito
Es la falla de mayor gravedad para una instalación eléctrica. En los cortocircuitos,
el nivel de corriente alcanza valores tan altos, que los conductores eléctricos se
funden en los puntos de falla, produciendo calor, chispas e incluso flamas
generando un alto riesgo de incendio, puede tener su origen en distintas formas,
por ejemplo, fallas de aislamiento, fallas mecánicas en el equipo, fallas en el
equipo por sobrecargas excesivas y repentinas, etc.
Sobrecarga
Se produce cuando la magnitud del voltaje o corriente supera el valor previsto
como normal para la instalación (llamado valor nominal). Las sobrecargas de
corriente más comunes se originan en el exceso de consumos en la instalación
eléctrica, debido a esta situación de mayor demanda, se produce un calentamiento
excesivo de los conductores eléctricos, lo que puede conducir a la destrucción de
su aislamiento, provocando incluso su inflamación.
Las sobrecargas se pueden presentar también por otras causas muy simples,
como pueden ser instalaciones inapropiadas, operación incorrecta del equipo, por
ejemplo, arranques frecuentes de motores, ventilación deficiente, periodos largos
de arranque de motores.
1.1. EQUIPO BÁSICO DE PROTECCIÓN
Para aislar un corto circuito o una sobrecarga, se requiere de la aplicación de
equipo de protección que pueda cumplir con ambas funciones, detectar y
desconectar la parte afectada del sistema, que pueda causar daños, tanto a
personas como a equipos.
En algunos casos el elemento sensor y el dispositivo de interrupcion son
elementos completamente separados e interconectados solo por los cables de
control; en otros, los sensores y los dispositivos de interrupcion se encuentran en
un mismo dispositivo.
Los equipos de proteccion mas utilizados en un sistema electrico son:
 FUSIBLES
Un fusible es un elemento sensor y de interrupcion, se conecta en serie con el
circuito y responde a los efectos termicos producidos por la circulacion de
corriente a travez del mismo. Es un dispositivo de proteccion contra
cortocircuitos cuyo principio esta basado en la circulacion de corriente a traves
de un elemento conductor cuyos materiales y seccion transversal han sido
seleccionados para lograr su fundicion al superarse una corriente umbral.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Figura 1. Fusibles de alta tension
 INTERRUPTORES
Los interruptores son solo dispositivos de interrupcion que se deben usar
necesariamente con elementos sensores, comunmente con relevadores. Los
interruptores son capaces de soportar, tanto corrientes de operación normal
como corrientes de elevada magnitud duarnte un tiempo especifico, debidas a
fallas en el sistema. Los interruptores pueden abrir o cerrar en forma
automatica por medio de las acciones de mando de los reles, los cuales son
los encargados de medir las condiciones de operación de la red y situaciones
anormales tales como sobrecargas o corrientes de falla.
 RELEVADORES (RELES)
Son dispositivos de proteccion que actuan cuando la corriente que miden
sobrepasa cierto valor. Este valor minimo o valor de operación puede ser
llamado valor umbral y es ajustable externamente dependiendo de la
sobrecoriiente que se desea detectar. Este dispositivo trabaja en conjunto con
un transformador de corriente, el cual da una muestra de la corriente del
circuito o equipo que se desea proteger y con un interruptor de potencia cuya
funcion es la de desconectar el circuito fallado una vez que el rele haya dado la
orden de apertura. La orden consiste en el cierre de un contacto que energiza
la bobina de disparo del interruptor.
Fig.2 Esquema constructivo de un relé
de proteccion eletromagnético de
armadura o hierro movil
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
1.2.- DIAGRAMAS UNIFILARES
En el estudio de sistemas electricos para aplicaciones industriales, el uso de
diagramas unifilares resulta de gran utilidad y representa un elemento basico para
el diseño y los estudios de sistemas electricos.Un diagrama unifilar se define como
“ un diagrama que indica por medio de lineas sencillas y simbolos simplificados, la
interconexion y partes de un circuito o sistema electrico”.
El proposito de un diagrama unifilar es que el dideñador desarrolle a traves de una
manera sencilla sus ideas y tenga una forma simple de comunicar a otros su
proyecto para comentarios y/o aprobaciones.
Figura 3.
Para distribucion de potencia a escala industrial, existen al menos tres sistemas
basicos que se han desarrollado a partir de los posibles arreglos, que son los
siguientes:
 SISTEMA RADIAL SIMPLE:
Es el mas economico para la distribucion directo de la potencia a los centros de
carga, de donde, a su vez, la potencia se distribuye para su utilizacion. Este
sistema, resulta adecuado para muchas aplicaciones, pero que tiene una
desventaja; la confiabilidad, ya que si falla la alimentacion, se pierde el
suministro para el resto de la instalacion
Figura 4. Sistema radial simple
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
 SISTEMA SELECTRIVO PRIMARIO:
Este sistema primario proporciona una alimentacion alterna a cada centro de
carga. En esto, dos lineas van hacia cada unidad o centro de carga. En
resistencia, si se presenta una falla en las lineas de alimentacion, entonces
solo algunos de los centros de carga pierden su potencia y mediante switcheos
rapidos se regresan a servicio, en tanto que el alimentador en falla se repara.
Este sistema tiene un costo superior debido a los alimentadores adicionales y
al equipo de switcheo, por lo que su uso se restringe solo en lugares donde la
demanda es tal que se requiere un gardo mayor de confiabilidad.
Figura 5. Sistema selectivo primario
 SISTEMA SELECTIVO SECUNDARIO:
Este sistema es basicamente radial primario con enlaces secundarios entre los
buses o barras. Este sistema, como el radial simple, tiene la desventaja de
tener una fuente de alimentacion unica, desde luego que es posible tener mas
de una fuente radial para mejorar la confiabilidad por medio del uso de bus
secundario de amarre, que permite aislar cualquier alimentador secundario y
alimentar el bus secundario, cerrando los interruptores de amarre al bus
Figura 6
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
SUBTEMA
2.0-
COMPONENTES
DE
LOS
SISTEMAS
INDUSTRIALES
2.1.- TRANSFORMADORES DE POTENCIA
Los transformadores de potencia son un equipo eléctrico muy importante para la
distribución en los sistemas eléctricos de las plantas industriales.
Los transformadores se clasifican en función de los sistemas de enfriamiento y la
simbología es la indicada en las normas nacionales e internacionales como se
muestra en la tabla 1:
Normas nacionales
Normas internacionales
Oa
Onan
oa/fa
onan, onaf
oa/fa/fa
onan, onaf, onaf
oa/fa/foa
onan, onaf, ofaf
oa/foa/foa
onan, ofaf, ofaf
Ow
Onwf
ow/oa
onwf, onan
Foa
Ofaf
Fow
Ofwf
Tabla 1 Clasificación de los transformadores por su tipo de enfriamiento
Se especifican de acuerdo a las condiciones generales de servicio, lugar de
instalación, temperatura ambiente, altitud, temperatura de operación y capacidad
nominal.
Respecto a los accesorios que deben incluirse en los transformadores de acuerdo
a su capacidad se tiene lo siguiente:
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Preservación del líquido aislante.
Se cuenta con tres sistemas, el de tanque sellado, gas inerte o tanque
conservador. Si no se especifica lo contrario, se recomienda que el sistema de
tanque sellado sea usado en transformadores con capacidad de 5 a 7.5 MVA (OA)
El sistema con tanque conservador se recomienda en transformadores de
capacidades superiores o iguales a 10 MVA. Queda a juicio del diseñador y a la
importancia del sistema, la selección de la preservación del líquido aislante.
Los accesorios para la protección y monitoreo de los transformadores son los
siguientes:
 Indicador de nivel de liquido aislante
 Indicador magnético de nivel
 Indicador con caratula vertical en el costado del tanque del segmento 1 o en
el tanque conservador según el caso
 Indicador de temperatura del liquido aislante, se debe montar un
termómetro tipo caratula del costado del tanque del segmento 1
 Indicador de presión y vacio. Se debe suministrar en aquellos
transformadores con sistemas de preservación de liquido aislante tipo
tanque sellado
 Válvula de drenaje, muestreo y filtro, debe ser tipo globo localizado en el
segmento 1
Todos los indicadores tendrán contactos de alarma y deben ser adecuados para
interrumpir con 250 V como máximo, de voltaje de operación. Los contactos del
indicador de nivel del líquido aislante no deben ser ajustables y deben colocarse
para cerrar en el nivel mínimo de operación segura. Los contactos del indicador de
temperatura de líquido, deben ser ajustables a un rango de 65°c a 110°c. Los
contactos del indicador de temperatura de los devanados deben ser ajustables a
un rango de 95°c a 125°c
Figura 7. Transformador tipo poste
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
2.2.- INTERRUPTORES
Un interruptor eléctrico es un dispositivo utilizado para desviar o interrumpir el
curso de una corriente eléctrica, tanto en condiciones de operación normal
(máxima carga o en vacío) como en condición de cortocircuito. Los interruptores
que se usaban antiguamente en los circuitos eléctricos eran, generalmente, de
accionamiento manual y del tipo seccionador (cuchilla). Con el aumento de las
intensidades y de las tensiones requeridas en el sector industrial resulto que el
arco que se formaba al abrir el interruptor dañaba o destruía los contactos.
Entonces se construyeron interruptores que abren o cortaban rápidamente los
circuitos por medio de un resorte o por la acción de la gravedad, reduciendo así la
duración del arco y la magnitud del deterioro del interruptor. La operación de un
interruptor puede ser manual o accionada por la señal de un relé encargado de
vigilar la correcta operación del sistema eléctrico, donde está conectado.
Su expresión más sencilla consiste en dos contactos de metal inoxidable y el
actuante. Los contactos, normalmente separados, se unen para permitir que la
corriente circule. El actuante es la parte móvil que en una de sus posiciones hace
presión sobre los contactos para mantenerlos unidos.
Figura 8. Interruptor
TIPOS DE INTERRUPTORES:
Actuantes
Los actuantes de los interruptores pueden ser normalmente abiertos, en cuyo caso
al accionarlos se cierra el circuito (el caso del timbre) o normalmente cerrados en
cuyo caso al accionarlos se abre el circuito.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Pulsadores
También llamados interruptores momentáneos. Este tipo de interruptor requiere
que el operador mantenga la presión sobre el actuante para que los contactos
estén unidos. Un ejemplo de su uso lo podemos encontrar en los timbres de las
casas o apartamentos.
Figura 9. Interruptor momentáneo
Cantidad de polos
Son la cantidad de circuitos individuales que controla el interruptor. Un interruptor
de un solo polo como el que usamos para encender una lámpara. Los hay de 2 o
más polos. Por ejemplo si queremos encender un motor de 220 voltios y a la vez
un indicador luminoso de 12 voltios necesitaremos un interruptor de 2 polos, un
polo para el circuito de 220 voltios y otro para el de 12 voltios.
Figura 10.
Cantidad de vías (tiros)
Es la cantidad de posiciones que tiene un interruptor. Nuevamente el ejemplo del
interruptor de una sola vía es el utilizado para encender una lámpara, en una
posición enciende la lámpara mientras que en la otra se apaga.
Figura 11.
Los hay de 2 o más vías. Un ejemplo de un interruptor de 3 vías es el que
podríamos usar para controlar un semáforo donde se enciende una bombilla de
cada color por cada una de las posiciones o vías.
Combinaciones
Se pueden combinar las tres clases anteriores para crear diferentes tipos de
interruptores. En el gráfico inferior podemos ver un ejemplo de un interruptor
DPDT.
Figura 12
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
ARCO ELÉCTRICO
Cuando un interruptor abre un circuito con carga o por despejar una falla es
inevitable la presencia del arco eléctrico, la que sin duda es una condición
desfavorable, en la operación de interruptores. Durante la presencia del arco se
mantiene la circulación de corriente en el circuito de potencia. Las características
del arco dependen, entre otras cosas de:






La naturaleza y presión del medio ambiente donde se induce.
La presencia de agentes ionizantes o desionizantes.
La tensión entre los contactos y su variación en el tiempo.
La forma, separación y estructura química de los contactos.
La forma y composición de la cámara apaga chispa.
Sistema de extinción del arco.
La generación del arco se debe a la ionización del medio entre los contactos,
haciéndolo conductor, lo que facilita la circulación de corriente. La presencia de
iones se origina por la descomposición de las moléculas que conforman el medio
entre los contactos, producto de colisiones entre éstas y los electrones aportados
por la corriente. Se puede decir que la emisión de electrones desde la superficie
de los contactos de un interruptor, se debe a las siguientes causas:


Aumento de temperatura, originando una emisión termo-iónica de
electrones.
Presencia de un alto gradiente de tensión, responsable de la emisión de
electrones por efecto de campo.
La emisión termoiónica de electrones se produce por el aumento en la resistencia
y en la densidad de corriente en la superficie de los contactos, al momento de
producirse la apertura. De igual forma, el alto gradiente de potencial existente
entre los contactos durante los primeros instantes del proceso de apertura, origina
un proceso de emisión de electrones por efecto de campo eléctrico. Estos
electrones altamente energéticos chocan con las moléculas del medio,
produciendo una reacción química endotérmica o exotérmica. La energía calórica
desarrollada durante el arco es altamente destructiva y puede calcularse por
medio de la ecuación:
𝑡
𝑊𝑒 = ∫0 𝑖 (𝑡)𝑒𝑏 (𝑡)𝑑𝑡
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Donde:
𝑊𝑒
:
Energía liberada por el arco, durante el tiempo t.
𝑖(𝑡)
:
Valor instantáneo de la corriente en función de t.
𝑒𝑏 (𝑡) :
Caída de tensión a través del arco en función de t.
t
Tiempo de duración del arco.
:
FORMAS DE EXTINGUIR EL ARCO
El elemento más significativo que distingue las diversas técnicas de interrupción
es por lo tanto, el medio de extensión del arco. el medio de extinción es aquel
elemento del interruptor donde se desarrolla la dinámica del arco eléctrico, que se
presenta al separarse mecánicamente los contactos. Básicamente existen cuatro
formas de extinción del arco eléctrico
a) Alargamiento y enfriamiento del arco, aumentando gradualmente su
resistencia, sin utilizar energía externa, lo que reduce el valor de la corriente
hasta que el arco se extingue. El inconveniente de este método, es que la
energía que debe ser disipada es alta, razón por la cual su uso se limita a
aplicaciones en baja y media tensión tanto en corriente alterna como en
continua.
b) Aprovechamiento de la energía desprendida por el arco eléctrico para
apagarlo
c) Utilización de energía exterior para soplar y apagar el arco
d) Utilización del vacío, en donde los contactos se desofican con un vapor
metálico que forma un arco controlable
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
CLASIFICACIÓN DE LOS INTERRUPTORES
Los interruptores se pueden clasificar de acuerdo a sus características
constructivas. Las principales características constructivas de los interruptores
consisten en la forma en que se extingue el arco y a la habilidad mostrada para
establecer la rigidez dieléctrica entre los contactos para soportar en buena forma
(sin reencendido del arco) las tensiones de reignición.
Interruptores para sistemas con voltajes mayores de 600 v.
Los interruptores para sistemas con voltajes superiores a 600 v se dividen en
cuatro grupos básicos:




Interruptores en aire.
Interruptores en vacio.
Interruptores en aceite.
Interruptores en gas.
Todos estos interruptores operan en conjunto con los relevadores de protección
para llenar los requisitos para una operación automática.
INTERRUPTORES EN AIRE.Los interruptores en aire tienden a ser usados en instalaciones en interiores, y
como su nombre lo indica, la energía del arco eléctrico se disipa inyectándole una
fuerte presión de aire comprimido entre sus contactos, las presiones de operación
varian entre 15-30 bar, estos niveles son tan altos que el aire en el area del arco
eléctrico alcanza muy altas velocidades y el arco puede ser extinguido muy
rápidamente, hasta en uno o dos semiciclos. Son fabricados para operar con
voltajes en el rango de 2400 a 34500 V.
Estos interruptores trabajan en forma totalmente independiente a la intensidad de
corriente presente en el circuito a desconectar. De manera que se opera a niveles
constantes de presión de aire así como de masa de aire en la cámara de extinción
para cualquier valor de corriente a interrumpir.
Estos interruptores tienen una fuente externa de aire a presión (deposito), el aire a
presión almacenado se utiliza únicamente al momento de operar y comúnmente
se libera al medio ambiente. Dico aire a presión almacenado funciona tanto para
extinción del arco como para el accionamiento mismo del interruptor.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Para prevenir el reencebado del arco al interrumpir circuitos capacitivos se opera a
velocidades muy altas la separación del contacto móvil así como un aumento de la
presión de aire en la cámara de extinción en muy corto tiempo.
Para evitar sobrevoltajes al interrumpir pequeñas corrientes inductivas se puede
operar el interruptor equipado con resistencias. La distribución igualada del voltaje
en las interrupciones multiples por polo (doble o triple paso) se logra mediante
capacitores en paralelo.
Interruptores de este tipo existen hasta niveles de 110 KV con un solo paso, o un
solo par de polos o contactos. Para niveles mayores de voltaje se utilizan mas
pasos y se interrumpe así el arco por medio de dos o tres pares de contactos en
serie.
En la tabla 2 se pueden observar algunas ventajas y desventajas de este tipo de
interruptores:
Tabla 2. Ventajas y desventajas de los interruptores de aire
Ventajas
Desventajas
No hay riesgos de incendio o explosión
Poseen una compleja instalación
debido a la red de aire comprimido.
Operación muy rápida
Construcción más compleja
Pueden emplearse en sistemas con Mayor costo
reconexión automática
Alta capacidad de ruptura
La interrupción de corrientes altamente
capacitivas no presenta mayores
dificultades
Menor daño a los contactos
Fácil acceso a los contactos
Comparativamente menor peso
En la siguiente figura se muestra la sección transversal del mecanismo de un
interruptor en aire. El aire de una fuente de aire comprimido se usa, ya sea para
abrir o para cerrar la navaja de los contactos móviles bajo carga eléctrica, un arco
se iniciara entre la navaja móvil y los contactos fijos. Para prevenir daño por
calentamiento, se inyecta un chorro de aire justo en el momento en que se debe
extinguir el arco.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
FIGURA 13. INTERRUPTOR EN AIRE
INTERRUPTORES EN VACIO.- debido a que el vacio constituye una ausencia de
cualquier substancia y por lo tanto, una ausencia de electrones, en teoría,
representa el mejor dieléctrico, por lo tanto, ofrece una excelente alternativa para
apagar en forma efectiva el arco. En efecto, cuando un circuito en corriente alterna
se desenergiza separando un juego de contactos ubicados en una cámara en
vacío, la corriente se corta al primer cruce por cero o antes, con la ventaja de que
la rigidez dieléctrica entre los contactos aumenta en razón de miles de veces
mayor a la de un interruptor convencional (1 KV por µs para 100 A en comparación
con 50 V/µs para el aire). Esto hace que el arco no vuelva a reencenderse. Estas
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
propiedades hacen que el interruptor en vacío sea más eficiente, liviano y
económico.
La presencia del arco en los primeros instantes después de producirse la apertura
de los contactos se debe principalmente a:

Emisión termoiónica.

Emisión por efecto de campo eléctrico.
En otras palabras, los iones aportados al arco, provienen de los contactos
principales del interruptor. Conviene destacar que en ciertas aplicaciones se hace
conveniente mantener el arco entre los contactos hasta el instante en que la
corriente cruce por cero. De esta forma se evitan sobre-tensiones en el sistema,
producto de elevados valores de di/dt. La estabilidad del arco depende del material
en que estén hechos los contactos y de los parámetros del sistema de potencia
(voltaje, corriente, inductancia y capacitancia). En general la separación de los
contactos fluctúa entre los 5 y los 10 mm.
Ventajas
Desventajas
Tiempo de operación muy rápidos, en general la Tienen
capacidad
de
corriente se anula a la primera pasada por cero
interrupción limitada (del
orden de 60 a 100 MVA).
Rigidez dieléctrica entre los contactos se restablece Generan sobre-tensiones
rápidamente impidiendo la reignición del arco
producto del elevado di/dt.
Son menos pesados y más baratos, producen
menos ruido durante la operación
Prácticamente no requieren mantención y tienen Dificultad para mantener la
una vida útil mucho mayor a los interruptores condición de vacío.
convencionales
El mantenimiento de estos interruptores es reducido
y se puede usar casi en cualquier lugar, debido a
que no son afectados por la temperatura ambiente
u otras condiciones atmosféricas.
Tabla 3. Ventajas y desventajas de los interruptores en vacio
Es importante destacar la importancia que tiene el material con que se fabrican los
contactos de los interruptores en vacío. La estabilidad del arco al momento de
separarse los contactos, depende principalmente de la composición química del
material con que fueron fabricados. Si el arco es inestable, significa que se apaga
rápidamente antes del cruce natural por cero de la corriente, generando elevados
di/dt con las consiguientes sobre tensiones. Para evitar esta situación, se buscan
materiales que presenten baja presión de vapor en presencia de arco. Estos
materiales no son fáciles de encontrar, pues tienen propiedades no del todo
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
apropiadas para uso en interruptores en vacío. Por ejemplo materiales con buena
conductividad térmica y eléctrica, tienen bajos puntos de fusión y ebullición, y alta
presión de vapor a altas temperaturas. Sin embargo, metales que presentan baja
presión de vapor a altas temperaturas son malos conductores eléctricos. Para
combinar ambas características se han investigado aleaciones entre metales y
materiales no metálicos como Cobre-Bismuto, Cobre-Plomo, Cobre-Tantalio,
Plata-Bismuto, o Plata-Telorium.
FIGURA 14. INTERRUPTOR EN VACIO
INTERRUPTORES EN ACEITE.- este tipo de interruptores fueron los de uso más
extensivo en sistemas que operan a mas de 13.8 kv. Empleándose más en
instalaciones tipo exterior. Estos interruptores tienen básicamente un recipiente
que contiene aceite, dentro del cual se instalan los contactos y el mecanismo de
operación, de tal forma que el arco eléctrico que se forma se extingue rompiendo
las moléculas de aceite. Estos interruptores se aplican por lo general dentro del
rango de tensión de 2.4 a 400 kv. En voltajes hasta 69 kv, los tres polos del
interruptor se encuentran normalmente dentro del mismo tanque, en tensiones
mayores se usa un tanque separador por cada polo.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
interruptores de gran volumen de aceite
Ventajas
Desventajas
Construcción sencilla
Posibilidad de incendio o explosión
Alta capacidad de ruptura
Necesidad de inspección periódica de la
calidad y cantidad de aceite en el estanque
Pueden
usarse
en
operación Ocupan una gran cantidad de aceite mineral
manual y automática
Pueden
de alto costo
conectarse No pueden usarse en interiores
transformadores de corriente en
los bushings de entrada
Los contactos son grandes y pesados y
requieren de frecuentes cambios
son grandes y pesados
Tabla 4. Ventajas y desventajas de interruptores de gran volumen de aceite
Interruptores de pequeño volumen de aceite
Ventajas
Desventajas
Comparativamente usan
menor cantidad de aceite
una Peligro de incendio y explosión aunque en
menor grado comparados con los de gran
volumen
Menor tamaño y peso en No pueden usarse con reconexión automática
comparación a los de gran
volumen
Pueden emplearse tanto en Requieren una mantención frecuente y
forma manual como automática reemplazos periódicos de aceite
menor costo
sufren de mayor daño los contactos principales
Tabla 5. Ventajas y desventajas de interruptores de pequeño volumen de aceite
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
FIGURA 15. INTERRUPTOR EN ACEITE
INTERRUPTORES EN GAS.- los interruptores en gas se utilizan normalmente en
alta tensión y extra alta tensión (hasta 765 kv), usan un gas inerte en el modulo de
interrupción, los cuales representan las cámaras llenas de gas en donde tiene
lugar la separación el cierre de los contactos. Por cada polo puede haber dos o
tres módulos o secciones, dependiendo del nivel de tensión (tres en 765kv) estos
módulos están conectados en serie.
El SF6 se usa como material aislante y también para apagar el arco. El SF6 es un
gas muy pesado (5 veces la densidad del aire), altamente estable, inerte, inodoro
e inflamable. En presencia del SF6, la tensión del arco se mantiene en un valor
bajo, razón por la cual la energía disipada no alcanza valores muy elevados. La
rigidez dieléctrica del gas es 2.5 veces superior a la del aire (a presión
atmosférica). La rigidez dieléctrica depende de la forma del campo eléctrico entre
los contactos, el que a su vez depende de la forma y composición de los
electrodos. Si se logra establecer un campo magnético no uniforme entre los
31
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
contactos, la rigidez dieléctrica del SF6 puede alcanzar valores cercanos a 5
veces la rigidez del aire. Son unidades selladas, trifásicas y pueden operar durante
largos años sin mantención, debido a que prácticamente el gas
no se
descompone, y no es abrasivo.
Otra importante ventaja de este gas, es su alta rigidez dieléctrica que hace que
sea un excelente aislante. De esta forma se logra una significativa reducción en
las superficies ocupadas por subestaciones y switchgear. La reducción en espacio
alcanzada con el uso de unidades de SF6 es cercana al 50% comparado a
subestaciones tradicionales. Esta ventaja muchas veces compensa desde el punto
de vista económico, claramente se debe mencionar que hay un mayor costo
inicial, en su implementación.
El continuo aumento en los niveles de cortocircuito en los sistemas de potencia ha
forzado a encontrar formas más eficientes de interrumpir corrientes de fallas que
minimicen los tiempos de corte y reduzcan la energía disipada durante el arco. Es
por estas razones que se han estado desarrollando con bastante éxito
interruptores en vacío y en hexafluoruro de azufre (SF6).
32
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Figura 17. Interruptor en gas
Especificación técnica de un Interruptor de Potencia.
La selección de un interruptor de potencia para una determinada aplicación
consiste en definir un conjunto de valores que limitan las condiciones de operación
máximas del interruptor. Los parámetros a indicar son algunos de los cuales
deben tenerse presente:








Tensión nominal.
Frecuencia nominal.
Corriente nominal.
Rigidez dieléctrica (clase de aislación).
Ciclo de trabajo.
Corriente de cortocircuito momentánea.
Corriente de cortocircuito de interrupción.
Etc.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Cada uno de estos parámetros indica lo siguiente:
Tensión nominal
Es el máximo valor efectivo de tensión al cual el interruptor puede operar en forma
permanente. En general esta tensión es mayor al voltaje nominal del sistema.
Frecuencia nominal
Es la frecuencia a la cual el interruptor está diseñado para operar. Este valor tiene
incidencia en los tiempos de apertura y cierre de los contactos además del tiempo
de apagado del arco.
Corriente nominal
Es el máximo valor efectivo de corriente que puede circular a través del interruptor
en forma permanente, a frecuencia nominal, sin exceder los límites máximos de
temperatura de operación indicados para los contactos. La temperatura en los
contactos depende del material que están hechos (cobre, plata o equivalente), del
medio en que están sumergidos, y de la temperatura ambiente. En interruptores
con contactos de cobre, las máximas temperaturas de operación, están referidas a
una temperatura ambiente máxima de 40 ºC y en caso de contactos de plata de
55ºC.
Rigidez dieléctrica
Define la máxima tensión que soporta el interruptor sin dañar su aislación. La
rigidez dieléctrica debe medirse entre todas las partes aisladas y partes
energizadas y también entre los contactos cuando están abiertos. Estas pruebas
se realizan entre contactos y tierra (contacto cerrado), a través de los contactos,
entre fases (con contactos cerrados).
Ciclo de trabajo
El ciclo de trabajo normal de un interruptor de potencia se define como dos
operaciones "cerrar-abrir" con 15 segundos de intervalo. Para este ciclo de
34
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
trabajo, el interruptor debe ser capaz de cortar la corriente de cortocircuito
especificada en sus características de placa.
Corrientes de cortocircuito de momentánea.
Es el valor máximo efectivo que debe soportar el interruptor sin que sufra un
deterioro, debe ser capaz de soportar el paso de esta corriente en los primeros
ciclos cuando se produce la falla (1 a 3 ciclos). Entre estas corrientes deben
especificarse los valores simétricos y asimétricos.
Corrientes de cortocircuito de interrupción.
Es el máximo valor efectivo medido en el instante en que los contactos comienzan
a separarse. Esta corriente corresponde a un cortocircuito trifásico o entre líneas
con tensión y ciclo de trabajo nominal. Entre estas corrientes deben especificarse
los valores simétricos y asimétricos de interrupción.
a) La capacidad de interrupción simétrica
Es la máxima corriente RMS de cortocircuito sin considerar la componente
continua que el interruptor debe ser capaz de cortar en condiciones de voltaje
nominal y ciclo de trabajo normal. Para una tensión de operación diferente al valor
nominal, la corriente de interrupción está dada por la ecuación (1.2):
I interrupción simétrica = I interrupción simétrica nominal x (Vnom /Vop)
b) La capacidad de interrupción asimétrica
Corresponde al valor RMS de la corriente total (incluida la componente continua)
que el interruptor debe ser capaz de interrumpir en condiciones de voltaje y ciclo
de trabajo nominal.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
2.3.- APARTARRAYOS
Son dispositivos eléctricos formados por una serie de elementos no lineales y
explosores que limitan la amplitud de las sobre tensiones originadas por:
descargas atmosféricas; operación de interruptores; desbalanceo de sistemas.
Deben tener tres características principales:
 comportarse como aislador mientras la tensión aplicada no exceda un
valor predeterminado.
 convertirse en conductor al alcanzar la tensión ese valor determinado.
 conducir a tierra la onda de corriente producido por la onda de
sobretensión.
Se pueden considerar tres tipos de apartarrayos:
 cuernos de arqueo.
 auto valvulares.
 de óxidos metálicos.
La clasificación de los apartarrayos se determina por las pruebas y son las
siguientes:



Tipo estación.
Intermedio.
Distribución secundaria.
Figura 18. Apartarrayos
36
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
2.4 TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
Son aparatos en que la corriente secundaria dentro de las condiciones de
operación es prácticamente proporcional a la corriente primaria aunque
literalmente desfasada.
Desarrollan dos tipos de función: transformar la corriente y aislar los elementos de
protección conectados a los circuitos de alta tensión.
El primario del transformador se conecta en serie con el circuito por controlar y el
secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de
medición y de protección que requieren ser energizados, pueden tener uno o
varios secundarios.
Los transformadores de corriente se clasifican:
 Por su posición.
 Para medición.
 Para protección.
Por su instalación:
 Servicio interior.
 Servicio intemperie.
Se consideran para dos clases de temperatura ambiente
A) 30°c promedio para un periodo de 24 hrs. Con un máximo de 40°
B) 55°c como promedio para interior de tableros
Los transformadores de corriente para servicio interior son más económicos y
se fabrican para tensiones de servicio de hasta 25 KV. Con aislamiento de
resina sintética.
Los transformadores de corriente para protección requieren conservar su
fidelidad hasta un valor de 20 veces la magnitud de la corriente nominal.
Las corrientes primaria y secundaria de un transformador de corriente así como
sus características de carga deben estar de acuerdo a normas nacionales e
internacionales
Figura 19. Transformador de corriente
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
2.5.- CUCHILLAS DESCONECTADORAS
Son dispositivos que sirven para conectar y desconectar diversas partes de una
instalación eléctrica: para efectuar maniobras de operación o bien, para darles
mantenimiento. Deben abrir circuitos pero nunca cuando este fluyendo corriente a
través de ellas. Cuando se utilicen este tipo, antes de abrir un juego de cuchillas
deberá abrirse primero el interruptor correspondiente.
Figura 20. Cuchillas desconectadoras
38
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
SUBTEMA 3.0- TIPOS DE RELEVADORES
El relé o relevador es un dispositivo electromecánico, que funciona como un
interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de un
electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o
cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Un relevador puede ser
energizado por una señal de voltaje, una señal de corriente o por ambas.
El relevador de protección es un equipo de medición que compara una señal de
entrada con una señal de ajuste de la misma naturaleza que la señal de entrada,
teniendo en cuenta que su operación se manifiesta cuando la señal de entrada es
mayor a la señal de ajuste, cuando esto ocurre se dice que el relevador opera y se
manifiesta físicamente abriendo y cerrando contactos propios o de relevadores
auxiliares para desconectar automáticamente los interruptores asociados al equipo
dañado. Básicamente un relevador de protección consiste de un elemento de
operación y de un conjunto de contactos: el elemento de operación toma la señal
de dispositivos sensores en el sistema, tales como los transformadores de
potencial o de corriente, o de ambos en algunos casos.
Los contactos de un relé pueden ser Normalmente Abiertos (NO, por sus siglas en
inglés), Normalmente Cerrados (NC) o de conmutación.
Los contactos Normalmente Abiertos conectan el circuito cuando el relé es
activado; el circuito se desconecta cuando el relé está inactivo. Este tipo de
contactos son ideales para aplicaciones en las que se requiere conmutar fuentes
de poder de alta intensidad para dispositivos remotos.
Los contactos Normalmente Cerrados desconectan el circuito cuando el relé es
activado; el circuito se conecta cuando el relé está inactivo. Estos contactos se
utilizan para aplicaciones en las que se requiere que el circuito permanezca
cerrado hasta que el relé sea activado.
Los contactos de conmutación controlan dos circuitos: un contacto Normalmente
Abierto y uno Normalmente Cerrado con una terminal común
39
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
ESQUEMA BÁSICO DE UN RELÉ DE PROTECCIÓN
Figura 21.
En esta representación se pueden distinguir las siguientes partes:
 Órgano de entrada: por lo general se trata de transformadores de
intensidad y de tensión, los cuales realizan el doble cometido de adaptar las
señales procedentes de una perturbación en la instalación a valores aptos
para los relés de protección y a la vez sirven de separación galvánica de las
partes de alta y baja tensión.
 Órgano de conversión: se encarga de convertir las señales recogidas en el
órgano de entrada para que puedan ser medidas por el órgano de medida.
Algunas veces las señales del órgano de entrada se recogen directamente
por el órgano de medida, por lo que se puede prescindir del órgano de
conversión.
 Órgano de medida: en él se miden las señales procedentes de los órganos
anteriores y comparándolas con unos valores consigna, decide cuándo
debe actuar la protección. Es el órgano más importante del relé.
 Órgano de salida: su misión es amplificar las señales de débil potencia
procedentes del órgano de medida para poder hacer funcionar los
elementos actuadores de la protección.
 Órgano accionado: consiste en una bobina de mando del disyuntor. Cuando
esta bobina es accionada produce la desconexión del disyuntor
correspondiente.
 Fuente auxiliar de tensión: se encarga de alimentar al relé de protección.
Esta fuente puede ser una batería de acumuladores, unos transformadores
de tensión e intensidad.
40
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
PRINCIPIO BÁSICO DE OPERACIÓN
Hay dos principios fundamentales en los que se basa la operación de los
relevadores:

Atracción electromagnética. Inducción electromagnética
El primero consiste en un vástago dentro de un solenoide o una pieza
magnética atraída por un electroimán
Figura 22. Solenoide y electroimán
El segundo opera según el principio del motor de inducción en los discos de un
watthorimetro, que se basa en el ultimo termino en la acción de dos fuerzas
magneticas desfasadas
CLASIFICACIÓN DE LOS RELEVADORES
Los relevadores se fabrican en cualquiera de los siguientes tipos básicos:
 Electromecánicos
 Estáticos
 De microprocesadores
Esta clasificación se refiere a su tipo constructivo y principio de operación. Los
de tipo electromecánico son los más antiguos y su uso es cada vez más
restringido en los sistemas eléctricos de potencia, aun cuando son aplicables
en las instalaciones eléctricas industriales con ciertas ventajas. El relevador
electromecánico en su concepto más elemental consiste de un elemento de
operación y un grupo de contactos. El elemento de operación en si determina
la forma constructiva, que puede ser, en el caso de los relevadores
electromecánicos de cualquiera de los tipos siguientes:
41
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
o
o
o
o
Atracción de núcleo
Armadura con bisagra
Disco inducción
Copa inducción
Los relevadores tipo atracción y de armadura con bisagra trabajan bajo el principio
de atracción magnética, en estos, la parte móvil llamada armadura, es atraída
hacia una bobina o hacia la cara del polo de un electroimán, cerrando así un juego
de contactos. Estos relevadores pueden operar con corriente directa o con
corriente alterna.
En los relevadores tipo armadura con bisagra y atracción de núcleo no se tiene
retardo de tiempo inherente y por lo mismo, se aplican en casas en donde la
operación instantánea se requiere.
El relevador del tipo disco inducción. Se usa cuando se requiere en la operación
del relevador un cierto retardo de tiempo. Este retraso en el tiempo se produce por
la adicción de un imán permanente. El disco gira entre este imán causando un
frenado en la inducción.
Las partes rotatorias del relevador de inducción tipo copa, son de inercia baja, por
lo que este relevador es capaz de una operación de alta velocidad y, por lo tanto,
se puede usar en funciones en donde se requiere una respuesta instantánea.
Figura 23. Relevadores electromecánicos
42
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Las funciones de los relevadores de sobrecorriente estáticos son semejantes a
las obtenidas con los de tipo electromecánico, a pesar de que los relevadores
estáticos carecen de partes móviles, la terminología relativa al ajuste y operación
es similar a la empleada en los relevadores electromecánicos. Los relevadores de
sobrecorriente utilizan los siguientes circuitos básicos:



Rectificador, cuya función es convertir una entrada de corriente alterna en
una señal de tensión, capaz de ser medida y comparada.
Detector de nivel: el cual compara una entrada analógica con un nivel
prefijado, el cual responde con una salida analógica cuando este nivel es
excedido
Temporizadores para demorar a manera constante o proporcionar la
entrada analógica de corriente
Relé de estado sólido
Se llama relé de estado sólido (SSR) a un circuito híbrido, normalmente
compuesto por un optoacoplador que aísla la entrada, un circuito de disparo, que
detecta el paso por cero de la corriente de línea y un triac o dispositivo similar que
actúa de interruptor de potencia. Su nombre se debe a la similitud que presenta
con un relé electromecánico; este dispositivo es usado generalmente para
aplicaciones donde se presenta un uso continuo de los contactos del relé que en
comparación con un relé convencional generaría un serio desgaste mecánico,
además de poder conmutar altos amperajes que en el caso del relé
electromecánico destruirían en poco tiempo los contactos. Estos relés permiten
una velocidad de conmutación muy superior a la de los relés electromecánicos.
Estructura del SSR:

Circuito de Entrada o de Control:
Control por tensión continua: el circuito de entrada suele ser un LED
(Fotodiodo), solo o con una resistencia en serie, también podemos
encontrarlo con un diodo en antiparalelo para evitar la inversión de la
polaridad por accidente. Los niveles de entrada son compatibles con TTL,
CMOS, y otros valores normalizados (12V, 24V, etc.).
Control por tensión Alterna: El circuito de entrada suele ser como el anterior
incorporando un puente rectificador integrado y una fuente de corriente
continua para polarizar el diodo LED.
43
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”

Acoplamiento.
El acoplamiento con el circuito se realiza por medio de un optoacoplador o
por medio de un transformador que se encuentra acoplado de forma
magnética con el circuito de disparo del Triac.

Circuito de Conmutación o de salida.
El circuito de salida contiene los dispositivos semiconductores de potencia
con su correspondiente circuito excitador. Este circuito será diferente según
queramos conmutar CC, CA.
Los relevadores de microprocesadores están constituidos básicamente de la
siguiente manera: unidades de entrada analógicas (corriente), unidades de
entrada digitales (contactos del interruptor, etc.), filtros, fuente de alimentación,
microprocesador para funciones de protección, microprocesador para funciones de
medición, memoria RAM para registro de eventos, memoria EEPROM para grabar
ajustes, unidades de salida, contactos de disparo y alarma, puertos de
comunicación, pantalla y teclado, led’s para señalización de banderas y piloto de
encendido y por último la unidad de autodiagnostico y monitoreo
Caracteristicas de los relevadores
Es conveniente tener un conocimiento de sus propiedades generales y
particulares con el fin de aprovecharlas en la solucion de los problemas que
implica la proteccion de un sistema electrico. Entre las caracteristicas principales
de los relevadores se encuentra el tiempo de operación, y aun mas la facilidad
para ajustarlo. Esta ha sido una de las propiedades que mas han contribuido al
desarrollo tan amplio de la proteccion con relevadores ya que se puede lograr una
coordinación perfecta en tiempo de apertura de los interruptores, de tal manera
que aislan las regiones afectadas por fallas o las que convengan para la mejor
operación
a) La sensibilidad de un relevador es la propiedad que tiene de reconocer las
fallas que puedan dañar la buena operarcion del sistema. Puede aparecer
un grupo de señales en el relevador y este solo debe responder a la que
conviene al sistema.
b) Seguridad. En su operación esta es una caracteristica puesto que no
puedepermitirse que el relevador falle en el momento preciso, para ello es
necesario que sean suficientemente robustos sus contactos y que sus
bobinas sean capaces de llevar las corrientes que por ellos puedan circular.
Algunos relevadores y equipos de proteccion operan raras veces, quizas
una vez al año, y sin embargo, deben estar prontos a operar en el momento
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
que sean necesarios, en cambio otros lo hacen tan frecuentemente que su
mantenimiento debe ser constante
Obediencia: es la probalidad de actuacion de la proteccion cuando debe
hacerlo
Fiabilidad: es la probalidad de que una proteccion actue unica y
exclusivamente cuando debe hacerlo. Queda representada por el producto
de la seguridad y de la obediencia. Si se disponen dos reles en paralelo se
aumentan la obediencia, pero disminiye la seguridad. Por el contrario si se
disponen de dos reles en serie, se aumenta la seguridad pero disminuye la
obediencia
Precisión: es la respuesta a valores de entrada
Rapidez: es el tiempo invertido desde la aparicion del defecto o falta hasta
la actuacion de los contactos del rele. Esta caracteristica es de importancia
en las protecciones que no se hallan temporizadas. El aumento de la
rapidez supone una disminucion de la fiabilidad
Flexibilidad: es la capacidad para adaptarse a cambios funcionales
Simplicidad: representa la reduccion de funciones e intersecciones en el
diseño de la proteccion
Mantenimiento: es la disminucion maxima posible de piezas sujetas a
desgaste, consiguiendo asi un mantenimiento minimo.
Se puede decir que los relevadores no son para evitar fallas en el sistema, sino
para hacer operar mecanismos que hagan disminuir los efectos de las fallas
cuando estas aparescan
3.1.- RELEVADORES DE SOBRECORRIENTE INSTANTANEO (50)
Este relevador opera en forma casi instantanea para un valor de corriente
excesivo, indicando una falla en el aparato o circuito protegido.
Su tiempo de operación es del orden de 0.05 segundos (3 ciclos), existe en el tipo
estatico, pero el que se usa mas comunmente es el llamado de atraccion
electromecanica.
Este tipo de relevador de sobrecorriente, no debe usarse en circuitos en donde se
encuentren conectados en serie relevadores del mismo tipo y con los cuales se
debe coordinar, amenos que entre ellos se encuentre una impedancia de un valor
suficientemente grande (vomo la debida a transformadores o alimentadores), que
permita limitar la corriente de falla. En los alimentadores principales, debido a las
dificultades que presenta coordinar con el mismo tipo de relevador en los ramales,
es poco usual su aplicación. Para obtener el ajuste de los relevadores
instantaneos, se usan los valores de cortocircuito momentaneo que se obtiene de
dicho estudio.
45
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
3.2.- RELEVADORES DE SOBRECORRIENTE CON RETRASO DE TIEMPO
Este es un relevador con una característica de tiempo definida e inversa, que
opera cuando la corriente en el circuito excede un valor determinado, por lo
general, a mayor corriente menor tiempo de la característica inversa. Se
encuentran en el diseño de estado sólido, o bien, electromecánico, el cual por su
simplicidad y confiabilidad sigue siendo el más usado.
Algunas características relevantes de los relevadores de sobrecorriente que se
deben considerar son las siguientes:
A) De tiempo definido
Los relevadores con este tipo de curva se aplican en donde no existe la necesidad
de coordinar con otros dispositivos y en donde la corriente de falla prácticamente
no varía entre una condición de máxima y mínima, o bien, entre una falla local y un
bus remoto.
B) De tiempo inverso
En las instalaciones eléctricas en donde por cambios en la potencia inyectada o
modificaciones en los elementos del circuito (conexión y desconexión de
elementos), se presentan variaciones importantes en la corriente de falla, es
recomendable la utilización de esta curva característica de los relevadores de
sobrecorriente.
C) De tiempo muy inverso
En instalaciones eléctricas en donde, para fallas pequeñas, existen variaciones de
corriente y el tiempo de interrupción es pequeño, o bien, se requiere coordinar con
las curvas de fusibles, esta característica resulta adecuada.
D) De tiempo extremadamente inverso
Esta característica es recomendable en las redes de distribución de las compañías
eléctricas, ya que es la que mejor se coordina con restauradores y fusibles de un
mismo circuito, que es una aplicación típica de las redes de distribución aéreas.
3.3.- RELEVADORES DIFERENCIALES
Este tipo de relevadores de protección, opera con la diferencia entre las corrientes
entrantes y salientes del elemento protegido y emplea el más positivo principio
selectivo. Su principio de operación es similar al de un relevador de sobrecorriente
electromecánico, tipo inducción. Su zona de operación está restringida por la
posición de los transformadores de corriente en ambos extremos del elemento
protegido y, por lo tanto, es una protección selectiva
46
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Con el principio diferencial, la corriente que circula hacia el interior de cualquier
parte de una sistema eléctrico a ser protegido, se normal o anormal, debe ser igual
a la corriente hacia el exterior, en la medida que no exista falla entre las partes.
Este tipo de relevadores de protección, usualmente se aplican en la protección de
equipo, tales como generadores, reguladores, transformadores, barras y motores,
es quizás el más frecuentemente usado en la protección de transformadores de
cierta capacidad, opera abriendo los interruptores en ambos extremos del
elemento protegido.
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“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Una diferencia en la corriente en cualquiera de los lados del equipo protegido, se
detecta por medio de los transformadores de corriente y no pasara a través de la
bobina de actuación del relevador 𝐼₁ − 𝐼₂, 𝑠𝑖 𝐼₁ = 𝐼₂
Los transformadores de corriente, sobre cada lado del equipo protegido, se
conectan al relevador diferencial. En la medida que la corriente que circula al
equipo a través de un transformador de corriente, es igual a la corriente saliendo
del equipo a través del otro transformador de corriente, el relevador diferencial NO
opera. Una falla o cortocircuito entre los dos transformadores de corriente, se
manifestara como un mayor flujo de corriente circulando en el área del equipo
protegido que circula hacia el exterior del área protegida y, por lo tanto, se produce
la operación del relevador.
48
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
3.4.- RELEVADORES DE FLUIDO Y PRESENCIA DE GASES
A estos relevadores se les conoce también como “buchholz” y se emplean en la
protección de transformadores de potencia que tienen tanque conservador. Esta
protección opera contra fallas internas con gran rapidez, en el caso de ser
severas, pero su característica más relevante es su sensibilidad para fallas
incipientes, es decir, fallas menores que tienen inicialmente un desprendimiento de
gases. Estos relevadores actúan como trampas de gases entre el tanque principal
y el tanque conservador, y como detector de flujo inverso del líquido dieléctrico.
49
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Dependiendo de la capacidad del transformador, existen distintos tamaños de
relevadores buchholz, recomendándose que se use el tamaño apropiado, ya que
de lo contrario se pierde sensibilidad
Al operar un disparo por el relevador buchholz, se envía la señal a los
interruptores del lado de alta tensión del transformador que deben operar.
50
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
TABLA 5. RELACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL TRANSFORMADOR AL DIÁMETRO DEL TUBO
DE CONEXIÓN CON EL TANQUE CONSERVADOR
CAPACIDAD
DEL
TRANSFORMADOR
DIÁMETRO
DEL
TUBO DE CONEXION
GAS ACUMULADO EN
VEL.
cm² PARA ALARMA
cm/seg DISPARO
RANGO
RANGO
AJUSTE
DEL
NORMAL
ACEITE
AJUSTE
NORMAL
Hasta 1 MVA
2.5 cm (1”)
100-200
100
75-125
90
De 1 a 10 MVA
5.0 cm (2”)
185-225
210
80-135
100
Arriba de 10 MVA
7.5 cm (3”)
220-280
250
95-155
110
En transformadores sin tanque conservador, como los usados en subestaciones
unitarias, no es aplicable el relevador buchholz, por lo que se usa entonces una
válvula de sobrepresión.
51
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
3.5.- RELEVADORES DE PRESIÓN
Se aplican para la protección de transformadores de potencia, para detectar y
desfogar sobrepresiones internas que puedan resultar de peligro y cuyo origen
sean fallas internas. Su actuación es a través de un diafragma que detecta la
presión interna y actua sobre un microinterruptor (mocro-switch). Su operación se
basa en que:
 Los cambios bruscos en la presión del aceite, hacen que este circule en el
interior del relevador.
 Para pequeños cambios en la presión del relevador no opera
 Como el caso del relevador buchoholz, puede detectar fallas entre espiras y
el tanque
52
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
3.6.- RELEVADORES DE TEMPERATURA
Estos dispositivos son, en realidad, termómetros acondicionados con
microinterruptores que se calibran a valores específicos de temperaturas, que se
usan, ya sea para mandar señales de alarma, de disparo para desconexión de
carga, o bien, para arrancar ventiladores en los transformadores que se usan
enfriamiento por aire forzado. Se emplean para detectar la temperatura en los
devanados o en el aceite de los transformadores.
El relevador consta por lo general de los siguientes elementos:
 Una caratula para indicación de temperatura.
 Una bobina de calefacción
 Un tubo ciego a prueba de aceite
El indicador es un instrumento tipo caratula, activado por un elemento bimetálico,
que es calentado por la bobina de calefacción, hasta la temperatura del punto mas
caliente en el devanado del transformador por proteger.
En transformadores grandes, se monta un transformador de corriente dentro del
tanque del transformador principal. El devanado primario lleva la corriente principal
de uno de los devanados del transformador y, el secundario del transformador de
corriente, entrega la corriente a la bobina calefactora: el valor de la corriente es
proporcional a la carga.
Figura 32. Relevador de temperatura
53
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
SUBTEMA 4.- EL ESTUDIO DE CORTOCIRCUITO EN
INSTALACIONES INDUSTRIALES
4.1.- CÁLCULO DEL CORTOCIRCUITO
Los sistemas eléctricos de potencia en plantas industriales, centros comerciales y
grandes edificios, se diseñan para alimentar las cargas en una forma segura y
confiable. Uno de los aspectos a los que se les pone mayor atención en el diseño
de los sistemas de potencia, es el control adecuado de los cortocircuitos o de las
fallas, como se les conoce comúnmente, ya que estas pueden producir
interrupciones de servicio con la consecuente pérdida de tiempo, la interrupción de
facilidades importantes o servicios vitales y, desde luego, el riesgo de daño a
personas, equipos e instalaciones. El cálculo de las corrientes de cortocircuito, es
esencial para la selección de la capacidad adecuada del equipo de protección y
los dispositivos de interrupción.
Los sistemas eléctricos de potencia, se diseñan para estar tan libres de fallas
como sea posible, mediante el uso de equipos especializados y diseños completos
y cuidadosos, así como técnicas modernas de construcción y mantenimiento
apropiado.
Aun con todas las precauciones y medidas antes mencionadas, las fallas ocurren,
algunas de las causas principales son las siguientes:








Sobretensiones de origen atmosférico.
Envejecimiento prematuro de los aislamientos.
Falsos contactos y conexiones.
Presencia de elementos corrosivos.
Humedad.
Presencia de roedores.
Errores humanos.
Y aun las llamadas causas desconocidas
Cuando ocurre un cortocircuito, se presentan situaciones inconvenientes que se
manifiestan con distintos fenómenos, como son:
1. En el punto de la falla se puede presentar un fenómeno de arco eléctrico o
fusión de los metales mismos.
2. Las corrientes de cortocircuito circulan de las fuentes (alimentación de la
red y maquinas rotatorias) hacia el punto de la falla.
3. Todos las componentes de la instalación por donde circulan las corrientes
de cortocircuito, se ven sujetos a esfuerzos térmicos y dinámicos: estos
varían con el cuadrado de la corriente (I²) y de la duración de la corriente
(seg).
54
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
4. Las caídas de voltaje en el sistema están en proporción a la magnitud de
las corrientes de cortocircuito. La caída de voltaje máxima se presenta en el
punto de ocurrencia de la falla (es prácticamente cero para el valor máximo
de falla).
Por todos los disturbios que produce la ocurrencia de un cortocircuito, las fallas se
deben remover tan rápido como sea posible, y esta es justamente la función de los
dispositivos de protección (interruptores, fusibles, etc.). He hecho para cumplir con
esta función, los dispositivos de protección, deben tener la capacidad de
interrumpir la máxima corriente de cortocircuito que pueda circular para una falla
en el punto de localización del dispositivo de interrupción.
El máximo valor de la corriente de cortocircuito está directamente relacionado al
tamaño y capacidad de la fuente de potencia, y es independiente de la corriente
de carga del circuito protegido por el dispositivo de protección. Entre mayor es la
capacidad de cortocircuito de la fuente de potencia, mayor es la corriente de
cortocircuito.
Fuentes de cortocircuito
Cuando se hace un estudio para determinar la magnitud de las corrientes del
cortocircuito, es muy importante que se considere todas las fuentes del corto
circuito y que las características de las impedancias de estas fuentes sean
conocidas. Las fuentes de cortocircuito son principalmente las siguientes:
a) los generadores
b) los motores síncronos
c) los motores de inducción
a) Generadores
Los generadores están accionados por las turbinas o primo-motores de modo que
cuando ocurra un corto circuito en el circuito alimentado por el generador, este
tiende a seguir produciendo voltaje, debido a que la excitación del campo se
mantiene y el primo-motor continúa accionando al generador a la velocidad
normal. El voltaje generado produce una corriente de corto circuito de gran
magnitud que circula del generador al punto de cortocircuito. El valor de esta
corriente se encuentra limitada por la impedancia del generador y la del circuito
entre el generador y el punto de la falla. Si se trata de un cortocircuito en las
55
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
terminales del generador, la corriente solo esta limitada por la propia impedancia
de este.
b) Motores síncronos
Los motores síncronos e constituyen de una forma parecida a los generadores, es
decir, tienen un devanado de campo excitado por corriente directa y un devanado
del estator por el cuan circula corriente alterna. El motor síncrono demanda
corriente alterna del sistema ya la transforma en energía mecánica.
Cuando se presenta cortocircuito en el sistema, el voltaje en este se reduce a un
valor muy bajo. En consecuencia, el motor suspende la entrega de energía a la
carga mecánica e inicia su frenado lentamente. Sin embargo justo como el primomotor acciona al generador, la inercia de la carga y el rotor del motor accionan al
motor síncrono, entonces, el motor síncrono se convierte en generador y entrega
la corriente de corto circuito por varios ciclos después de que el corto circuito allá
ocurrido. El valor de la corriente de cortocircuito producida por el motor depende
de la impedancia del mismo y la del sistema al punto del cortocircuito.
c) Motores de inducción
La inercia de la carga y el rotor de un motor de inducción, tienen el mismo efecto
de un motor síncrono que sobre un motor de inducción, es decir, acciona el motor
después de que ocurre el cortocircuito en el sistema. Sin embargo, existe una
diferencia importante: el motor de inducción no tiene devanado de excitación de
corriente continua, pero existe un flujo en el motor durante la operación normal,
que actúa como el producido por el devanado de campo en corriente continua en
el motor.
El campo del motor de inducción, es producido por la inducción del estator, en
forma análoga se proviene del devanado de corriente continua.
El flujo del rotor permanece normal en la medida que el voltaje es aplicado al
estator por la fuente externa. Sin embargo, si la fuente externa de voltaje fuera
súbitamente removida, como ocurre cuando se presenta un cortocircuito en el
sistema, el flujo en el rotor no puede decaer instantáneamente.
Debido a que el flujo en el rotor no puede decaer en forma instantánea y porque la
inercia de las partes rotatorias accionan al motor de inducción, se genera un
voltaje en el devanado del estator, esto produce que una corriente de cortocircuito
circule hacia la falla, hasta que el flujo del rotor decae a cero. La corriente de
cortocircuito desaparece casi por completo en alrededor de cuatro ciclos, debido a
que no hay una corriente de campo sostenida en el rotor para proporcionar un
flujo, como en el caso de la maquina síncrona.
56
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
El flujo no es suficiente como para mantener la corriente de cortocircuito por
mucho tiempo, de modo que afecta solo momentáneamente el comportamiento del
interruptor y la capacidad de la interrupción en dispositivos que interrumpen en
alrededor de dos ciclos, de aquí que la inclusión de los motores de inducción en
estudios de cortocircuito se debe hacer en ciertos casos.
La magnitud de la corriente de cortocircuito producida por un motor de inducción,
depende de la impedancia del propio motor, y de la impedancia del sistema en el
punto de ocurrencia de la falla. La impedancia de la maquina efectiva en el
momento del cortocircuito, corresponde muy aproximadamente igual al valor de la
corriente de arranque a rotor bloqueado del motor.
El valor total de la corriente de un cortocircuito en un punto de la red, es la suma
de las contribuciones de cada uno de los elementos con la intensidad y duración
de cada caso. En la figura siguiente se muestra como ocurriría esto:
FIGURA 33. CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO


Los elementos que alimentan la falla (activos) son: el generador y el motor
síncrono y los motores de inducción.
Los elementos que se oponen al paso de la corriente de falla (pasivos) son:
la impedancia de los propios elementos activos de los alimentadores,
barras y transformadores principalmente.
57
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
.
Figura 34.Fuente de alimentación de un cortocircuito o falla y diagrama unifilar
correspondiente
58
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
LAS REACTANCIAS DE LAS MAQUINAS ROTATORIAS
La impedancia de una maquina rotatoria, consiste en principio de una reactancia
que no es un valor simple, como es el caso de la impedancia de los
transformadores o de los cables, ya que para las maquinas, es un valor complejo y
variable con el tiempo.
Por ejemplo, si se aplica un cortocircuito trifásico a las terminales de un generador,
se observa, cuando se toma un oscilograma, que se inicia con un valor alto y
decae a un valor de estado estacionario, después de algún tiempo que se ha
iniciado el cortocircuito. Dado que el voltaje de excitación al devanado de campo,
permanece prácticamente constante dentro de un intervalo de tiempo
relativamente corto, como el considerado, se puede usar la reactancia de las
maquinas para explicar el comportamiento de la corriente de cortocircuito.
Las expresiones para analizar la variación de las reactancias en cualquier instante,
requieren de una formulación complicada que involucra al tiempo como una de las
variables. Por lo tanto, con el propósito de simplificar, se consideran tres valores
de reactancias para generadores y motores en el cálculo de cortocircuito en un
tiempo específico. Estos valores se conocen como: la reactancia subtransitoria
(X”d), la reactancia transitoria (X’d) y la reactancia síncrona (Xs).
Los valores de las reactancias se describen como sigue:
a) Reactancia subtransitoria (X”d).
Es la reactancia aparente del devanado del estator en el instante en que
ocurre el cortocircuito y determina el valor de la corriente que circula
durante los primeros pocos ciclos después de la falla.
b) Reactancia transitoria (X’d).
Esta reactancia determina la corriente que sigue al periodo cuando la
reactancia subtransitoria decae. La reactancia transitoria es efectiva
después de uno y medio ciclos, esto, dependiendo del diseño de la
maquina.
c) Reactancia síncrona (Xs).
Esta reactancia es la que determina la corriente que circula cuando se llega
a la condición de estado permanente. No es efectiva hasta después de
59
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
varios segundos de que ocurre el cortocircuito, por lo que no se usa
normalmente en los estudios de cortocircuito.
Los motores síncronos tienen las mismas reactancias que los generadores,
pero desde luego con diferente valor.
Los motores de inducción, por su parte, no tienen devanado de campo,
pero las barras del rotor actúan como el devanado de amortiguamiento de
un generador. Por lo tanto, se dice que los motores de inducción tienen
reactancia subtransitoria.
Corrientes de cortocircuito simétricas y asimétricas
Las palabras “simétrica” y “asimétrica” describen la forma de las ondas de
corriente alterna, alrededor de su eje cero. Si las equivalentes de los picos de las
ondas de corriente son simétricas alrededor del eje cero, se les denomina
“envolventes de corriente simétrica”; si las envolventes no son simétricas
alrededor del eje cero, se les denomina entonces “envolventes de corriente
asimétrica”.
En cualquier caso, la envolvente es una línea que se traza uniendo los picos de
las ondas.
La mayoría de las corrientes de cortocircuito son casi siempre asimétricas, durante
los primeros ciclos después de la ocurrencia del cortocircuito. La corriente
asimétrica está en su máxima durante el primer ciclo después que el cortocircuito
ocurre y en unos pocos ciclos más tarde se transforma en simétrica.
60
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
61
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
El cálculo del valor preciso de una corriente asimétrica en un tiempo dado después
de la incepción de una falla, es un cálculo que puede resultar complejo. En
consecuencia, se pueden desarrollar métodos simplificados que conduzcan a la
obtención de las corrientes requeridas para el equipo y los dispositivos de
protección. En el sentido más elemental, el valor de la corriente de cortocircuito
simétrica, se obtiene por el uso apropiado de la impedancia en la ecuación básica:
𝐼 = 𝐸/𝑍
Donde:
E= tensión en el sistema
Z o X= impedancia equivalente del sistema que incluye a la red y las fuentes de
cortocircuito.
Para el equipo, se establece que un dispositivo de protección debe tener la
capacidad de interrumpir la máxima corriente de cortocircuito que circula a la falla
a través del dispositivo de protección en el punto de su localización. Este mismo
concepto se aplica a la determinación de la capacidad de corriente de cortocircuito
de barras, buses, aislador y tableros.
4.1.1.- TIPOS DE FALLAS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE
POTENCIA INDUSTRIALES
Las fallas o cortocircuitos, pueden ocurrir en un sistema eléctrico de potencia
trifásico en distintas formas. El dispositivo de protección o equipo, debe tener la
capacidad de interrumpir o de soportar cualquier tipo de falla que se pueda
presentar. Para la determinación de las características de equipo de interrupción,
se considera la falla trifásica, cuando la probabilidad de ocurrencia de esta sea
baja y casi siempre sea causada por motivos accidentales. Las fallas que se
pueden presentar son las que se indican a continuación:
4.1.1.1.- FALLA FASE A TIERRA
Cuando decimos que se produce una falla a tierra, quiere decir que una de las
fases activas hizo contacto físico con el potencial de tierra que podría ser cualquier
objeto que está en contacto con el suelo, el suelo tiene un potencial de 0 voltios,
por lo tanto se produce la falla por la diferencia de potencial existente entre la fase
activa y el suelo.
62
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Esta es una falla asimétrica debido a que provoca que por el sistema de
distribución circulen corrientes desequilibradas, debido a que la fase fallada sufre
una caída de tensión y un aumento significativo de la corriente. Este tipo de falla
es la que tiene más probabilidad de ocurrencia en comparación con las siguientes.
En sistemas con el neutro sólidamente conectado a tierra, la falla solida de fase a
tierra es por lo general igual o ligeramente menor que la falla solida trifásica,
excepto cuando se conectan los neutros a tierra a través de un valor elevado de
impedancia, donde el valor de corriente es significativamente menor.
Unas de las reparaciones que se le pueden dar a este tipo de fallas es el
constante mantenimiento, checado, o hacer una buena instalación eléctrica, o
protección para que no ocurran este tipo de accidentes o fallas eléctricas en
nuestros circuitos o maquinas.
El cálculo de la falla de línea a tierra, es necesario en las instalaciones
comerciales e industriales que tienen el neutro sólidamente aterrizado en el lado
de bajo voltaje. Para el cálculo de la falla de línea a tierra, se requiere del uso de
técnicas por componentes simétricas, ya que la corriente de falla a tierra se puede
calcular como:
3V
𝐼𝑓 =
Z1 + Z2 + Z0 + 3ZN
Donde:
V= voltaje de línea a neutro
𝑍1 = impedancia de secuencia positiva
𝑍2 = impedancia de secuencia negativa
𝑍0 = impedancia de secuencia cero
𝑍𝑁 = impedancia de conexión a tierra del neutro
Este valor de 𝑍𝑁 en las instalaciones industriales, puede ser una resistencia (𝑅𝑁 ),
cuyo valor se selecciona de manera que limite la corriente de falla a tierra a un
valor entre 400 y 2000 amperes.
63
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
4.1.1.2.- FALLA BIFÁSICA A TIERRA
La falla simultanea del aislamiento entre dos conductores de fase y la tierra es
conocida como falla doble línea a tierra. Esta se presenta cuando dos conductores
energizados de un sistema trifásico tocan tierra simultáneamente. Esta falla
también se puede considerar como dos fallas de línea a tierra simultáneas.
Figura 37. Falla bifásica a tierra
4.1.1.3.- FALLA FASE A FASE
La falla del aislamiento entre dos de las tres fases es conocida como falla de línea
a línea y se produce cuando hacen contacto físico dos conductores energizados
de las tres fases de un sistema trifásico sin tocar la tierra del sistema, provocando
una caída de tensión y un aumento significativo de la corriente en las dos fases
falladas.
En la mayoría de los sistemas trifásicos, los niveles de falla solida de fase son de
aproximadamente el 87% de la corriente de falla trifásica solida, debido a esto, el
calculo de esta falla no siempre se requiere, ya que no representa el máximo
valor.
Figura 37. Falla fase a fase
64
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
4.1.1.4.- FALLA TRIFÁSICA
Una falla trifásica solida describe la condición en que los tres conductores, es
decir, las tres fases, se unen físicamente con un valor de cero impedancia entre
ellas, como si se soldaran o atornillaran físicamente
Las fallas trifásicas simétricas tienen una probabilidad de ocurrencia muy baja,
pero resulta por lo general el de mayor valor y, por esta razón, resulta el calculo
básico para las instalaciones industriales, y cuando suceden generalmente es por
descuido del personal de mantenimiento.
Los conductores de las tres fases se cortocircuitan con un juego de conductores
aislados que tienen contacto efectivo con la tierra del sistema para protección,
contra la energización inadvertida de la línea mientras se trabaja en red teniendo
contacto con los conductores de fase. Una vez terminados los trabajos, hay
ocasiones en las que el liniero se olvida de quitar las puestas a tierra y cuando se
conecta el interruptor, ocurre una falla trifásica simétrica. La mayoría de las fallas
que se consideran trifásicas, inician como fallas de simple línea a tierra o de línea
a línea, instantes después se involucran las fases no falladas.
Figura 38. Falla trifasica
Las estadísticas muestran que el mayor número de fallas que se presentan son
monofásicas y que donde más se presentan es en las líneas de transmisión
Tipo de falla
% Total
Monofásica
85
Bifásica
8
Bifásica
a 5
tierra
Trifásica
2 o menos
Tabla 6. Estadísticas de ocurrencia de fallas de acuerdo al tipo.
65
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Tabla 7. Estadísticas de ocurrencia de fallas de acuerdo al sitio.
Sitio de falla
Líneas de transmisión
Cables
Equipos de interrupción
Transformadores
Transformadores de corriente
y potencial
Equipos de control
Otros
%total
50
10
15
12
2
3
8
EL DETALLE DE LOS CÁLCULOS DE CORTOCIRCUITO
Los cálculos de cortocircuito, incluyen desde la representación del propio sistema,
ya sea en forma general o como una impedancia equivalente del punto de falla
hacia la fuente, iniciando por la obtención de los valores equivalentes de las
impedancias de los elementos del sistema. Después de esta representación, el
cálculo de los valores de cortocircuito resulta relativamente simple con un
procedimiento de paso a paso, este debe proporcionar las bases para la
realización de los cálculos de cortocircuito para la mayoría de los tipos de
instalaciones industriales y comerciales, para sistemas cuya tensión de
alimentación sea de 115 KV, con voltajes de distribución o utilización de 13.8 kv,
4.16 kv, 2.4 kv, 440 v o 220v.
En el caso de las instalaciones industriales, se requiere de una representación
extensiva, aun cuando el cálculo de cortocircuito sea necesario solo para una
parte del sistema, por ejemplo, cuando se instala un nuevo equipo y solo se
requiere conocer el valor de la corriente de cortocircuito en el alimentador del
equipo.
El procedimiento paso a paso
Los siguientes pasos identifican las consideraciones básicas para la realización de
cálculos de cortocircuito; desde luego que, con la práctica algunos de estos pasos
se pueden combinar o simplificar. Por ejemplo, en el uso de un diagrama unifilar o
de impedancias, los pasos básicos son los siguientes:
1. Preparar un diagrama unifilar del
componentes significativas del mismo.
sistema,
incluyendo
todas
las
66
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
2. Determinar los puntos de falla y el tipo de corriente de cortocircuito a
determinar, basada en el objeto del mismo, como por ejemplo: el tipo de
equipo a especificar.
3. Preparar el diagrama de impedancias correspondiente, reemplazando cada
elemento por su impedancia y cada fuente de cortocircuito (generador,
motor, grupo de motores, red de alimentación) por una fuente de voltaje en
serie con una reactancia e impedancia.
4. Para el punto de falla designado y las condiciones de falla, reducir la red, de
manera que se obtenga una impedancia equivalente entre el punto de falla
y la fuente. Cuando el cálculo se hace por medio de la computadora digital,
por lo general se usan métodos matriciales para la formación de la red, en
este caso, las equivalentes para todos los nodos se obtienen en forma
automática por medio de los elementos de la diagonal principal de la mtriz
de red.
Aplicación del cálculo de cortocircuito a instalaciones industriales y
comerciales
Los métodos de cálculo de cortocrcuito, se puede decir que son generales y
aplicables a cualquier sistema eléctrico, sin embargo en el caso de las
instalaciones comerciales e industriales, se deben hacer algunas
consideraciones particulares, debido a que se tienen cargas en mediana y baja
tensión y, por ejemplo, la resistencia que es despreciable en los sistemas
eléctricos de potencia en alta tensión, no lo es en estos sistemas.
Para algunas operaciones, se puede hacer uso de métodos simplificados para
el cálculo de las corrientes de cortocircuito, estos métodos simplificados se
basan en el cálculo de la corriente de cortocircuito simétrico, modelando cada
generador como una fuente de voltaje detrás de la reactancia apropiada (por lo
general, la subtransitoria). Cuando se usa la reactancia subtransitoria, se
obtiene el valor inicial de la corriente de cortocircuito, y cuando se usa la
transitoria, da el valor de esta corriente unos ciclos después. La llamada
componente de corriente directa se ignora.
A esta método también se le conoce como E/X, debido a que se desprecia el
valor de la resistencia, especialmente en las componentes de alta tensión
(líneas de transmisión, transformadores, cables de potencia), en donde el valor
de la reactancia predomina sobre el de la resistencia. En las instalaciones en
baja tensión, esta consideración no siempre es válida y, entonces, la
reactancia se remplaza por la impedancia, el efecto de no incorporar el valor de
R en el cálculo de la corriente de cortocircuito mediante un cociente E/X, se
67
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
puede dar a partir de factores cuyos valores dependen de la relación X/R del
sistema y de la velocidad de operación del interruptor.
Este método simplificado se puede usar siempre para dimensionar
interruptores y puede resultar un tanto conservador en su cálculo, ya que los
factores de corrección ajustan a los decrementos de las componentes de
corriente alterna y de corriente continua de la corriente de cortocircuito.
Para calcular el valor de la realacion X/R para una falla en un punto
determinado, existen dos métodos distintos
A) El primer método involucra la reducción de la red para encontrar el
equivalente de thevenin para reactancias y para resistencias. El
procedimiento apropiado consiste en construir el diagrama de reactancias
de la red (despreciando las resistencias que se supone tienen valores muy
bajos en comparación con las reactancias) entonces, se reduce la red hasta
encontrar una reactancia equivalente de thevenin que se conecta entre la
fuente y el punto de falla.
En seguida, se construye la red en forma similar al caso anterior, pero
ahora solo con resistencias (despreciando todas las reactancias), entonces,
se reduce esta red hasta encontrar el equivalente de thevenin para
resistencias, de la fuente al punto de falla.
La relación X/R para una falla en un punto dado, es la relación entre las
equivalentes de thevenin para las redes de reactancia y de resistencia.
B) El segundo método se basa en la formación de la llamada matriz Z bus, en
este caso, se orienta la solución hacia el uso de programas digitales, se
puede correr el programa dos veces, una vez para la reactancia, formando
X bus y atrapar la red de resistencia, obteniendo Zbus, de modo que como
la diagonal principal de las matrices representa cada nodo o us del
sistema, para cualquier nodo K, la relación (X/R) es:
(X/R) = Xbus K / RbusK
68
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
SUBTEMA 5.0 PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES
Los transformadores, por ser maquinas estáticas, tienen un numero de fallas
relativamente bajo, en comparación con otros elementos del sistema; sin embargo
cuando llega a fallar, puede que sea aparatoso y grave, llegándose inclusive a
presentar el caso de incendio.
Es frecuente también que la magnitud de las corrientes de falla interna, sea baja
en comparación con la corriente nominal o de plena carga, por lo que la protección
requiere de una alta sensibilidad y rapidez de operación.
Las condiciones anormales que se pueden presentar en un transformador, son:
a) Fallas incipientes
b) Fallas internas
c) Fallas eléctricas
a) Las llamadas fallas incipientes, en su etapa inicial, no son serias, pero en
ocasiones, cuando no se libran pronto, pueden dar lugar a fallas mayores.
Dentro de esta categoría de fallas se pueden presentar las siguientes:




Fallas de aislamiento en los tornillos de sujeción de las laminaciones de los
núcleos y del aislamiento que lo recubre.
Puntos calientes por conexiones de alta resistencia o defectos en las
bobinas, que producen puntos de calentamiento localizado o eventualmente
producción de arco eléctrico
Arcos eléctricos entre los devanados y el núcleo o al tanque, debido a
sobretensiones por descargas atmosféricas
Fallas en el sistema de enfriamiento, como puede ser nivel bajo de aceite, o
bien, obstrucción del flujo de aceite
b) Las llamadas fallas internas caen dentro de las fallas incipientes, ya que por
ejemplo, son puntos calientes o eventualmente cortocircuito entre espiras o
entre bobinas.
c) Las fallas eléctricas, son más graves y notorias en tanto más grande es el
transformador (de mayor capacidad), dentro de estas se encuentran las
fallas de aislamiento por sobretensiones de origen atmosférico, o bien, por
maniobra de interruptores para los conectados a redes en alta tensión. Las
corrientes de cortocircuito pueden producir movimiento en las bobinas o
entre las bobinas y el núcleo.
69
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”



Fallas en los contactos de los cambiadores de derivaciones que producen
puntos calientes, o bien, cortocircuito entre derivaciones
Fallas en el aislamiento, debido al envejecimiento natural o prematuro de
los transformadores.
Presencia de humedad en el aceite de los transformadores enfriados por
aceite
5.1.- PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES EN
INSTALACIONES INDUSTRIALES DE MAS DE 600 V.
En general, este tipo de transformadores requiere, por norma, al menos la llamada
protección contra sobrecorriente. En este caso, cuando se aplica la palabra
transformador, se quiere decir un transformador o un banco de dos o tres
transformadores monofásicos, operando como una unidad trifásica.
Protección primaria. Cuando se usan fusibles, su capacidad se debe designar a
no más del 150% de la corriente nominal o de plena carga en el primario del
transformador. Las normas técnicas para instalaciones, permiten el uso del
siguiente tamaño o valor normalizado, si el valor calculado con el 150% no
corresponde con el valor estándar del fusible.
Si se usa interruptor, su valor no debe ser mayor del 300% de la corriente nominal
primaria. Cuando el valor calculado con el 300% no corresponde con una cantidad
normalizada, entonces se usa el valor normalizado inferior. Existen algunas
excepciones a esta regla, que deben ser consultadas para su aplicación.
Protección primaria y secundaria. Para comprender los artículos de las normas
técnicas para instalaciones eléctricas, relacionadas con la protección de
transformadores, son necesarias algunas explicaciones sobre terminología y
frases.
Dispositivo de sobrecorriente del alimentador primario. Es el dispositivo que
está localizado en la fuente de alimentación del transformador, por ejemplo: los
fusibles o los interruptores conectados al bus
Dispositivos de sobrecorriente individuales. En las conexiones primarias son
por lo general, aquellos dispositivos localizados cerca del mismo transformador
Ejemplo 5.1: seleccionar los fusibles para el primario de un transformador trifásico
que tiene una potencia nominal de 1.500 KVA, 13.8KV/4.16 KV, 60 Hz. Con una
impedancia del 5.5%
70
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
La corriente primaria:
𝐼𝑝 =
1500 x 1000
= 63 A
13800 x 1.73
El tamaño del fusible no debe ser mayor del 150% es decir
1.5 𝑥 63 = 95 A
Se usa un valor normalizado de 100 A
Las reglas establecidas por las normas técnicas para instalaciones eléctricas, para
la protección del primario y secundario de los transformadores se indican en la
tabla 8:
Tabla8. Protección de sobrecorriente en el primario y secundarios de transformadores de mas de 600V
Impedancia
nominal
del
transformador
Máximo dispositivo de sobrecorriente
primario
secundario
Mas de 600v
Mas de 600 v
300%
300%
150%
600v o
menos
Ajuste
del
interruptor o
capacidad
del fusible
250%
200%
250%
125%
250%
Ajuste del Capacidad
interruptor del fusible
No Mayor del 300%
6%
Mayor del 6% y 400%
no mayor del
6%
Ajuste del Capacidad
interruptor del fusible
71
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Ejemplo 5.2: se tiene un transformador trifásico de 1.500 KVA, 13.8 KV/4.16KV,
60 Hz, impedancia del 5.5% que se supone tiene protección por medio de fusibles
en los lados primario y secundario, de los que se desea calcular sus
características.
Solución:
A) La corriente en el primario es:
𝐼=
1500 x 1000
= 63 A
13800 x 1.73
De acuerdo con la tabla 5.1, la capacidad del fusible no debe exceder el 300%
para un transformador cuya impedancia no exceda al 300%, por lo tanto
3.0 𝑥 63 = 189 A
aquí se recomienda usar un fusible de cuando mucho 200ª
B) La corriente de plena carga en el secundario es
𝐼=
KVA x 1000
1500 x 1000
=
= 208 A
Vs x 1.73
4160 x 1.73
De acuerdo con la tabla, el fusible secundario no debe exceder del 150% de la
corriente de plena carga, en este caso:
1.5 𝑥 208 = 321 A
Se puede seleccionar como un valor comercial el de 300 A
72
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
5.2.- PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES EN
INSTALACIONES INDUSTRIALES DE MAS DE 600 V O MENORES
Los dispositivos de sobrecorriente en el devanado primario, deben ser calculados
o ajustados a no más de 125 % de la corriente nominal de plena carga en el
devanado primario. Esta regla básica se especifica en las normas técnicas para
instalaciones eléctricas, por una excepción que es la siguiente:
1. Si la corriente primaria es de 9 A o mayor, el dispositivo de sobrecorriente
no se puede designar o ajustar a más del 125 %, al valor de la corriente
nominal primaria, en el caso de que no corresponda al valor normalizado,
entonces se usa el valor que sigue de los normalizados.
2. Si la corriente primaria es menor a 9A, el transformador se puede proteger
por dispositivos de sobrecorriente designados o ajustados a no más de
167% de la corriente nominal primaria
3. Si la corriente primaria es menor de 2A el dispositivo de sobrecorriente se
puede seleccionar o ajustar a no más de 300% de la corriente primaria
Ejemplo 5.3.- se tiene un transformador trifásico de 50 KVA, 480-120 208 V, 4
hilos, 60 Hz con una impedancia menor del 5%. Calcular el dispositivo de
protección en el primario.
La corriente en el primario
𝐼=
50 x 1000
= 60 A
480 x 1.73
El dispositivo de protección en el primario, no debe ser mayor de 125% de la
corriente primaria a plena carga, es decir: 1.25 𝑥 60 = 75 A
El valor del fusible se debe seleccionar dentro de los normalizados, es decir,
puede ser de 70ª o bien de 80ª, se debe tomar preferentemente el más bajo.
73
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
PROTECCIÓN PRIMARIA Y SECUNDARIA
Los transformadores que tienen un dispositivo de sobrecorriente en el lado
secundario seleccionado o ajustado a no más del 125% del valor a plena carga de
la corriente secundaria, se requiere que tengan dispositivos de sobrecorriente
individuales en el lado primario.
Si el dispositivo de sobrecorriente se calcula o ajusta a un valor de corriente no
mayor del 250% del valor de la corriente primaria de plena carga
5.4.- PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA
Las protecciones típicas que se aplican en transformadores de potencia son:
1.- la protección diferencial
2.- la protección para detección de gases (buchholz)
3.- protección contra sobrecarga
5.4.1.- PROTECCIÓN DIFERENCIAL
Esta protección es capaz no solo de eliminar todos los tipos de cortocircuitos
internos, sino también entre espiras y fallas debidas a arcos eléctricos en las
boquillas de los transformadores.
En el esquema diferencial, se comparan las corrientes de entrada con las de
salida del elemento protegido, siendo que el relevador denominado diferencial,
opera cuando atravez del mismo, circula una corriente cuya diferencia entre la
entrada y la salida rebasa cierto valor ajustado y denominado corriente diferencial.
En el caso de los transformadores, aparecen otras corrientes diferenciales que no
son de falla y que se deben principalmente a:
a) La corriente de magnetización inicial
b) A los errores propios de los transformadores de corriente localizados en
ambos extremos del transformador
c) Al no ajuste perfecto de las relaciones de transformación de los
transformadores de corriente
74
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
d) A la posible conexión del transformador de potencia en TAPS distintos
Debido a los factores anteriores, se deben usar relevadores diferenciales
compensados con diferencias porcentuales, de tal forma que puedan compensar
tales diferencias.
Algunas consideraciones adicionales que se tienen que hacer en la aplicación de
la protección diferencial a los transformadores de potencia son las siguientes:
 Debido a que tienen normalmente distinto voltaje en sus devanados
primario y secundario, las corrientes de entrada y salida son distintas, y en
consecuencia, se requieren transformadores de corriente con distinta
relación de transformación.
 Debido a que las conexiones de cada uno de los devanados pueden ser
distintas, por ejemplo delta/estrella, entonces las corrientes medidas en
cada uno de los devanados tienen un desfasamiento de 30°.
Para las corrientes medidas en cada lado:
Is delta ≠ Is estrella; Is delta = Is estrella < -30°
Conexión de los TC’s en ambos extremos del transformador de potencia, obedece
a una regla empírica, en la cual “los TC’s conectados del lado de la delta del
transformador de potencia, se deben conectar en estrella y los TC’s
conectados del lado de la estrella en el transformador de potencia, se deben
conectar en delta”
75
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Figura 39. Conexión de transformadores de corriente
 La selección apropiada de las relaciones de transformación de los TC’s,
debe corresponder a la máxima condición de carga del transformador de
potencia, esto significa la capacidad en su último paso de enfriamiento, por
ejemplo, para un transformador con enfriamiento OA/FA, se calculan para la
corriente en el paso FA, si es OA/FOA se calcula para el paso FOA, etc.
La conexión de los TC’s a los relevadores, debe respetar dos requisitos básicos,
cubriendo las siguientes prioridades:
1.- el relevador diferencial no debe operar para carga o para falla externa.
2.- el relevador diferencial debe operar para falla interna suficientemente severa.
5.4.2.- PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGA
La protección contra sobrecarga de un transformador, se hace por lo general por
medio de la protección por sobrecorriente.
La protección contra sobrecorriente se hace para fallas de fase y/o a tierra, esta
operación constituye una protección primaria para unidades pequeñas o para
cualquier unidad que no tenga protección diferencial, opera también como
protección de respaldo en grandes unidades protegidas con relevadores
diferenciales. En unidades de alrededor de 10 MVA y menores, se puede usar una
protección primaria a base de fusibles.
76
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Es deseable que los dispositivos de protección se ajusten tan sensibles como sea
posible, pero los fusibles y los relevadores de fase no deben operar en cualquier
condición no tolerable, tal como las corrientes de magnetización, los valores
máximos de sobrecarga o cualquier condición de operación de emergencia.
Por otro lado, los relevadores y/o los fusibles, deben proteger a los
transformadores contra daños por fallas propias. Las corrientes de alto valor que
pasan en el transformador, pueden causar daños térmicos y mecánicos, los
valores de temperatura elevados pueden acelerar el deterioro del aislamiento. Las
fuerzas físicas debidas a las altas corrientes, pueden producir compresión en el
aislamiento, falla de aislamiento y problemas de fricción.
El valor máximo de corriente de falla que puede soportar un transformador, se
calcula como 1 Zpu veces la corriente nominal, siendo Zpu el valor de su
impedancia expresado en por unidad. Por ejemplo para un transformador con
Z=4%, la máxima corriente de falla que puede circular a través del mismo es
1/0.04 = 25 veces la corriente nominal. Estos valores, en general se dan en la
tabla
Tabla 9. De sobrecorriente en transformadores según normas ANSI/IEEE
Múltiplos de la corriente Impedancia
del Tiempo
máximo
de
nominal
transformador (% a su tolerancia (segundos)
capacidad)
25
4
2
20
3
2
16
6
2
14 o menos
8 o mayor
2
La curva de daño a transformadores, da una informacion mas completa de las
corrientes y el tiempo de tolerancia, estas se muestra a continuacion:
77
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Figura 40
78
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
FIGURA 41.
79
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Las normas tienen 6 curvas: una para las categorías I y IV y dos para cada
categoría II y III. La curva básica mostrada por la línea solida de la figura 5.6 para
todas las categorías, es la misma que se aplica a todos los transformadores con
4% de impedancia; estas muestran que los transformadores pueden soportar
corrientes a través de los mismos, hasta de 25 veces su corriente nominal durante
2 segundos. Modificando las curvas, se muestran las líneas punteadas que se
aplican a transformadores con impedancias diferentes del 4%, dependiendo de la
frecuencia de fallas en la vida de un transformador. Esta frecuencia de fallas que
puede ocurrir durante la vida de un transformador, es una estimación estadística
basada en las experiencias de operación y al criterio.
La aplicación para la protección de transformadores, debe apegarse a un
procedimiento, para un transformador dado es el siguiente:
1.- determinar la categoría
Tabla 10. Categorías de transformadores de acuerdo a las normas ANSI
KVA nominales de placa
CATEGORIAS
I
II
III
IV
monofásicos
5-500
501-1667
1668-10000
Arriba de 10000
trifásicos
15-500
501-5000
5001-30000
Arriba de 30000
2.- si la categoría es II o III, determinar si la operación esta sujeta a fallas
frecuentes en los puntos indicados en la figura
80
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
3.- seleccionar la curva apropiada
4.- redibujar esta curva, expresando la corriente primaria y secundaria
preferentemente en amperes. Aun cuando es preferible el uso de corrientes en el
secundario, para la coordinación de otros dispositivos de protección
5.- seleccionar los fusibles apropiados y/o los relevadores con sus tapas y tiempos
de ajuste y coordinar con los otros dispositivos de protección
5.4.3.- PROTECCIÓN PARA DETECCIÓN DE GASES
Como se menciono antes la protección contra la detección de gases, se hace a
base del llamado relevador buchholz, que se instala entre el tanque del
transformador y el tanque conservador. El mecanismo de operación se basa en
que:





Los gases son producidos por ruptura lenta del aislamiento o flujo de
corriente incipiente
Los gases suben a través del aceite hasta el tanque conservador ( cámara
de acumulación de gases)
Este proceso permite detectar fallas incipientes.
El gas acumulado hace que se muevan los flotadores y suene la alarma
Mediante un análisis del gas, se puede determinar que tipo de aislamiento
se deterioro
81
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
SUBTEMA 6.- PROTECCIÓN DE MOTORES
Introducción:
La protección de los motores eléctricos varía en forma considerable y se puede
decir que es menos estandarizada que la protección de otros aparatos o
componentes de un sistema eléctrico. Esto es como resultado de la gran variedad
de tamaños, tipos y aplicaciones de los motores eléctricos. La protección se basa
principalmente en la importancia del motor, la cual se encuentra también
estrechamente ligada al tamaño del mismo.
Los riesgos durante la operación de los motores eléctricos
Durante la operación de los equipos y aparatos eléctricos, se pueden presentar
algunos riesgos de operación que están presentes en forma potencial, los
normalmente considerados son:
1. Fallas por cortocircuito entre fase y/o a tierra
2. Daño térmico por:
a) Sobrecarga (continua o intermitente)
b) Rotor bloqueado (falla en el arranque o frenado)
3. Condiciones anormales de operación como:
a) Operación desbalanceada
b) Bajo voltaje y alto voltaje
c) Inversión de fases
d) Reenergizacion cuando se desconecta y aun opera.
e) Condiciones
ambientales
desfavorables
(temperatura,
amortiguamiento).
f) Secuencia de arranque incompleta.
goteo,
En ocasiones, estas fallas se reclasifican como:
A) Propias del motor.
1. Fallas de aislamiento
2. Fallas en chumaceras
3. Fallas mecánicas
B) Debidas a la carga
1. Sobrecarga (o baja carga)
2. Frenado
3. Alta inercia
C) Debidas al ambiente
1. Problemas de ventilación.
2. Ambientes contaminados, húmedos o con altas temperaturas.
82
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
D) Debidas a la operación
1. Sincronización, cierre o recierre fuera de fase.
2. Ciclo de trabajo severo.
3. Arranque y frenado.
E) Debidas a la fuente de alimentación
1. Cortocircuito, fases abiertas.
2. Sobrevoltaje o bajo voltaje.
3. Inversión de fases
CARACTERÍSTICAS
PROTECCIÓN
DE
LOS
MOTORES
A
CONSIDERAR
EN
LA
Cuando se estudia la protección de motores eléctricos, especialmente los de
potencias grandes, es necesario considerar con cierto detalle algunas de sus
características de operación, como son:
 Las curvas de corriente de arranque
 Las curvas de capacidad térmica, que deben incluir el limite térmico o rotor
bloqueado
 La constante k de relaciones entre resistencias del rotor (𝑅𝑟2 /𝑅𝑟1)
Todas las características anteriores, se obtienen normalmente de los fabricantes
de motores eléctricos y son básicas para la selección y aplicación de las
protecciones. La forma típica de estas curvas se muestra en la figura siguiente
FIGURA 42. CARACTERÍSTICA DE LOS MOTORES
83
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
De la figura anterior, la curva de máxima corriente de arranque esta expresada al
voltaje nominal de la maquina. Las corrientes expresadas para voltajes menores
se indican a la izquierda, con la “rodilla” de la curva a un tiempo mayor.
Los límites térmicos son tres curvas distintas, las cuales en muchos casos se
dibujan juntas a una curva general. Estos límites térmicos son zonas
relativamentes indeterminados, que se desea tener representadas por una curva
específica.
1. La porción de corriente más alta, indica el número permisible de veces la
corriente de rotor bloqueado. Este es el tiempo en que el rotor puede
permanecer en reposo después que el motor ha sido energizado, antes de
que ocurra el daño térmico en las barras del rotor y los anillos conectores
extremos, o bien, en el estator. En los motores muy grandes, este limite
térmico del rotor puede ser menor que el tiempo de arranque, de manera
que estos motores deben arrancar instantáneamente para prevenir daño
térmico.
2. La curva de límite térmico de aceleración de la corriente de rotor bloqueado
a la corriente de par de arranque del motor, es alrededor de 75% de la
velocidad.
3. La curva de límite térmico de operación que representa la capacidad de
sobrecarga del motor durante la operación en emergencia.
EL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR DE INDUCCIÓN. Para la protección
de motores eléctricos, en especial de los de gran potencia, resulta de ayuda el
llamado circuito equivalente de un motor de inducción. El diagrama equivalente de
un motor se puede reducir como el que se muestra en la siguiente figura. Los
valores típicos que se indican están en por unidad, referidos a los KVA o los KV
del motor en cuestión.
FIGURA 43. CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR DE INDUCCION
84
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
De la figura anterior:
Rs = resistencia del estator.
JXs = reactancia (de dispersión) del estator a la frecuencia del sistema.
Rr = resistencia del rotor.
JXr = reactancia (de dispersión) del rotor, a la frecuencia del sistema.
jZm = impedancia de excitación en derivación.
S = deslizamiento del motor.
𝑆=
RPM de vacio − RPM con carga
RPM de vacio
El circuito equivalente en donde se muestran los valores típicos, se muestra a
continuación:
FIGURA 44. VALORES TÍPICOS DEL CIRCUITO EQUIVALENTE
Los valores típicos en por unidad referidos a la base del motor en KVA o en KV
que se pueden representar en el circuito anterior son:
Rs = Rr = 0.01 p.u.
JXm = J3.0 p.u.
JX = JX”d = 0.15 p.u.
De aquí, el valor típico de orden de magnitud de corriente de arranque o a rotor
bloqueado es:
1
1
𝐼𝑟𝑏 = JX"d = 0.15 = 6.67 p. u.
Este es el valor simetrico, la corriente asimétrica
es mayor como se muestra en la figura anterior
85
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
FIGURA 45. RELACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL FUSIBLE A LA CORRIENTE DE ARRANQUE
86
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
6.1.- PROTECCIÓN GENERAL DE MOTORES ELÉCTRICOS
La protección para motores existe en distintas formas ya que hay una gran
variedad de diseños, y se puede hacer en forma individual o en distintas
combinaciones. Cada una tiene sus propias particularidades, por lo que resulta
difícil hacerla en forma general.
Los fundamentos básicos de la protección de motores eléctricos, establecen que
se deben permitir operar por encima, pero sin exceder demasiado sus límites
térmicos y mecánico, para sobrecargas y condiciones de operación anormales,
proporcionando la máxima sensibilidad para fallas.
En el caso de motores arriba de 600V, se establece que cada motor se debe
proteger contra sobrecargas peligrosas y fallas en el arranque, por medio de un
dispositivo térmico que sea sensible a la corriente. Si la sobrecorriente es por falla,
se deben usar fusibles o interruptores con la capacidad adecuada.
Para motores de 600V, cada motor se debe proteger contra sobrecargas
peligrosas y fallas en el arranque, por medio de un dispositivo protector contra
sobrecarga y sobrecorriente.
Para motores de 600V o mayores se pueden adoptar las siguientes protecciones



Protección contra falla de fase
Sobrecorriente instantánea de fase
Sobrecorriente de fase con retardo de tiempo
6.1.1 PROTECCIÓN CONTRA FALLA DE FASE.
Para este tipo de falla se puede usar relevadores de sobrecorriente del tipo
instantáneo no direccionales. Por lo general, estas fallas proporcionan una
corriente mayor que la de arranque o de rotor bloqueado
El motor representa un elemento terminal del sistema eléctrico, de manera que se
puede usar un relevador de tipo instantáneo lo cual no representa un problema de
coordinación. La contribución del motor al cortocircuito, es relativamente pequeño
(1/X”d) y decae rápidamente en unos cuantos ciclos, de manera que se pueden
aplicar relevadores no direccionales.
Los TC’s que alimentan a estos relevadores se deben seleccionar, de manera que
la máxima corriente del motor proporcione entre 4ª y 5ª en el secundario.
87
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Los relevadores instantáneos de fase, se deben ajustar arriba de la corriente
simetrica de rotor bloqueado y debajo de la misma corriente de falla. Esto se
puede igualar donde la corriente de rotor bloqueado (Irb) simetrica es:
Irb =
1
X1𝑠 + 𝑋"𝑑
Donde:
X1s = la reactancia total o equivalente del sistema de potencia, o bien, de la
fuente al motor.
Cuando la fuente de alimentación al motor es muy grande o casi infinito, entonces
la corriente de falla trifásica en el motor se puede calcular como:
𝐼3ɸ =
1
𝑋1𝑆
Para una falla de fase, suponiendo que las reactancias de secuencia positiva y
negativa son iguales (𝑋1𝑠 = 𝑋2𝑠 )
𝐼∅∅ = 0.866
𝐼3∅ =
0.866
𝑋1𝑠
Si 𝑃𝑅 es la relación del ajuste (disparo) del relevador a la corriente de rotor
bloqueado
𝑃𝑅 =
𝐼𝑝.𝑢.
𝐼𝑟𝑏
𝐼𝑝.𝑢. = corriente de disparo del relevador
𝐼𝑟𝑏 = corriente de rotor bloqueado
Los valores típicos de 𝑃𝑅 deben estar en el rango de 1.6 a 2.0 o algunas veces
mayores.
Si 𝑃𝑓 es la relación de la corriente mínima de falla a la corriente de ajuste (disparo)
del relevador
𝑃𝑓 =
𝐼∅∅ 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎
𝐼𝑝.𝑢.
En forma deseable 𝑃𝑓 debe estar entre 2 y 3, o a veces mayor
88
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
De las ecuaciones anteriores:
𝐼∅∅ = 𝑃𝑓
𝐼𝑝𝑢 = 𝑃𝑓 𝑃𝑅 𝐼𝑟𝑏
También:
𝐼∅∅
= 𝑃𝑓 𝑃𝑅
𝐼𝑟𝑏
O bien:
𝐼3∅
= 1.155𝑃𝑓 𝑃𝑅
𝐼𝑟𝑏
Que se puede decir que la falla trifásica en el motor, debe ser 1.155𝑃𝑓 𝑃𝑅 o mayor
para una buena protección de sobrecorriente instantánea.
Si los valores mínimos recomendados de 𝑃𝑅 = 1.6 y 𝑃𝑓 = 2.0 se usan, la falla
trifásica debería ser 3.7 veces la corriente de rotor bloqueado, si 𝑃𝑅 = 2, 𝑃𝑓 = 3 la
falla trifásica seria al menos 6.9 veces la corriente de rotor bloqueado.
6.1.2.- SOBRECORRIENTE INSTANTÁNEA DE FASE.
El propósito de esta protección, es detectar condiciones de falla de fase con
retraso (retardo) no intencional
De la interrupción rápida de esta falla, se tienen los siguientes resultados
a) Limita los daños en el punto de la falla.
b) Limita la duración de las variaciones de voltaje que acompaña a la falla
c) Limita la posibilidad de que la falla extienda la presencia de fuego o daño
por explosión.
Esta protección se logra con la aplicación de relevadores de sobrecorriente
instantáneos de fase, alimentados por transformadores de corriente.
Cuando se usa relevador de fase a neutro, entonces se usan solo dos TC’s de
fase. El tercer relevador de fase se puede usar.
Estos relevadores se usan con el siguiente equipo:
1. Interruptores de medio voltaje, del tipo usado en arrancadores de motores
2. Contactores tipo arrancador de medio voltaje que no usen fusibles de
potencia
89
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
De las ecuaciones:
𝐼∅∅ =
0.866
𝑋1𝑠
= 0.866130 :
𝐼3∅
𝐼𝑟𝑏
= 1.155𝑃𝑓 𝑃𝑅
Igualando estas dos ecuaciones:
𝑃𝑓 𝑃𝑅
0.866
=
𝑋1𝑠
𝑋1𝑠 + 𝑋"𝑑
𝑋1𝑠 =
0.866𝑋"𝑑
𝑃𝑓 𝑃𝑅 − 0.866
De manera que con: 𝑃𝑅 − 1.6 y 𝑃𝑓 = 2
𝑋1𝑠 =
0.866𝑋"𝑑
= 0.371 𝑋"𝑑
2𝑥1.6 − 0.866
Con el valor típico:
X”d =0.15
𝑋1𝑠 = 0.056𝑝𝑢
También con 𝑃𝑅 = 2, 𝑃𝑓 = 3 y X”d = 0.15
𝑋1𝑠 = 0.025 𝑝. 𝑢.
Esto define el valor de la reactancia de la fuente que se debe indicar para la
protección instantánea de sobrecorriente.
En algunas aplicaciones, la fuente 𝑋1𝑠 para todos los propósitos prácticos, es la
reactancia del transformador de alimentación que se conecta en su devanado
primario a la compañía suministradora, la cual es una fuente infinita.
a) Los relevadores de tipo instantáneo se pueden ajustar para abrir en forma
instantánea, si los valores de corriente exceden las corrientes normales de
arranque (de rotor bloqueado).
b) La protección de sobrecorriente para el motor en operación, ya sea de tipo
térmico o de disco tipo inducción, se alimenta por lo general de un
transformador de corriente que se puede saturar con las corrientes de fala,
por lo que se controla el posible daño al relevador usado para esta
protección.
90
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
Dispositivos de sobrecorriente de acción instantánea y directa. Estos
dispositivos se proporcionan con los arrancadores – interruptores para motores
de bajo voltaje
Fusibles. Estos son usados para proporcionar una protección rápida de
cortocircuito en motores de medio y bajo voltaje que usan arrancador.
6.1.3.- SOBRECORRIENTE DE FASE CON RETARDO DE TIEMPO.
El propósito de esta protección es detectar:
a) Fallas para acelerar a velocidad nominal en el intervalo de arranque normal.
b) Condiciones de reposo del motor.
c) Condiciones de falla de baja magnitud.
91
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
92
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
93
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
ANALISIS CRITICOS DE LOS DIFERENTE ENFOQUES
El buen funcionamiento de una instalación eléctrica depende del cumplimiento de
las normas y reglamentos que incluyen los conductores e aisladores los cuales
integran las canalizaciones eléctricas para tener una óptima protección y no
permitir un mal funcionamiento.
La parte importante en el diseño de un sistema eléctrico es el análisis de las
protecciones, ya que nos muestra de manera analítica los posibles problemas
dañinos para un sistema eléctrico ocasionados por el corto circuito entre otros
más. Nos indicara el comportamiento de las protecciones y ayudara a
seleccionarlas correctamente.
94
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
CAPITULO III
95
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
CONCLUSIONES
En la actualidad muchas platas industriales tienen como sistema principal de
protección, elementos digitales controlados por sistemas centralizados o
distribuidos pero, mantienen un respaldo con elementos electrónicos o de estado
sólido.
En base a lo descrito anteriormente la selección de las protecciones en un sistema
eléctrico industrial, ya sea grande o pequeño, va ligada a la confiabilidad,
maniobrabilidad, mantenimiento y economía que se requiera y se disponga de
acuerdo a la importancia del proceso que se desarrolle. Ya que dicho proceso nos
indicara la flexibilidad requerida.
Para cada uno de los sistemas podemos definir cuáles son los elementos
adecuados para proteger el equipo de la forma más segura, confiable y económica
posible, de acuerdo a las características del sistema eléctrico. Las protecciones
elegidas también se basan en las condiciones de operación del sistema eléctrico
utilizado ya que para un sistema simple como el radial no se necesita un sistema
complejo de protecciones, y conforme se requiera un sistema más complejo, se
necesitaran mayores protecciones a fin de protegerlo de forma adecuada.
La parte esencial, después de haber seleccionado el sistema de distribución, los
elementos que lo componen y de seleccionar el esquema de protección mas
adecuado, es el análisis de las protecciones.
Este análisis es la parte modular de cualquier sistema ya que nos mostrara e
indicara el comportamiento de las protecciones y ayudara a seleccionarlas
correctamente, para tener una selectividad apropiada y no tener aperturas
indeseables y costosas.
En recomendación al diseñador, cada planta o sistema es diferente tanto su
comportamiento como su importancia por tal motivo hay que considerar cada
elemento y analizarlo de acuerdo a instructivos y recomendaciones de fabricante
de las protecciones instaladas, ya que en estos tiempos, cada fabricante
proporciona sus elementos de protección, que varían su comportamiento de ajuste
de fabricante a fabricante.
96
“PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN SISTEMAS INDUSTRIALES”
BIBLIOGRAFÍAS
LIBROS:
“PROTECCIÓN DE INSTALACIONES
COMERCIALES”
Autos: Enríquez Harper
Editorial: limusa
ELÉCTRICAS
INDUSTRIALES
Y
“ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA”
Autor: Jhon j. Grainger
Wiliam d. Stevenson Jr.
Editorial: mc gram hill
“MANUAL
DE
INSTALACIONES
INDUSTRIALES”
Autor: Enríquez Harper
Editorial: limusa
ELÉCTRICAS
RESIDENCIALES
E
NORMAS Y ESTÁNDARES:
NEC
código nacional eléctrico
NOM-001-SEDE-2005
norma oficial mexicana; instalaciones eléctricas
ANSI/IEEE std. C 37.2
Estándar eléctrico
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