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

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

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

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

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

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

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

INTERRUPTORES

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

CORTOCIRCUITO Y
SOBRECARGAS

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

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

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

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

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

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

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

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

FUSIBLES

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

INTERRUPTORES DE
MANIOBRA

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

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

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

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

LLAVES

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

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

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

SECCIONADORES

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

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

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

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

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

CONTACTORES

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Laminas fusibles de medio y alto
voltaje

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

CONCLUSIÓN

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

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

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

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

BIBLIOGRAFÍA

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

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

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

Autor:

Sergio Tirado

Profesor: Alexis Rogers

Ciudad Bolívar,
marzo de 2009

DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD

EQUIPOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

SECCIÓN: E5-01