Con los elementos de protección contra instalaciones, buscamos identificar donde han ocurrido las posibles averías y separar las partes de las instalación. También buscamos limitar las sobreintensidades.
Normalmente dentro de la instalación dispondremos de varios interruptores en serie, los cuales serán selectivos. Con la selectividad conseguimos que solamente se dispare el interruptor inmediatamente anterior al fallo, en el caso de que el interruptor falle, deberá actuar uno de orden superior. Como tenemos varios interruptores en serie, habrá un tiempo de escalonamiento el cual es el intervalo necesario para que dispare con seguridad solo el interruptor de seguridad que se encuentre anterior al punto de defecto.
Las características de disparo de los diversos elementos de protección no deben entrecruzarse.
1.6.2.1. Protección contra sobrecargas
Conocemos por sobrecarga al paso de una intensidad superior a la nominal de la instalación. En principio si la sobrecarga se produce en un pequeño periodo de tiempo no producirá daños, en cambio cuando ese periodo de tiempo sea mayor, se podrán producir daños debido a que los aparatos receptores y los propios conductores no están preparados para aguantar ese aumento de temperatura que se producirá debido al aumento de intensidad.
45 Debido a que el mayor problema que podemos encontrar es el aumento de temperatura el cual es el que nos produce los desperfectos, las protecciones que utilizamos son esencialmente térmicas, o lo que es lo mismo, miden directa o indirectamente la temperatura de un objeto que tenemos que proteger.
Para conseguir medir la temperatura, utilizamos un relé térmico que reproduce las condiciones de carga y calentamiento del objeto que hay que proteger.
Los dispositivos de protección contra sobrecargas vienen indicados en la instrucción ITC BT 22 y podemos encontrar los siguientes:
Cortacircuitos fusibles calibrados de características de funcionamiento adecuadas.
Interruptor automático de corte omnipolar con curva térmica de corte.
1.6.2.2. Protecciones contra cortocircuitos
Dentro de los cortocircuitos, deberíamos saber las siguientes consideraciones: o Corriente de cortocircuito
Podemos definir la corriente de cortocircuito como la corriente que fluye por el cortocircuito mientras este aun se mantiene activo.
La corriente de cortocircuito transcurre, generalmente, en un principio de forma asimétrica con respecto a la línea cero y contiene una componente alterna y otra continua. La componente de corriente alterna se amortigua hasta alcanzar el valor de la intensidad permanente de cortocircuito, mientras que la componente de corriente continua se atenúa hasta anularse.
o Corriente alterna de cortocircuito
Es la componente de la corriente de cortocircuito que fluye al punto defectuoso a través de las distintas derivaciones.
o Impulso de la corriente de cortocircuito
Es el valor máximo que se da en un instante después de producirse el cortocircuito y varía en función del momento en el que se produzca.
o Corriente alterna inicial de cortocircuito
Es el valor eficaz de la intensidad de la corriente alterna de cortocircuito en el momento de producirse este.
o Corriente permanente de cortocircuito
Se trata del valor eficaz de corriente alterna que tenemos después de haber finalizado el proceso de amortiguación. Este valor suele depender de la excitación que tengan los generadores, en el caso de que no se indique otra cosa, entendemos como corriente permanente de cortocircuito la que se establece en caso de cortocircuito en todos los polos de las bornas y la excitación nominal.
46 Es la potencia que obtenemos si hacemos el producto entre la corriente alterna inicial de cortocircuito, la tensión de servicio y el factor de concatenación.
o Retardo mínimo de desconexión
Se trata del tiempo que pasa entre el momento que se produce el cortocircuito y el momento en el que queda totalmente abierto el interruptor.
El retardo mínimo de desconexión viene dado por la suma del tiempo propio de reacción del relé y el tiempo de ruptura del interruptor. Los retardos ajustables de los dispositivos de disparo no deben considerarse, puesto que el retardo mínimo de desconexión no incluye los tiempos de retardo intencionado.
o Tipos de cortocircuito según las clases de defecto
Podemos encontrar diferentes tipos de cortocircuitos pero los más conocidos son los siguientes: tripolares, bipolares, bipolares con contacto (simples o dobles).
o Impedancia de cortocircuito
Se trata de la impedancia que se encuentra la corriente cuando ocurre el cortocircuito. Lo que nos encontramos cuando ocurre un cortocircuito es que la intensidad que nos encontramos es muy grande, aproximadamente 10 veces más grande que la intensidad nominal.
Lo que nosotros buscamos en nuestra instalación es interrumpir rápidamente los cortocircuitos en el punto más cercano de donde ha ocurrido. Para ello en la ITC BT 22 encontramos diferentes dispositivos de protección contra cortocircuitos, los cuales se muestran a continuación:
o Cortacircuitos fusibles calibrados de características de funcionamiento adecuadas.
o Interruptor automático con sistema de corte omnipolar.
En todo circuito que tengamos en la instalación, en su origen dispondremos de un dispositivo de protección contra cortocircuitos, el cual tendrá un poder de corte que dependerá de la intensidad que podremos encontrar en dicho punto. En el caso de que el circuito principal tenga otros circuitos derivados de él, estos estarán protegidos contra los cortocircuitos por el dispositivo de cabecera. De lo que si dispondrá cada uno de estos circuitos, será de protecciones contra sobrecargas.
Con el objetivo de cumplir con la norma UNE 20460 seguiremos las indicaciones de la tabla 1 de la ITC BT 22 del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión.
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1.6.2.3. Proceso para el cálculo de las corrientes de cortocircuito
Ley general:
El valor de la corriente de cortocircuito se obtiene por la relación:
Donde:
Icc= Corriente de cortocircuito eficaz en KA
Us = tensión entre fases en vacío del secundario del transformador ZT = impedancia total por fase de la red aguas arriba del defecto en mΩ.
Cálculo de Zt:
Cada constituyente de una red de baja tensión se caracteriza por una impedancia Z compuesta de un elemento resistivo R y otro elemento inductivo X.
Para obtener el valor de la impedancia, descompondremos la red en trozos y para cada uno de ellos calcularemos los valores de R y X, después los sumaremos aritméticamente por separado. Una vez que tengamos estos valores y utilizando trigonometría, obtendremos el valor de la impedancia total Zt. Para ello sabemos que R y X son los catetos y Zt es la hipotenusa con lo que utilizando el teorema de Pitágoras, obtendremos el valor de la impedancia.
Determinación de la impedancia “aguas arriba de la red”:
La compañía eléctrica suministradora, nos dará el valor de la potencia de cortocircuito de la red, que suele ser de 400 MVA.
Despreciando la resistencia frente a la reactancia se puede calcular la impedancia de la red aguas arriba desde el secundario del transformador:
Donde:
= tensión en vacío del secundario en voltios. = potencia de cortocircuito en KVA.
Transformador:
Con el objetivo de tener un cálculo aproximado, podemos despreciar la resistencia debida a las pérdidas en el cobre según la relación:
48 Donde:
Us = tensión en vacío entre fases en voltios. Ucc = tensión de cortocircuito en % (4%) S = potencia aparente en KVA (400 KVA)
Z, X = impedancia o reactancia al secundario en mΩ.
La resistencia, o parte real de la impedancia del transformador es despreciable. La resistencia y reactancia de todo el aparallaje de alta tensión lo consideramos despreciable.
Conductores:
El valor de la resistencia de los conductores la calcularemos mediante la siguiente fórmula:
Donde:
ρ= resistividad del conductor (en nuestro caso cobre). L = longitud del conductor.
S = sección por fase del conductor. El cálculo de la reactancia:
Donde:
X = reactancia del conductor (para secciones inferiores a 25 mm2 se podría despreciar la reactancia).
L= longitud del conductor (m).