- Integrantes: - Luis A. Vargas C. - Jes煤s R. Noguera S. - Ram贸n E. Barazarte M.
Sistemas De Protección en Media Tensión.
1-. Cortacircuitos Fusible
Son dispositivos que sirven para proteger los equipos instalados en líneas aéreas de distribución, mediante el uso de un listón fusible colocado dentro del portafusible, el cual se funde al producirse un sobre corriente liberando la falla y protegiendo así al sistema. Los fusibles MT (Media Tensión) son utilizados como elementos de protección en ramales de media tensión. La gran ventaja es la rapidez de actuación en caso de cortocircuito los fusibles de MT, pueden ser utilizados para la protección de: * * * * *
Transformadores de distribución. Motores de alta tensión. Condensadores de alta tensión. Transformadores de tensión. Cables de alimentación.
Protege
a las líneas de los sistemas y los diferentes equipos interrumpen fallas o
sobrecargas de corriente mediante la fusión del elemento fusible, dentro de su intervalo de capacidad interruptora.
El tubo porta fusible es fabricado con fibra de vidrio, resina epoxica y un revestimiento interno de fibra vulcanizada, lo que ayuda a la interrupción del arco durante fallas o condiciones excesivas de sobrecarga.
Tipos de Cortacircuitos
Cortacircuito tipo “C”: De la familia “APD” para áreas normales de contaminación tensión nominal de 15, 27 y 38 kV. Cortacircuito tipo “V”: De la familia “CPV” para áreas normales de contaminación tensión nominal de 15, 27 y 38 kV. Cortacircuito tipo “V”: De la familia “CPV-C” para áreas de alta contaminación tensión nominal de 15,27 y 38 kV.
Partes Del Cortacircuitos Fusible.
Funcionamiento de un fusible interrumpiendo un corto circuito.
La principal normativa para los fusibles de media tensión es la IEC 60282-1 (2005). La norma define la media tensión como las tensiones comprendidas entre 1kV y 72.5kV.
Tipos de Fusibles
* “Back-up” (Respaldo): Que interrumpirán cualquier corriente desde su intensidad nominal hasta a una corriente mínima de corte especificada por el fabricante. * “General Purpose” (Aplicaciones Generales): Interrumpirán todas las corrientes que fundan los elementos de fusión en una hora. * “Full Range” (Recorrido Total): Que interrumpen cualquier corriente por debajo del poder de corte que funde los elementos de fusión del fusible.
Pararrayos.
El pararrayos tiene una función principal que cumplir, que es la de proteger la instalación eléctrica (transformador, interruptor, conductores de línea, etc.) contra sobretensiones de origen externo o interno, a la vez que absorbe parte de su energía. Los pararrayos de cuernos (antenas) van siendo reemplazados por el tipo autoválvulas, también llamado resistencia valvular y descargador de sobretensión. Pararrayos, autoválvula.
Este aparato se compone básicamente de dos partes, el explosor y la resistencia variable unida a él en seria. Cuando la amplitud de una sobretensión supera la tensión de cebado del pararrayo, saltan arcos en el explosor y cierran el circuito de A. T. a tierra a través de la resistencia variable. La resistencia variable está formada por un material conglomerado capaz de variar con rapidez su resistencia eléctrica, disminuyendo su valor cuando mayor sea la tensión aplicada y pasándolo a un elevado valor al reducirse la tensión. Se comporta, pues, el aparato como una válvula, cerrada para la tensión nominal del sistema y abierta para las sobretensiones. Características autoválvulas.
de
2.
3.
4.
5.
pararrayos,
La eficacia de un pararrayos estará en función de las siguientes características: 1. Tensión nominal o tensión de extinción (VL) : es el valor más
6.
elevado de la tensión eficaz a frecuencia industrial admisible entre bornes del pararrayos Frecuencia nominal: es el valor de la frecuencia para la que está previsto el pararrayos. Tensión de cebado a frecuencia industrial: es el valor eficaz de la mínima tensión que, aplicada entre bornes al pararrayos, provoca el cebado de los componentes adecuados del mismo. Tensión de cebado a la onda de choque: es el valor cresta de la tensión que aparece antes del paso de la corriente de descarga. Tensión residual: es la tensión que aparece entre el terminal de línea y el terminal de tierra de un pararrayos durante el paso de la corriente de descarga. Corriente de descarga: es la onda de corriente derivada a tierra por un pararrayos después de un cebado.
Elección de un pararrayos.
Montaje.
En la elección de un pararrayos influyen considerablemente las características del tipo de instalación que ha de proteger. Entre los factores que se deben tener en cuenta se pueden citar: altura sobre el nivel del mar, frecuencias anormales, etc.
Los pararrayos (autoválvulas de M. T.) solo pueden ofrecer una protección segura cuando se montan lo más cerca posible de las partes de instalación que han de protegerse, casi siempre de los transformadores. Es conveniente siempre mantener una resistencia de contacto a tierra lo más pequeña posible.
Los aisladores. Se usan para el aislamiento de los hilos de conducción eléctrica y los cables tirantes de la estructura del poste. Los distintos tipos pueden clasificarse como de vástago, de suspensión, de polea, de tracción y aisladores de soporte de hilo. Para el soporte de los hilos de los principales circuitos eléctricos se usan o bien los aisladores de tipo vástago o del tipo de suspensión. Los aisladores de polea se usan principalmente en el montaje de bastidores aisladores para soportar las líneas de distribución de baja tensión de los lados de los postes o edificios. Combinados con una abrazadera se usan a veces para los finales sin tensión de circuitos eléctricos principales de baja tensión. Los aisladores de tracción se usan principalmente para el aislamiento de los alambres de los tirantes de la estructura del poste de modo que el contacto con la parte baja del tirante no sea peligroso. Frecuentemente se usa un tipo de aislador de tracción de porcelana para los finales sin tensión de los circuitos eléctricos principales de baja tensión o hilos de distribución. Los aisladores del tipo soporte de hilo se usan en distintos montajes para soportar hilos de servicios en los edificios y para soportar en la estructura del poste la toma para las luminarias del alumbrado público. Los aisladores se fabrican o bien de vidrio o bien de porcelana, estando determinada la elección de cualquier tamaño y tensión particulares por la consideración de las características eléctricas y mecánicas frente al coste de instalación. El vidrio ha sido el más comúnmente usado para los aisladores de vástago para tensión de hasta 5.000 voltios. La porcelana también ha sido muy utilizada para tensiones más elevadas y para otros tipos de aisladores.
Tipos de Aisladores Los aisladores de tipo vástago: Están moldeados con un agujero central roscado de modo que el aislador esta soportado de los vástagos aisladores roscados montados sobre las crucetas. Estos aisladores se fabrican en varias formas con contornos variables para satisfacer las exigencias de aislamiento para las distintas clases de tensión. Para trabajados a baja tensión, los aisladores generalmente son acanalados lateralmente para el soporte de los hilos. Los aisladores para media tensión, frecuentemente tienen ranuras para hilo tanto en el extremo superior como en los lados y los de tensión más elevada se fabrican con ranuras en la parte superior únicamente.
Vástagos Aisladores de madera: Todos los vástagos aisladores normales de 1 y 1 3/8 pulgadas (2.5 y 3.5 centímetros) de diámetro de la parte superior, tienen rosca de cuatro filetes por pulgada (2.5 centímetros) de aumento en longitud.
Los aisladores de tipo polea y sostenedor de hilo: Se usan en conjuntos de hilo único o de bastidor para soportar los circuitos de baja tensión en los lados de los postes y los edificios y para conductores de acometida final sin tensión en edificios, postes y crucetas. En los conjuntos de bastidores, los aisladores son eliminables del cojinete para poderlos cambiar fácilmente en caso de rotura. Los bastidores se fabrican en conjuntos de dos, tres y cuatro hilos. Los conjuntos aisladores típicos de polea y de sostenedor de hilo.
Sistemas de protecciones eléctricas en Baja Tensión.
A
partir del medidor, es necesaria una
serie de equipos y accesorios para distribuir la energía eléctrica hacia las diferentes habitaciones de la vivienda. Estos equipos y accesorios permiten distribuir la electricidad de una forma segura, y de tal manera evitar accidentes que puedan causar daños materiales y a personas. Todas las viviendas no son iguales, unas requieren mayor energía eléctrica para
satisfacer las necesidades de sus ocupantes que otras, esto está directamente relacionado con el número de ocupantes de las mismas. Por tanto existen diversos equipos y accesorios que permiten la versatilidad a la hora de realizar las instalaciones eléctricas de las viviendas. A continuación se describen los grados de electrificación de viviendas y luego se describen los diversos equipos y accesorios para la distribución de la electricidad.
Grados de Electrificación de las Viviendas.
Electrificación mínima: Permite la utilización de alumbrado, lavadora sin calentador eléctrico incorporado, nevera, plancha y pequeños aparatos electrodomésticos. Previsión de demanda máxima total: 3000 vatios. Electrificación media: Permite la utilización de alumbrado, cocina eléctrica, cualquier tipo de lavadora, calentador eléctrico de agua, nevera y otros aparatos electrodomésticos. Previsión de demanda máxima total: 5000 vatios. Electrificación elevada: Permite la utilización de alumbrado, cocina eléctrica, cualquier tipo de lavadora, calentador eléctrico de agua, nevera, calefacción eléctrica, aire acondicionado y otros aparatos electrodomésticos. Previsión de demanda máxima total: 8000 vatios. Electrificación especial: Es la que corresponde a aquellas viviendas dotadas de aparatos electrodomésticos en gran número o de potencias unitarias elevadas, o de un sistema de calefacción eléctrica y de acondicionamiento de aire de gran consumo. Previsión de demanda máxima total: A determinar en cada caso.
La energía eléctrica tiene dos riesgos fundamentales:
a) Incendio por calentamiento de conductores o receptores, debido a consumo excesivo o cortocircuito. b) Electrocución o descarga eléctrica en personas por un contacto indirecto o derivación.
Para evitar estos riesgos se han dispuesto esta serie de dispositivos: Para evitar cortocircuitos se emplea: Fusibles y Magneto-térmicos (PIA). Para evitar consumos excesivos: Limitador de potencia (ICP) Para evitar las descargas eléctricas o electrocución se emplea: Diferencial y puesta a tierra.
Tableros Se denomina así a un panel o grupo de unidades de paneles, diseñados para ensamblaje de un sistema de barras, con interruptores o si ellos. Pueden ser los interruptores automáticos o no contra sobre-corrientes. Estos interruptores se usan también para operación de los circuitos de iluminación, tomas de uso general o fuerza. El tablero podrá estar formado por un gabinete auto soportante o bien en una caja embutida en pared o tabiques. El acceso al mismo será por el frente donde habrá una tapa cubre barras y protecciones, además, una puerta con bisagra que puede o no tener cerradura. Un tablero puede disponer de espacio necesario según el diseño, para alojar medidores de tensión, corriente, potencia, energía o frecuencia, de acuerdo a las exigencias del usuario.
Todo tablero debe estar construido de material incombustible y debe poseer las siguientes características:
Pintura: Base anti oxido de fondo, pintura gris eléctrico o pintura martillada, secad al aire o en horna.
Interruptores ramales: Interruptores termo-magnéticos de 1, 2 o 3 polos conforme a las necesidades de capacidad, con conectores de presión para cables de entrada en cobre o aluminio, conectados a las barras de fase por platinas.
Caja metálica: Si se trata para embutir, con lámina de acero galvanizada Nº 16 con troqueles para entrada de tuberías.
Barras de fase: de cobre electrolítico cadmiado, fijas al chasis con aisladores, separación mínima entre dos fases de 2 cm, con capacidad de corriente de hasta 4000 A.
Interruptor Principal: interruptor termo-magnético bipolar o tripolar desde 15 hasta 600 amp. Para tableros de alumbrado y hasta 5000 amp. Para tableros de fuerza.
Puerta y frente: De lámina de acero pintada de 1/8”, bisagras, cerradura de llave única, tarjetero para identificación de circuitos y etiquetas de identificación.
Barras de conexión de neutros y tierras: de cobre electrolítico cadmiado, plateada o similar.
Tablero residencial
Fusible. Operador eléctrico que cuando sube en exceso la intensidad de un circuito, se calienta y se funde antes de que lo haga el circuito, cortando así el flujo de corriente que circula por él y protegiendo la instalación de un posible incendio, como ocurre en una subida de tensión en el circuito o de un cortocircuito provocado en él. Actualmente los fusibles no se utilizan en las viviendas, solamente alguno en la acometida general. En los coches se siguen utilizando, para proteger los circuitos de los cortos para que no se quemen. (Imagina que se quema el aparato de música de 500 Euros, por poner un fusible equivocado de más intensidad o puentearlo).
Termo-Magnéticos Es un dispositivo de protección provisto de un comando manual y cuya función consiste en desconectar automáticamente una instalación o un circuito, mediante la acción de un elemento bimetálico y un elemento electromagnético, cuando la corriente que circula por él excede un valor preestablecido en un tiempo dado. La protección térmica está formada por un bimetal, dos láminas de material con distinto coeficiente de dilatación a la temperatura, rodeadas de un material resistivo. La protección magnética está formada por una bobina, un núcleo móvil y un juego de contactos para cerrar o interrumpir el circuito. El principio de funcionamiento se basa en dos efectos que produce la corriente eléctrica al circular: el efecto térmico o calórico y el efecto magnético. El diseño de un disyuntor considera esos dos efectos para que, de acuerdo a un determinado valor de corriente, su funcionamiento sea normal, pero al excederse sea detectado por cualquiera de los dos mecanismos. Un exceso de corriente producirá aumento de temperatura y, por consiguiente, dilatación del bimetal, el cual activará el dispositivo de desconexión. Del mismo modo, el aumento de corriente produce atracción
del núcleo, el cual activará el dispositivo de desconexión. En ambos casos, el disyuntor cuenta con un sistema de enclavamiento mecánico o traba que impide la reconexión automática del dispositivo. Para restablecer el paso de energía debe eliminarse la causa que provocó el exceso de corriente, destrabar el mecanismo bajando la palanca manualmente y luego volviéndola a subir. Las causas del exceso de corriente pueden ser una falla de cortocircuito, provocado por la unión de dos conductores activos a potencial diferente – como fase y neutro , o la unión de un conductor activo que pase por la carcasa metálica de un artefacto conectado a tierra. Otra causa de exceso de corriente puede ser una sobrecarga, que consiste en un aumento de la potencia por exceso de artefactos o porque un artefacto tiene una instalación deficiente. Esta situación se produce frecuentemente al conectar estufas o calefactores eléctricos en circuitos de menor corriente nominal. Por sus características de operación, el elemento bimetálico del disyuntor actúa en forma lenta, por lo que se presta especialmente para la protección de sobrecargas; en cambio, el sistema magnético es de acción rápida y protege eficazmente del cortocircuito.
Limitador de potencia. Interruptor limitador (ICP): Es un Interruptor Automático instalado por la compañía suministradora, que limita el paso de corriente al máximo contratado, cortando automáticamente si se supera este máximo. Tipos de contratación de potencia según necesidades: * Mínima: 3000 vatios * Media: 5000 vatios * Máxima: 8000 vatios * Especial: a determinar cada caso.
Protección contra fallas a tierra.
Los resultados de estadísticas que se llevan a nivel internacional de las muertes de tipo doméstico, en una gran mayoría se atribuyen a las descargas eléctricas producidas por contacto de las personas con equipos electrodomésticos. Cuando existe una falla en el aislamiento o en las conexiones de un equipo se puede presentar el caso de recibir una descarga eléctrica en forma de calambre. El grado de severidad de este tipo de riesgo se mide en función de la corriente que puede soportar un ser humano. Conforme a experimentos de laboratorios se ha llegado a determinar que corrientes por debajo de los 30 Miliamperios, no afectan al ser humano. Los sistemas que se utilizan normalmente para prevenir los riesgos de las fallas a tierra es la puesta a tierra descrita en la sección anterior. También se pueden conectar todos los equipos mediante la "puesta a neutro". En
el primer caso, la puesta a tierra protege contra fallas aisladas de partes bajo tensión accidentalmente; pero es ineficaz para proteger al usuario del contacto con partes normalmente bajo tensión. La corriente de falla en puesta a tierra será pequeña, aunque puede ser peligrosa según su valor. En caso de tocar partes conductoras la corriente puede ser mortal. Cuando se trate de puesta a neutro, o sea todo equipo conectado al neutro, esto hará que al producirse una falla se dispare la protección de cortocircuito, lo que protegerá al hombre que toque el equipo accidentalmente. Este sistema, no obstante lo señalado no es muy confiable, pues en caso de que el contacto con el neutro se dañe, se anularía la protección; además, algunas veces el neutro de la red no está a cero voltios, como debería ser por los altos valores logrados de resistencia de tierra.
Existe un dispositivo denominado "Interruptor de fallas a tierra", se le conoce también con el nombre de "Protección diferencial". Para la explicación del funcionamiento del dispositivo se pondrá como ejemplo un subscritor residencial conectado a una red de distribución de la compañía de electricidad, en donde el centro de la estrella de un banco trifásico está sólidamente conectado a tierra. Si en un circuito de 120V (fase y neutro) que alimenta una luminaria, circula una corriente de un Amp, normalmente al presentarse una falla en el equipo por defecto del aislamiento y tocar la luminaria, habrá una pequeña corriente de fuga a través del cuerpo del operador, digamos de 15 mAmp, pero entrarán 1,015 Amp, y retornará 1,000 Amp, como en el primer caso. Este incremento en la corriente no lo detecta la protección de sobrecorriente y no se dispara. Pero si diferencial detectará dentro de
colocamos (PD) lo si está su valor
Figura Nº 33
una
protección
mínimo de disparo que es 15 mAmp. Este dispositivo está compuesto por un mecanismo de detección y otro de desconexión. El primero está formado por un transformador en forma toroidal y en su interior se hacen pasar los conductores activos incluyendo el neutro. En el secundario del transformador se induce una tensión producida por la corriente diferencial de los conductores alimentadores del circuito. Esta tensión será la señal que dispara el mecanismo de desconexión en un tiempo relativamente corto de 1.5 ciclos (25 m seg), y consiste en un sistema magnético que actúa por desviación del flujo. Por lo general poseen un pulsador de prueba y en algunos casos, dependiendo del fabricante, producen el (PD) combinado con protección de sobrecarga para el circuito en una sola unidad. En la Figura N° 33, se ilustra un esquema de funcionamiento de los interruptores de protección por corrientes de defecto en ejecución combinada para un sistema de dos fases y neutro.
Diseños de Canalizaciones y Protecciones para Sistemas de Fuerza.
Con la finalidad de conocer los criterios de selección de las canalizaciones eléctricas para motores, se hará un enfoque general del tema. Las instalaciones eléctricas para motores dependerán sus características del tipo y categoría de la edificación que se trate. Dentro de estos tipos de construcciones se encuentran los siguientes: Industria pesada: tales como metalúrgicas y procesamiento de metales y canteras. - Industrias livianas: proceso de pequeñas unidades. - Pequeña y Mediana Industria: Manufacturas menores en pequeña escala. - Talleres: trabajos de reparación y mantenimiento. - Edificios residenciales: para alquiler o venta. - Edificios comerciales u oficinas: similar al anterior. - Edificios de hospitales: ambulatorios, clínicas, etc. - Varios: complejos recreacionales.
deportivos
y
Dentro de la clasificación anterior, trataremos lo relacionado a edificios residenciales, que resultará similar para instalaciones en edificios, oficinas y comercios.
A nivel residencial, considerando una vivienda unifamiliar, se pueden presentar casos de instalación de motores para usos especiales, tales como: bombas para extracción de aguas blancas o negras, según el tipo de construcción. Si el sistema de aguas blancas lo exige, se presentarán casos de equipos hidroneumáticos, el cual está compuesto de un dispositivo mecánico accionado por un motor eléctrico, que puede ser un émbolo o centrífuga, acoplada por tuberías a un estanque subterráneo por un lado y, por el otro, a, un tanque superficial donde se inyecta el agua con aire a presión. En la medida que se consume el agua en la vivienda o grupo de viviendas, la presión baja hasta cierto límite, en que vuelve a arrancar la bomba para inyectar más agua a presión hasta la presión máxima establecida. La capacidad de estos motores es en función del caudal de agua que manejen. También se pueden presentar, en una vivienda unifamiliar, motores de extractores y equipos de aire acondicionado, bien sea de ventana o central. En el caso de edificios, los requerimientos de servicio hace que se instalen unidades para: ascensores, montacargas, ventiladores, extractores, bombas para aguas blancas, aguas negras y de lluvia; compresores, sistemas de aire acondicionado central o individual.
La diferencia entre las instalaciones de motores para edificios residenciales, de oficinas, comerciales, de industrias y de otro tipo, es que en los primeros no existe personal para mantenimiento permanente. A menos que sea un edificio comercial o de oficinas de una gran empresa, que disponga del personal capacitado y contratado especialmente para ejecutar trabajos de mantenimiento. En un edificio residencial, las instalaciones eléctricas deben ser sencillas, de fácil manejo para conexión y desconexión de los equipos y los tableros deben ser blindados para más seguridad del personal que lo maneje (conserje). La existencia o no de instrumentos será optativo, pero se considera innecesario en estos casos.
CANALIZACIONES PARA MOTORES. La alimentación de un motor eléctrico está condicionada por las características de funcionamiento del mismo. Se tendrán que definir: el tipo de alimentación, sistema monofásico o trifásico, en 120V, 208V, 240V, 480V o más; la frecuencia, los caballos de fuerza y otras características que se indicarán más adelante. (Ver ejemplos de conexiones en el aparte 7.6). Conforme a la potencia de cada motor, número de equipos y disposición de los mismos dentro de un área considerada, se pueden distinguir tres casos de distribución de motores, los cuales son:
Instalación de pequeños motores Estos son de menos de 1 HP, equipos, herramientas de banco o similares. No requieren protección individual; se puede utilizar un dispositivo de conexión, con fusible "tipo Ticino" o similar, y tomacorriente convencional con su puesta a tierra y conexión del equipo herramienta. Por lo general, el circuito se alimentará en 120V, 2 hilos para 15 Amp ó 30 Amp., según las necesidades. En la figura N° 46, M1, M2, M3, M4, se ilustran los motores con su dispositivo de desconexión, el circuito tendrá su protección de sobrecorriente (PSC) y la representación de CCM, en el centro de control de motores o tablero de área.
Instalación de motores medianos.
Para el caso de motores de 1 HP en adelante y recomendado hasta 20 HP para actividades similares. Cada unidad requerirá de un dispositivo de desconexión y protección de sobrecorriente, tal como un interruptor termomagnético; adjunto irá el dispositivo de arranque acoplado con protección de sobrecarga, tal como se ve en la Figura N° 47. El circuito podrá alimentarse en 208V, 240V, 480V, monofásico o trifásico y estará protegido con la (PSC). En este tipo de distribución, el circuito troncal de trazo grueso en la Figura, tendrá un calibre mayor que cada una de las derivaciones a cada motor, y estos se definirán en base a su corriente nominal o, en su defecto, por caída de tensión en base a su longitud.
Instalación de motores grandes.
Para el caso de motores mayores de 20 HP, o cuando se considere conveniente por razones de operación del proceso, se utilizará una instalación donde cada motor esté alimentado en forma independiente desde el panel de fuerza. En la Figura N° 48 se presenta el caso mencionado. Los circuitos a la salida del (CCM) poseen un dispositivo de sobrecorriente (PSC) para protección de cada uno. Al llegar al sitio donde está ubicado el motor, se dispone una protección de sobrecorriente y desconexión, que servirá de respaldo al de sobrecarga, unido al dispositivo de arranque de la unidad. Estos motores, por su capacidad, serán trifásicos en 208V o bien 480V de inducción o sincrónicos, según los requerimientos en el área.