Sistemas de
protección
eléctrica
Profesor: Bachiller:
MSC ING. Manuel Velázquez Díaz, Anna C.I.: 30.691.384
Sección: ME-01, Trayecto III.
El Tigre, Junio 2023.
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Principios básicos de las maquinas eléctricas, Guías, Proyectos, Investigaciones de Electrodinámica
Este documento esta lleno de muchas respuestas con respecto a los principios basicos de las maquinas electricas
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2022/2023
1 / 11
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Sistemas de
protección
eléctrica
Profesor: Bachiller: MSC ING. Manuel Velázquez Díaz, Anna C.I.: 30.691. Sección: ME-01, Trayecto III. El Tigre, Junio 2023.
Introducción
Hoy en día, ninguna empresa se puede permitir que sus sistemas eléctricos y equipos electrónicos funcionen sin una adecuada protección eléctrica frente a potenciales peligros causados por sobretensiones transitorias, que son ocasionadas por problemas en el suministro eléctrico. Lamentablemente, todavía la red eléctrica no es 100% fiable: aunque las compañías eléctricas inviertan continuamente en la mejora de sus redes de distribución, hay factores externos (inundaciones, accidentes, etc.) que influyen directamente en la calidad del suministro. Todos los avances conseguidos en tecnología y electrónica pueden convertirse en inútiles ante un gran problema que puede afectar tanto a empresas de cualquier tamaño como también a usuarios domésticos. Nos referimos a un corte de electricidad. Sin electricidad, cualquier dispositivo eléctrico dejará de funcionar, comportando al mismo tiempo costes reales, trabajo perdido e incluso daños físicos a su hardware. Es por tanto una evidencia, que ninguna empresa puede permitir que sus equipamientos IT funcionen sin una adecuada protección frente a posibles cortes y/o microcortes eléctricos.
Introducción a las protecciones eléctricas
común que estos sistemas sean de tensión continua y estén alimentados por baterías o pilas. Sistema de comunicaciones: Permite conocer el estado de interruptores y relés con el fin de poder realizar operaciones y analizar el estado del sistema eléctrico de potencia. En algunas partes de los sistemas de distribución, se usan fusibles para medir y desconectar fallas. Una falla puede ocurrir en cualquier parte, como una falla en una instalación, Una caída o rompimiento del conductor de una línea de transmisión, operación incorrecta de interruptores, corto circuitos y circuitos abiertos. Los dispositivos de protección están instalados con el propósito de proteger activos y asegurar el fluido eléctrico.
Calculo de corriente de corto circuito
Un cortocircuito se define como un defecto o fallo entre dos partes de la instalación eléctrica que tienen distinto potencial, y la cual tiene una duración inferior a 5 segundos. Un cortocircuito es, por tanto, una sobre intensidad con valores muy por encima de la intensidad nominal que se establece en un circuito o línea eléctrica. Los efectos de un cortocircuito es la de una liberación de energía con desprendimiento de calor y chispas que pueden eventualmente ocasionar un incendio en la instalación e incluso llegar a propagarse por el local o vivienda. Siempre se tiene que proyectar, dimensionar y asegurarse de que la instalación eléctrica cumple con la normativa vigente y en particular la del REBT RD 842/2002, para evitar este posible fallo en la instalación y que, en el caso de que se produzca por accidente u otras causas ajenas a esta, que se minimice sus efectos por protección de las líneas mediante magneto térmicos, interruptores diferenciales y una buena puesta a tierra. Cómo calcular cortocircuitos
Siguiendo la Ley de Ohm tenemos que la intensidad de corriente es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a su resistencia según la formula siguiente: I= V / R , V= I x R Siendo: I = Intensidad, V= Voltaje, R = Resistencia En el caso de aplicarse la Ley de Ohm para el caso que nos interesa que sería el de instalaciones de usuarios de la red de distribución eléctrica, la aplicaremos siguiendo el anexo 3 de la guía técnica de aplicación de Baja Tensión. El cálculo de las corrientes de cortocircuito y la protección de la instalación para dichas sobreintensidades, siempre debe realizarse al final, una vez calculada la instalación según los criterios tradicionales: Cálculo por calentamiento. Cálculo por caída de tensión. Elección de protección térmica. Elección de protección diferencial. También tenemos que tener en cuenta los factores siguientes: Valor de la corriente de cortocircuito. Tiempo de actuación de las protecciones. Corriente de cortocircuito máxima y mínima. Fórmulas de aplicación en el cálculo Normalmente es difícil de conocer la impedancia del circuito de alimentación en la red eléctrica, esto es la impedancia del transformador, red de distribución y acometida. Por lo que se pueden aplicar una fórmula 3 simplificada según se recomienda en la guía técnica de aplicación de baja tensión. Las formulas 1 y 2 a aplicar siguiendo la Ley de Ohm son las siguientes: VFase VFase
U = tensión de alimentación fase neutro (230 V) Icc = intensidad de cortocircuito máxima en el punto considerado Normalmente el valor de R deberá tener en cuenta la suma de resistencias de los conductores entre la Caja general de Protección y el punto considerado en el que se desea calcular el cortocircuito que podría ser el punto donde se emplaza el cuadro con los dispositivos generales de mando y protección. Para el cálculo de R se considerará por simplificación que los conductores se encuentran a una temperatura de 20ºC, para obtener así el valor máximo posible de Icc. La resistividad del conductor se considerará también a la misma temperatura de 20ºC. Ejemplo: Tenemos una vivienda con grado de electrificación básico y se quiere calcular la intensidad de cortocircuito (Icc) en el punto del cuadro general de protecciones. Dicha vivienda está alimentada por una derivación individual DI es de cobre y de 10 mm2 de sección con una longitud de 15 metros. Además se conoce que la línea general de alimentación LGA es de cobre y tiene una sección de 95 mm2 y una longitud entre la caja general de protección CGP y la centralización de contadores de 25 m. Para su cálculo comenzamos calculando la resistencia de fase de la LGA y de la DI. Calculo de la Resistencia de fase RLGA y RDI mediante la fórmula 4: L RL = ρ ————- S La resistividad del cobre a 20ºC de temperatura es ρ = 0,018 Ω mm2/m En el caso de utilizar conductores de aluminio, y tomando la temperatura para 20ºC tenemos el siguiente valor de la resistividad del aluminio: ρ = 0,029 Ω mm2/m El siguiente paso es el de calcular la suma de resistencias (∑ RL) total de las fases: ∑ RL = 2 (RLGA + RDI) = 2(0,0047 Ω + 0,027 Ω) = 0,0634 Ω
Por lo tanto la intensidad de cortocircuito (Icc) aplicando la fórmula 5 será la siguiente: Icc = (0,8 x U)/ R = (0,8 x 230 V)/ 0,0634 Ω = 2902 A
Tipos de protecciones
Protección de generadores Un generador eléctrico es una máquina rotatoria que gira gracias a la energía mecánica aplicada a su eje o flecha. La energía mecánica aplicada a este eje debe poseer la fuerza o torque adecuado para lograr un giro adecuado en el generador lo que se convertirá finalmente en energía eléctrica a través del fenómeno de inducción, donde luego se destinará esa energía a los centros de consumo. Protecciones de motores El motor eléctrico es una máquina rotatoria, destinada al uso de la energía eléctrica para obtener energía mecánica, proceso opuesto al del generador. Los motores son la principal fuerza de trabajo industrial en el mundo, ya que no emiten residuos contaminantes al aire, su adaptabilidad es mucho mayor que la de los motores de combustión interna, y su control va de lo más simple a lo más complejo. En un sistema de potencia, su uso es, principalmente para el bombeo de líquidos y vapores en el sistema de alimentación de las calderas, donde las plantas generadoras lo requieran. De aquí radica la importancia de su adecuada protección, ya que si éstas máquinas fallan, seguramente lo hará el sistema de potencia en general, debido a un fenómeno llamado 'avalancha de frecuencia', creado por la baja de velocidad en los generadores, que a su vez dependen de la cantidad y de la intensidad de los flujos que mueven a la turbina. Protección de motores eléctricos. Se realiza a través de dispositivos que aseguran la desconexión oportuna de los motores eléctricos de la red ante la ocurrencia de alteraciones del régimen normal de trabajo, con el fin de evitar el deterioro del aislamiento del motor, de los devanados y de las conexiones eléctricas Protecciones de transformadores Se dice que el transformador es el alma de un sistema de distribución, ya que es éste el que se encuentra en cada uno de los puntos donde las tensiones cambian de valor. Siempre están
Las protecciones que se aplican a las líneas de transmisión se dividen en dos grupos principales: el de protecciones primarias y el de protecciones secundarias (de respaldo), como se describen por ejemplo a continuación:
- Primaria (a) Diferencial con comunicación con el otro extremo (hilo piloto, onda portadora o fibra óptica). (b) Comparación de fase con comunicación con el otro extremo. (c) Comparación direccional con relevadores de distancia y comunicación con el otro extremo.
- Secundaria. (a) Distancia. (b) Sobre corriente direccional de fases y tierra. Protecciones de barras Las barras de colección son un conjunto de elementos mecánicos (estructuras metálicas), destinados a la estabilidad mecánica de los centros de interconexión de los demás elementos eléctricos que comprenden el sistema de potencia. La protección se realiza específicamente con la protección diferencial de barras (PDB).
Conclusión
El hecho de que los sistemas eléctricos se han ido expandiendo y moviendo hacia la generación de energía limpia, además de la integración de energías y generaciones
distribuidas en los sistemas más cercanos a los puntos de consumo, ha traído retos que han provocado que la industria implemente métodos y procedimientos denominados como “mejores prácticas” en los trabajos relacionados con las protecciones eléctricas, ofreciendo de esta forma la posibilidad de analizar, determinar, ajustar y coordinar protecciones de una manera más confiable. Es bueno entender esto porque los cambios de configuración de sistemas deben contemplarse en las protecciones. Las protecciones eléctricas no solo son importantes para proteger los equipos, también existen para que todos esos grupos de equipos que están interconectados y forman una red eléctrica, puedan ser capaces de seguir operando durante un evento indeseado que se aísle por la protección local, de tal manera que no perturbe la operación del resto del sistema durante el aislamiento/ libramiento de esa falla. Las protecciones eléctricas son importantes no sólo para preservar la operación del sistema durante eventos indeseados, sino también para conservar la vida útil de los equipos eléctricos y las vidas de los profesionales que tienen exposición directa a equipos o instalaciones en operación. A medida que incrementemos la generación distribuida y que aumente la implementación de generación de energías renovables a través del uso de nuevas tecnologías, se crea un reto más para el análisis de las protecciones y el modelamiento de los sistemas que son necesarios para poder entender el comportamiento del sistema bajo condiciones de falla y así aplicar de una manera confiable y segura las protecciones eléctricas en los sistemas.