22 septiembre 2013

Criterios de diseño de instalaciones eléctricas industriales (3ª PARTE)



Ver 2ª PARTE
Corriente de cortocircuito
Los valores asignados del poder de corte en cortocircuito de los interruptores automáticos se indican normalmente en kiloamperios (kA).
Estos valores se refieren a una condición de cortocircuito trifásico y se expresan como el valor eficaz (en kA) del componente periódico (Ca) de cortocircuito en corriente en cada una de las tres fases.
Para los interruptores automáticos de los niveles de tensión nominal considerados en este capítulo, la Figura B4 proporciona las especificaciones estándar del poder de corte de cortocircuito.
Cálculo de la corriente de cortocircuito

Las reglas para calcular las corrientes de cortocircuito en las instalaciones eléctricas se indican en la norma IEC 60909.
Esta norma general, aplicable a todos los sistemas radiales y mellados, de 50 o60 Hz y hasta 550 kV, es extremadamente precisa y conservadora.
Se puede utilizar para tratar diferentes tipos de cortocircuitos (simétricos o asimétricos) que se pueden producir en una instalación eléctrica:
  • Cortocircuito trifásico (las tres fases), que por lo general es el que genera las corrientes más elevadas.
  • Cortocircuito bifásico (entre dos fases), con corrientes inferiores a los defectos trifásicos.
  • Cortocircuito de dos fases a tierra (entre dos fases y la tierra).
  • Cortocircuito de fase a tierra (entre una fase y la tierra), el tipo más común (el 80% de los casos).

Características específicas de los dispositivos
Las funciones que ofrece la aparamenta de corte y sus requisitos principales se indican en la siguiente figura.
Dispositivo
Aislamiento de dos redes activas
Condiciones de corte
Características principales
Normal
Defecto
Seccionador
Si
No
No
Aislamiento eléctrico aguas
Interruptor
No
Si
No
Corte y cierre de corriente de carga normal.
Contactor
No
Si
No
Poder de cierre y corte en condiciones normales. Poder de cierre y corte máximo. Alta endurancia eléctrica.
Interruptor automático
No
Si
Si
Poder de corte de cortocircuito. Poder de cierre de cortocircuito
Fusible
No
No
Si
Poder de corte de cortocircuito mínima. Máxima intensidad de corte limitada.

Intensidad nominal

La intensidad nominal o asignada se define como “el valor eficaz de la corriente que se puede transportar continuamente a la frecuencia nominal con un aumento de temperatura que no supere el especificado por la norma del producto correspondiente”.
Los requisitos de intensidad nominal para los aparatos se deciden en la etapa de diseño de la subestación o centro de transformación. La especificación de intensidad asignada más común para la aparamenta eléctrica de MT es de 400 o 630 A.
En las áreas industriales y distritos urbanos de gran densidad de carga, los circuitos de 630 A son a veces necesarios, mientras que en las subestaciones de alimentación de gran potencia que alimentan las redes de MT, la aparamenta de 800 A, 1.250 A, 1.600 A, 2.500 A y 4.000 A se prescribe para los circuitos de entrada, juego de barras y acoplamiento de barras. Los transformadores de MT/BT con una intensidad de servicio de hasta 60 A aprox., se pueden proteger con fusibles combinados con interruptor. Para intensidades de servicio superiores, la combinación de interruptor-fusible no tiene el rendimiento necesario.
No existen tablas de especificaciones de corriente normal recomendadas por IEC para la combinación en estos casos. La especificación real la proporciona el fabricante del interruptor-fusible, de acuerdo con las características del fusible del transformador, tales como:
  • Intensidad en servicio normal.
  • Máxima intensidad admitida y su duración.
  • Pico máximo y duración de la intensidad magnetizante de entrada de puesta en tensión del transformador.
  • Posición del cambiador de tomas del transportador tal y como se indica en el ejemplo del anexo A de la IEC 62271-105.
En un esquema de estas características, el interruptor de corte en carga debe estar diseñado adecuadamente para abrir automáticamente, p. ej., por relés, a niveles de corriente de defecto bajos que deben cubrir (con un margen adecuado) la corriente de corte mínima especificada de los fusibles de AT. De esta forma, los valores de la corriente de defecto que superan la capacidad de corte del interruptor de carga se eliminarán por los fusibles, mientras que los valores de la corriente de defectos bajos, que los fusibles no pueden eliminar correctamente, se eliminan por el interruptor de corte de carga dirigido por el relé.
Influencia de la temperatura ambiente en la corriente nominal
Las especificaciones de intensidad asignada se definen para todos los aparatos eléctricos; los límites superiores se deciden en función del aumento de temperatura aceptable causado por la I2R (vatios) disipados en los conductores (donde I = intensidad eficaz en amperios y R = la resistencia del conductor en ohmios), junto con el calor producido por la histéresis magnética y las pérdidas de corriente de Foucault en motores, transformadores, etc., y las pérdidas dieléctricas en cables y condensadores, cuando proceda.
Un aumento de temperatura superior a la temperatura ambiente depende principalmente de la velocidad con la que se elimina el calor. Por ejemplo, las grandes corrientes pueden atravesar los devanados de motores eléctricos sin que éstos se sobrecalienten, simplemente porque un ventilador de refrigeración fijado aleje del motor elimina el calor a la misma velocidad a la que se genera, por lo que la temperatura alcanza un valor estable por debajo de la que podría dañar el aislamiento y quemar el motor.
Los transformadores de refrigeración de aire o aceite se encuentran entre los ejemplos más conocidos de estas técnicas de “refrigeración forzada”. Los valores de intensidad asignada recomendados por la IEC se basan en temperaturas ambientes comunes en climas templados a altitudes que no superan los 1.000 metros, de forma que los elementos que dependen de la refrigeración natural por radiación y convección de aire se sobrecalientan si funcionan a la intensidad asignada en un clima tropical o a altitudes superiores a los 1.000 metros.
En tales casos, se debe reducir el valor nominal/asignado del equipo, es decir, se debe asignar un valor inferior de intensidad asignada.

El caso del transformador se trata en la norma UNE-EN 60076-2.

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