Criterios de diseño de instalaciones eléctricas industriales (8ª PARTE)

Ver 7ª PARTE

Elección de la aparamenta de tierra

Cuando las consideraciones relativas a la continuidad de suministro son primordiales, p. ej. en la fabricación por procesos continuos por lo general se adopta el esquema de conexión a tierra IT. Este esquema permite que continúe el funcionamiento normal (y seguro) del sistema en caso de producirse un defecto inicial de conexión a tierra (con mucho, el tipo más habitual de defecto de aislamiento). Más adelante, en un momento oportuno, podrá realizarse una parada para localizar y reparar el defecto (por ejemplo, al final de un proceso de fabricación). Sin embargo, un segundo defecto de conexión a tierra (si ocurre en una fase diferente o en un conductor neutro) constituirá un defecto de cortocircuito, que provocará que los relés de protección contra sobreintensidades disparen el circuito o los circuitos.

Selectividad

El objetivo principal de cualquier esquema de protección automática contra defectos de aislamiento, sobrecargas, etc., es disparar el interruptor automático o fundir el fusible o los fusibles que controlan el circuito defectuoso únicamente, sin que se vean afectados los demás interruptores automáticos y fusibles.

En instalaciones radiales arborescentes, esto significa disparar el interruptor automático o los fusibles aguas arriba más próximos, con lo que todas las cargas situadas aguas abajo se ven privadas inevitablemente del suministro.

La corriente de cortocircuito (o sobrecarga) pasará por lo general a través de uno o más interruptores automáticos o fusibles situados aguas arriba del interruptor automático (o los fusibles) que controlan el cable defectuoso.

Por “selectividad” se entiende que ninguno de los dispositivos de protección aguas arriba a través de los cuales pasa la corriente de defecto (o sobrecarga) funcionará antes de que entre en acción el dispositivo de protección que controla el circuito defectuoso. Por lo general, la selectividad se consigue incrementando el tiempo de funcionamiento de los dispositivos de protección a medida que su ubicación en una red se acerca a la fuente de alimentación. Así, si el dispositivo de protección más próximo al defecto no entra en funcionamiento, el siguiente dispositivo situado aguas arriba entrará en funcionamiento algo más tarde.

Calidad de la energía eléctrica

Otra cuestión a considerar en el diseño son las redes de suministro eléctrico públicas y privadas están sometidas a diversas perturbaciones cuyo nivel y frecuencia deben controlarse y mantenerse dentro de límites aceptables. Entre las más graves cabe mencionar las siguientes:

1. Curvas de tensión o picos y caídas repentinos.
2. Sobretensiones.
3. Armónicos, especialmente los impares (3.º, 5.º, etc.).
4. Fenómenos de alta frecuencia.

Para asegurar el suministro de aplicaciones que son especialmente sensibles a estas perturbaciones (p. ej. los ordenadores), se puede instalar un circuito de distribución de alimentación de alta calidad en el esquema de distribución de baja tensión normal.

Caídas de tensión de corta duración

Según la duración de la condición de mínima tensión, una caída puede originarse debido a una de las siguientes causas:

• Menos de 0,1 segundos: defectos de cortocircuito que ocurren en cualquier punto de las redes de baja tensión locales y se eliminan por medio de dispositivos de protección (interruptores automáticos, fusibles, etc.). Este tipo de caída es el más habitual en los sistemas “estándar”, a diferencia de las redes situadas cerca de instalaciones de industria pesada, donde son frecuentes grandes perturbaciones.
• Entre 0,1 y 0,5 segundos: la mayoría de los defectos que se producen en los sistemas de media tensión corresponden a esta categoría.
• Más de 0,5 segundos: en las redes rurales, donde son habituales los interruptores de reenganche automático, podrán experimentarse varias caídas sucesivas hasta que se elimine el defecto. Otra razón por la que las caídas de tensión pueden tener una duración superior a 0,5 segundos es el arranque de motores eléctricos locales (por ejemplo, los ascensores o las sirenas de las alarmas de incendios de las estaciones centrales producen caídas cíclicas en la red de distribución vecina).

Algunas consecuencias y soluciones

Entre las numerosas consecuencias no deseadas de las caídas de tensión pueden citarse las siguientes:

• En función de la gravedad de la caída y del tipo de cargas en una determinada instalación, existe el riesgo de que se produzca un aumento considerable de la intensidad cuando se restablezca la tensión normal, con el consiguiente disparo de los interruptores automáticos principales.
• Una solución posible sería un esquema con deslastrado automático y reconexión escalonada de los aparatos que requieran elevadas corrientes de rearranque.
• En aplicaciones completamente informatizadas, control de máquinas-herramientas, procesos, etc., las caídas de tensión resultan inaceptables, puesto que puede perderse la información o destruirse un programa, con consecuencias catastróficas. Se puede tolerar un cierto grado de variación de la tensión y con este fin se incorporan circuitos estabilizadores de la tensión, pero la solución universal para instalaciones importantes es el uso de sistemas de alimentación sin interrupción (UPS) basados en acumuladores de carga lenta e inversores y asociados con generadores diesel controlados automáticamente.
• En el caso de un motor eléctrico, la deceleración durante una caída de tensión provocará que su fuerza electromotriz probablemente se encuentre desfasada cuando se restablezca la tensión. Esto constituye una condición de cortocircuito, con el consiguiente flujo elevado de corriente. En algunos casos pueden producirse pares transitorios excesivos, con el riesgo de que se dañen los ejes, acoplamientos, etc. Una solución habitual consiste en instalar motores de gran inercia y elevado par máximo siempre que lo permita la carga accionada.
• Algunos tipos de lámparas de descarga (especialmente las lámparas de vapor de mercurio) utilizadas en el alumbrado público se apagan por debajo de un determinado nivel de tensión y requieren varios minutos (para enfriarse) antes de volver a encenderse. La solución consiste en utilizar otros tipos de lámparas o mezclar lámparas que no se apaguen, en un número suficiente para mantener un nivel de iluminación seguro. Véase el capítulo N (UPS).

Sobretensiones

Se pueden evitar los efectos dañinos de las sobretensiones.

En el caso de sobretensiones a la frecuencia del sistema de alimentación:

• Asegurando que los equipos en cuestión cuenten con una capacidad adecuada de resistencia a sobretensiones.
• Mediante el uso de dispositivos limitadores de tensión cuando resulte necesario, en un esquema de aislamiento coordinado adecuadamente. Estos dispositivos siempre son necesarios en las aparamentas a tierra IT.

Para sobretensiones transitorias (por lo general de tipo impulso), mediante:

• Una coordinación eficaz del esquema de aislamiento.
• Pararrayos.

Ver 9ª PARTE