Coordinacion

NTRODUCCIÓN

Las instalaciones eléctricas industriales, por su tamaño y complejidad, son en ocasiones tan importantes como los sistemas eléctricos de potencia y el uso de las técnicas de análisis que se utilizan en este pueden ser también aplicadas a las instalaciones industriales.

Los estudios principales de análisis en instalaciones industriales incluyen:

Estudios y cálculos de corto circuito.

Selección de dispositivos de protección.

Coordinación de dispositivos de protección.

Arranque de motores, estudios de caída de voltaje y corrección del factor de potencia.

Etc.

El principal objetivo de este tipo de estudios, es proporcionar a los técnicos una fuente de información simple y relativamente económica para instalaciones industriales y comerciales, de manera que satisfagan los requerimientos de:

Seguridad.

Confiabilidad en el servicio.

Calidad en el suministro de le energía.

Diseño de instalaciones fáciles de operar y mantener.

Facilidad en la ampliación, cuando sea necesario.

Costos iniciales y de operación mínimos.

CRITERIOS GENERALES DE PROTECCIÓN DE LOS SISTEMA ELÉCTRICOS.

Las condiciones de operación anormales contra las que se deben de proteger los sistemas eléctricos, son el corto circuito y las sobrecargas. El corto circuito puede tener su origen en distintas formas, por ejemplo, fallas de aislamiento, fallas mecánicas en el equipo, fallas en el equipo por sobrecargas excesivas y repetitivas, etc. Las sobrecargas se pueden presentar también por causas muy simples, como pueden ser instalaciones inapropiadas, operación incorrecta del equipo, por ejemplo arranques frecuentes de motores, ventilación deficiente, periodos largos de arranque de motores, etc.

En el diseño de los sistemas eléctricos, se han desarrollado varias técnicas para minimizar los efectos de las anormalidades que ocurren en el mismo, de tal forma, que se diseña el sistema para que sea capaz de:

Aislar rápidamente la porción afectada del sistema, de tal forma que se minimice el efecto y se mantenga el servicio tan normal como sea posible.

Reducir tanto como sea posible el valor de la corriente de corto circuito para reducir los daños potenciales al equipo o partes de la instalación.

Proveer al sistema siempre que sea posible, de medios de recierre automático, para minimizar la interrupción del servicio durante fallas de tipo transitorio.

De acuerdo a lo anterior, la función de un sistema de protección, se puede definir como “La detección y pronto aislamiento de la porción afectada del sistema, ya sea que ocurra un corto circuito, o bien otra condición anormal que puede producir daño a la parte afectada, al personal o a la carga que alimenta”.

La coordinación, es la selección o ajustes, o ambas cosas, de los dispositivos de protección, para aislar la parte afectada del sistema cuando ocurre alguna anormalidad. Este debe ser un aspecto importante que se debe considerar un cualquier sistema eléctrico bien diseñado.

El estudio de coordinación de protecciones de la instalación eléctrica, consiste en un análisis organizado de tiempo - corriente de todos los dispositivos en serie, desde el dispositivo general de protección contra sobre corriente hasta el del circuito derivado de cada una de las cargas. Este estudio es una comparación del tiempo que toman los dispositivos individuales en operar cuando ciertos niveles de corriente normal o anormal pasan a través de los dispositivos de protección.

El objetivo es determinar las características, capacidades y dispositivos de protección de sobre corriente, los cuales aseguran que la carga mínima sin falla (es decir la que continua operando), se interrumpa cuando el dispositivo de protección aísle una falla o sobrecarga en cualquier parte del sistema. Al mismo tiempo, los dispositivos seleccionados proveerán protección satisfactoria contra sobrecargas en el equipo e interrumpirán los circuitos cortos tan rápidamente como sea posible.

Fundamentos de coordinación de protecciones

Mediante un estudio de coordinación de protecciones se tiene la posibilidad de determinar las capacidades y ajustes de los diversos dispositivos de protección contra sobre corriente y corto circuito que se utilizan en un sistema eléctrico

Una apropiada coordinación implica una secuencia de operación adecuada de los equipos de protección instalados en serie, ya que de lo contrario puede ocurrir una operación simultánea innecesaria.

Cuando dos o más dispositivos de protección se utilizan en un sistema, el más cercano a la falla del lado de la fuente es el dispositivo protector ( protección primaria), y el siguiente más cercano del lado de la alimentación es el dispositivo protegido ( protección secundaria o de respaldo). En la figura siguiente se indican estos dos conceptos.

Si ocurre una falla, debe de interrumpirse de inmediato el flujo de corriente que se dirige hacia la zona fallada, sin suspender el suministro de energía a las secciones restantes del sistema. Para lograr esto, los equipos de protección deben ser selectivos, es decir, debe operar únicamente el que se localice en un punto inmediato anterior a la falla (tomando como referencia la dirección a la fuente). Si no sucede así, el dispositivo siguiente debe de actuar interrumpiendo el circuito afectado.

Denominación de las protecciones por su ubicación respecto a la falla

Cabe señalar que cuando la protección primaria no cumple su cometido y por tal razón opera la protección secundaria, la protección del circuito eléctrico que se ve afectada es más extensa, sin embargo, esta situación es preferible puesto que si no es aislada la falla producirá mayores daños al equipo y consecuentemente grandes pérdidas económicas e inclusive humanas.

Información requerida para efectuar el estudio de coordinación

- Un diagrama unifilar del sistema de distribución que indique la ubicación y características de los dispositivos de protección instalados en el sistema; la potencia, las tensiones nominales, la impedancia, y las conexiones del primario y del secundario de los transformadores; las capacidades nominales, reactancias y demás datos incluidos en la placa de los motores y generadores ; la longitud, calibre, disposición y tipo de canalización de los conductores.

- Un estudio de cortocircuito para conocer los valores máximos y mínimos de corriente de falla que se espera fluyan por los dispositivos de protección.

- Las curvas de corriente - tiempo correspondientes a los dispositivos de protección involucrados en el estudio de coordinación.

- Conocer las características de operación, tanto las normales como las anormales, de todo el equipo del sistema, con el fin de marcar los límites para determinar las zonas de operación de las protecciones ; tales datos se conocen como límites de protección y entre otros conceptos están comprendidos : la corriente nominal, sobrecargas tolerables, corriente de cortocircuito, etc.

- Requisitos y recomendaciones establecidas por los diferentes códigos e instituciones especializadas como son : el Código Eléctrico Nacional (NEC), el Instituto Nacional Americano de Normas (ANSI), la Asociación Nacional de Fabricantes de Equipo Eléctrico (NEMA), el Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica ( IEEE.), etc.

- Finalmente cuando se tiene la información anterior, se trazan sobre una hoja de papel logarítmico, los límites de protección y las curvas corriente - tiempo de los diferentes dispositivos de protección colocados en serie, iniciando con el dispositivo más cercano a la carga hasta llegar a la protección principal del sistema. Con esto se puede verificar si existe selectividad en la operación de tales protecciones, en caso contrario, debe realizarse los ajustes correspondientes para lograr ese objetivo.

La coordinación selectiva se logra cuando no hay superposición entre las curvas de operación de los dispositivos de protección, y existe un espacio razonable entre ellas.

En algún espacio que no interfiera para interpretación de las gráficas, se dibuja un diagrama unifilar de la sección considerada del sistema. En el diagrama debe de indicarse los lugares de posibles fallas, así como su valor calculado. También deben señalarse las principales características del equipo involucrado en dicha sección, anotando además los ajustes requeridos para los dispositivos de protección. Es muy importante para poder interpretar las gráficas, indicar en el eje horizontal el nivel de tensión al cual están referidos los valores de corriente.

La escala de corriente que debe de ser utilizada en la hoja de papel logarítmico-logarítmico, depende de las diferentes tensiones que se tengan en el sistema. Se trata siempre que la elección de dicha escala, se haga de tal forma que sean simplificadas las operaciones aritméticas que

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