Complementos técnicos
Medida y control en las
instalaciones eléctricas.
Compensación de la energía
reactiva
04-05
Catálogo
Complementos técnicos
Medida y control en las
instalaciones eléctricas.
Compensación de la energía
reactiva
Schneider Electric 1 Protección con dispositivos diferenciales Vigirex. . . 1/2 Producto Vigirex. . . 1/12 Vigilancia de las corrientes de fuga mediante dispositivos diferenciales. . . 1/34 Anexo I: Definiciones y glosario . . . 1/40
Complementos técnicos de protección diferencial
1
Introducción . . . 2/2 La gestión de la energía eléctrica . . . 2/3 Fenómenos de no calidad . . . 2/8 Indicadores de calidad: Umbral crítico de cada perturbación . . . 2/20 Efectos de las perturbaciones sobre cargas . . . 2/22 Soluciones para mejorar la calidad de la energía eléctrica . . . 2/26 Casos ejemplo. Soluciones . . . 2/30 Anexo I: Calidad de servicio (Real Decreto 1955/2000) . . . 2/45 Anexo II: Definiciones . . . 2/49
Complementos técnicos de calidad de la energía
2
Información técnica
Compensación de energía reactiva: generalidades . . . 3/2 Compensación fija . . . 3/14 Compensación automática . . . 3/20
Compensación y armónicos
Generalidades sobre armónicos . . . 3/32 Análisis armónico de una instalación . . . 3/34 Instalación de condensadores en una red con armónicos . . . 3/35 Las peculiaridades del 3.er armónico . . . 3/36 Causas y efectos de los armónicos . . . 3/38 Soluciones a la compensación en presencia de armónicos . . . 3/39 Normativa referente a armónicos . . . 3/41 Ficha para realización de un preestudio armónico . . . 3/44
Información técnica. Compensación y armónicos
3
Complementos técnicos
Medida y control en las instalaciones eléctricas.
Compensación de la energía reactiva
1
Indice
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos diferenciales Vigirex
Protección de las personas... 1/2 La norma CEI 60479 ... 1/2 La norma de instalación CEI 60364 ... 1/3 Tipo de contacto ... 1/4
Esquemas de conexión a tierra... 1/5 Esquema TT ... 1/5 Esquema TN ... 1/6 Esquema IT ... 1/7
Protección de bienes: riesgo de incendio... 1/8 Análisis del riesgo ... 1/8 Normas de instalación ... 1/9
Perturbaciones de las redes... 1/10 Corrientes de fuga a tierra ... 1/10 Incidencia en la instalación de los dispositivos diferenciales ... 1/11
Producto Vigirex
Principio de los dispositivos diferenciales... 1/12 Clases de sensibilidad de los dispositivos diferenciales ... 1/12 Corriente de funcionamiento/no funcionamiento de un dispositivo
diferencial ... 1/12 Medida de las corrientes diferenciales ... 1/13
Medida de las corrientes diferenciales... 1/14 Caracterización de los toroidales ... 1/14 Resistencia a los cortocircuitos ... 1/15 Resistencia a las sobretensiones ... 1/15 Caracterización de los relés de medida: inmunidad a las corrientes de fuga natural ... 1/16 Medida rms ... 1/17 Curva I∆n/tiempo de los relés no temporizados ... 1/17 Garantía de no funcionamiento hasta 0,8 I∆n ... 1/17 Caracterización de los relés de medida: medida de las corrientes
con perturbaciones con componentes continuos ... 1/18 Elección de los dispositivos diferenciales de tipo industrial ... 1/19 Caracterización del conjunto de relés y toroidales: integridad
de la medida ... 1/20 Resistencia a los huecos de tensión ... 1/21
Puesta en servicio... 1/22 Continuidad de servicio: selectividad de los dispositivos diferenciales .. 1/22 Protecciones particulares ... 1/24 Protección de bienes ... 1/25
Schneider Electric 1/1
1
Esquema de única fuente: dispositivo diferencial en cabecerade instalación ... 1/28 Esquema de varias fuentes en TT ... 1/28 Esquema de varias fuentes en TN ... 1/29 Recomendaciones de instalación de los toroidales ... 1/30 Entorno con perturbaciones ... 1/31
Preguntas y respuestas... 1/32 Ajuste de los dispositivos diferenciales en instalaciones con corrientes de fuga elevadas ... 1/32
Vigilancia de las corrientes de fuga mediante dispositivos
diferenciales
... 1/34 Consecuencia de un fallo de aislamiento en el conductor neutro ... 1/35 Medidas de las corrientes de fuga ... 1/36 Esquema de aplicación con RHUs o RHU ... 1/37 Esquemas de aplicaciones RMH ... 1/38Anexo I: Definiciones y glosario
... 1/40Indice
Complementos técnicos
de protección diferencial
(continuación)
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos
diferenciales Vigirex
Protección de las personas
Los efectos fisiopatológicos de la corriente eléctrica en el hombre (tetanización, que-maduras externas e internas, fibrilación ventricular y paros cardíacos) dependen de distintos factores: características fisiológicas del ser humano en cuestión y del entorno (húmedo o seco, por ejemplo), así como de las características de la corriente que re-corre el cuerpo.
La norma CEI 60479
Los expertos del Comité Electrotécnico Internacional (CEI) han analizado el problema con el fin de unificar, a nivel internacional, sus puntos de vista y de crear una norma (la norma CEI 60479) que defina científica y concretamente los efectos de la corriente en el cuerpo humano.
Incidencia de la intensidad de la corriente
La siguiente figura describe los efectos de la corriente eléctrica CA en el cuerpo hu-mano.
E89509
Zona de tiempo/corrientes (CEI 60479-1).
Los riesgos de no soltar, de paro respiratorio o de fibrilación cardíaca aumentan pro-porcionalmente al tiempo de exposición del cuerpo humano a la corriente eléctrica. bbb
b Zona 1.
– 0,5 mA umbral de percepción: este umbral corresponde a la percepción de una co-rriente que recorre el cuerpo humano durante un tiempo infinito. Las posibles moles-tias no se definen.
bbb b Zona 2.
Ningún efecto fisiológico peligroso hasta el umbral de no soltar (curva B). b Zona 3 (situada entre las curvas B y C1).
Para las personas que se encuentran en esta situación, no existe por lo general nin-gún daño orgánico, pero las molestias que puede sentir son importantes:
B - 10 mA umbral de no soltar: umbral de corriente que se sitúa en la asíntota de una curva denominada “curva de no soltar” durante un tiempo infinito.
C1 - 30 mA umbral de fibrilación ventricular: por debajo de este umbral no existe ries-go de fibrilación ventricular (esto es, no hay riesries-go de paro cardíaco) durante un tiem-po infinito.
b Zona 4 (situada a la derecha de la curva C1).
Además de los efectos de la zona 3, pueden producirse efectos fisiopatológicos como paradas del corazón, paros respiratorios o quemaduras graves. Concretamente, la probabilidad de fibrilación ventricular es:
v De un 5% entre las curvas C1 y C2. v Inferior al 50% entre las curvas C2 y C3. v De más del 50% por encima de la curva C3.
0,1 0,2 1 2 5 10 100 1.000 2.000 5.000 (mA) 1 2 3 4 0,5 mA 30 mA T(ms) 10.000 5.000 2.000 1.000 500 200 100 50 20 10 B C1 C2 C3
1/3 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos
diferenciales Vigirex
Protección de las personas (continuación)
Incidencia de la frecuencia de la corriente
Las normas CEI 60479-1 y CEI 60479-2 definen la sensibilidad a la fibrilación del cuerpo humano en función de la frecuencia.
Umbrales de corriente en función de la frecuencia
Frecuencia (Hz) Percepción (mA) No soltar (mA) Fibrilación (mA)
CC 2 – 100 50 0,5 10 40 100 0,5 10 80 300 0,6 12 180 1.000 1 17 560 3.000 2 23 – 5.000 4 32 – 10.000 6 50 – >10.000 100 – –
La norma de instalación CEI 60364
Tensión de contacto / tiempo de corteb La norma de instalación CEI 60364-4-41 establece las reglas de seguridad que de-ben aplicarse en una instalación eléctrica de BT:
v Convirtiendo los valores corriente que atraviesa / tiempo de exposición de la curva anterior en los valores tensión de contacto / tiempo de contacto que no se deben superar. Los valores están relacionados con las condiciones del entorno (seco o hú-medo) de la instalación.
v Estableciendo las técnicas y los esquemas de funcionamiento para evitar (o gestio-nar) las tensiones peligrosas relativas a un fallo de aislamiento.
b Definen el valor límite de la tensión de contacto UL peligrosa: v UL = 50 V para un entorno seco (caso general).
v UL = 25 V para un entorno húmedo.
b Se derivan 2 tipos de funcionamiento para una instalación de BT:
v Funcionamiento con una tensión de empleo inferior a la tensión límite: en caso de fallo de aislamiento, sin acciones particulares.
v Funcionamiento con una tensión de empleo superior a la tensión de contacto (caso general): en caso de fallo de aislamiento, desconexión automática de la parte peligro-sa de la instalación en un tiempo determinado (ver la tabla siguiente).
Tiempos de corte máximos del dispositivo de protección
Tensión simple U0 (V) Corriente CA Corriente CC
U0i 50 5 s 5 s
50 V < U0 i 120 V 0,8 s 5 s
120 V < U0i 230 V 0,4 s 5 s
230 V < U0i 400 V 0,2 s 0,4 s
U0 > 400 V 0,1 s 0,1 s
Las normas de instalación de cada país interpretan esta tabla en función del esquema de conexión a tierra.
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos
diferenciales Vigirex
Protección de las personas (continuación)
Tipo de contacto
Las normas y los reglamentos distinguen dos tipos de contactos potencialmente peli-grosos y precisan las medidas de protección correspondientes:
E89516
b El contacto directo: contacto de las personas con conductores activos (fase o neu-tro) o elementos conductores normalmente en tensión.
La protección contra este riesgo queda normalmente garantizada por el aislamiento de las partes activas por medio de barreras, pantallas o envolventes (según la norma CEI 60364-4-41). Estos dispositivos tienen carácter preventivo y pueden presentar fa-llos. Para paliar este riesgo, se utiliza una medida de protección complementaria de corte automático instalando un dispositivo diferencial de alta sensibilidad. Su umbral de disparo se fija en 30 mA en corriente alterna (CEI 60364-4-41) y en 60 mA en co-rriente continua.
La sensibilidad de las protecciones diferenciales que se basan en el umbral de una corriente de 30 mA que atraviesa el cuerpo, permite alcanzar un nivel de seguridad muy elevado y conservar una buena continuidad de servicio.
Contacto directo.
E89656
Comparación de la sensibilidad entre 10 mA y 30 mA
Un dispositivo diferencial ajustado a un umbral de 10 mA se disparará de forma lige-ramente más rápida que un dispositivo diferencial de 30 mA.
Por el contrario, un umbral a 10 mA aumentará fuertemente el riesgo de degradación de la continuidad de servicio por disparo imprevisto debido a las corrientes de fuga natural.
Comparación del disparo entre 10 mA y 30 mA.
E89517
b El contacto indirecto: contacto de las personas con masas conductoras, normal-mente fuera de potencial, puestas accidentalnormal-mente en tensión. Esta puesta en tensión se deriva del fallo de aislamiento de un aparato o de un conductor que provoca un de-fecto de aislamiento.
Este riesgo eléctrico está en función de la tensión de contacto que se desarrolla entre la masa del equipo que presenta el defecto y la tierra u otras masas conductoras si-tuadas cerca.
La fabricación de aparatos de protección que utilizan umbrales fisiológicos como los definidos por la norma CEI 60479 y que cumplen las reglas de la norma CEI 60364, ha permitido realizar instalaciones eléctricas seguras.
Contacto indirecto. Uc Detección I(A) 220 mA 30 10 0 t(s) I(mA) Ganancia 0,3 ms t(s) Uc
1/5 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos
diferenciales Vigirex
Esquemas de conexión a tierra
Para definir las protecciones que deben instalarse, las normas de instalación proponen, en el caso de una gestión de defectos peligrosa por corte automático de la instalación, diferentes esquemas de conexión a tierra.
Para obtener más información, ver los Cuadernos técnicos n.os 172, 173 y 178. Para las redes eléctricas de BT, existen tres tipos de esquemas de conexión a tierra (ECT) generalmente denominados regímenes de neutro.
La corriente de defecto a tierra es:
b Peligrosa y análoga a un fallo de cortocircuito: ECT TN o IT 2.o defecto con una sola puesta a tierra de las masas.
b Peligrosa y está limitada por las impedancias de tierra: ECT TT o IT 2.o defecto con puestas a tierra distintas.
b No peligrosas y muy débiles; están limitadas por la impedancia natural de fuga en ECT IT en el primer defecto.
La utilización de una protección diferencial sólo es necesaria de hecho en caso de que la corriente de defecto de aislamiento sea peligrosa y de bajo valor: por este motivo en ECT TT la protección diferencial es casi obligatoria y en los demás ECT sólo se emplea en caso de que las demás protecciones no sean eficaces.
Esquema TT
E89608
En este tipo de esquema:
b El neutro de la fuente está conectado a una toma de tierra distinta de la de las masas. b Todas las masas protegidas por un mismo dispositivo de corte deben conectarse a una misma toma de tierra.
Características
b La corriente de los defectos de aislamiento es baja y está limitada por las resisten-cias de tierra (algunos amperios).
b Un defecto de aislamiento puede presentar un riesgo de electrocución: el esquema TT obliga a realizar un corte inmediato.
b Las protecciones de sobreintensidades no pueden garantizar la protección contra los fallos de aislamiento (ya que la corriente de defecto es demasiado baja): es nece-sario utilizar un dispositivo diferencial, aparato destinado a la vigilancia de defectos de aislamiento.
Instalación de los dispositivos diferenciales
Un dispositivo diferencial debe colocarse en el origen de la instalación: bbb
b Ajuste de los umbrales de los dispositivos diferenciales. La regla que debe respetarse obligatoriamente es I∆n y UL / R: v UL es la tensión de seguridad asignada para la instalación eléctrica.
v R es el valor de la resistencia de la toma de tierra de las masas situadas aguas aba-jo del dispositivo diferencial.
Valor máximo de la toma de tierra en función de la corriente asignada del dispositivo diferencial
Esquema TT.
Corriente diferencial-residual máxima asignada del dispositivo diferencial (I∆n)
Valor máximo de la resistencia de la toma de tierra de las masas (ohmios) Sensibilidad baja 20 A 2,5 10 A 5 5 A 10 3 A 17 Sensibilidad media 1 A 50 500 mA 100 300 mA 167 100 mA 500 Sensibilidad alta y 30 mA > 500
Nota: Si la resistencia de tierra es > 500 Ω el dispositivo diferencial se ajusta en 30 mA. L1
L2 L3 N
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos
diferenciales Vigirex
Esquemas de conexión a tierra (continuación)
bbbb Ajuste de las temporizaciones de los dispositivos diferenciales. Tiempo de corte máximo del dispositivo de protección
ECT TT
Tensión simple U0 (V) Corriente CA Corriente CC
50 V < U0i 120 V 0,3 s 5 s
120 V < U0i 230 V 0,2 s 0,4 s
230 V < U0i 400 V 0,07 s 0,2 s
U0 > 400 V 0,04 s 0,1 s
Con el fin de aplicar la selectividad entre los dispositivos diferenciales, se admite un tiempo de funcionamiento al menos igual a 5 s en los circuitos de distribución.
Esquema TN
E89609
En este tipo de esquema:
b El punto de neutro de BT de cada fuente está conectado directamente a tierra. b Todas las masas de la instalación están conectadas a tierra (y por lo tanto al neutro) a través de un conductor de protección:
v PE distinto del conductor de neutro; se trata del esquema TN-S. v O PEN común con el conductor de neutro; se trata del esquema TN-C. Características
b La corriente de fallo es muy importante y sólo está limitada por las impedancias de los cables (algunos amperios).
b Un fallo de aislamiento puede presentar un riesgo de electrocución: el esquema TN obliga a realizar un corte casi inmediato; un fallo de aislamiento es análogo a un cor-tocircuito monofásico fase-neutro. Las protecciones de sobreintensidades se pueden utilizar para garantizar la protección contra los defectos de aislamiento si respetan el tiempo de intervención que establece la norma.
Los tiempos de respuesta obligatorios se indican en la siguiente tabla. Utilización de dispositivos diferenciales (sólo en TN-S)
Tiempo de corte máximo del dispositivo de protección
ECT TN
Tensión simple U0 (V) Corriente CA Corriente CC
E89518
50 V < U0i 120 V 0,8 s 5 s
120 V < U0i 230 V 0,4 s 5 s
230 V < U0i 400 V 0,2 s 0,4 s
U0 > 400 V 0,1 s 0,1 s
Si la impedancia de bucle es demasiado elevada (gran longitud de cable) o si la po-tencia de cortocircuito de la fuente es demasiado baja (caso de un funcionamiento en un grupo electrógeno GE), la utilización de un dispositivo diferencial de baja sensibi-lidad puede resultar útil.
bbb
b Regulación de los umbrales de los dispositivos diferenciales:
v Para grandes longitudes de cable: el valor de disparo que se debe tener en cuenta viene determinado por el valor de la corriente de cortocircuito homopolar: ésta puede estimarse por defecto igual a I∆n y 0,8 U0 / Rf+ RPE.
Nota: No existen limitaciones de regulación, incluso si la impedancia de bucle es elevada (no suele superar la décima parte de un ohmio), de lo que se deriva una limitación de la corriente de regu-lación raras veces inferior a 1.000 A.
Este principio de utilización de los dispositivos diferenciales es análogo al que impone el NEC, de-nominado Ground Fault Protection (ver la protección contra incendios) ya que se trata en realidad de controlar en un régimen TN-S la impedancia del bucle de defecto (ver la guía para expertos n.o 2 GFP).
v Para una protección en una alimentación por GE: el cálculo anterior es válido si la salida en cuestión tiene baja potencia con respecto a la del GE, de lo contrario, será necesario limitar el valor de regulación a I∆n y 3 IN.
bbb
b Regulación de las temporizaciones de los dispositivos diferenciales. Los dispositivos diferenciales se deben disparar en tiempos que sean compatibles con la tabla anterior.
Esquema TN-C. L1 L2 L3 N PE L1 L2 L3 PEN Esquema TN-S.
1/7 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos
diferenciales Vigirex
Esquemas de conexión a tierra (continuación)
Esquema IT
E89610
En este tipo de esquema:
b El neutro del transformador está:
v Aislado de la tierra (neutro aislado), o bien.
v Conectado a tierra a través de una impedancia elevada (neutro impedante). b Las masas de la instalación están:
v Todas interconectadas y conectadas a la misma toma de tierra.
v Interconectadas por grupo y cada grupo de masa conectado a una misma tierra. Características
b El primer defecto de aislamiento no obliga normalmente a realizar ningún corte. Este defecto debe detectarse y señalarse y a continuación repararse para que no se produzca un segundo defecto de aislamiento en otro conductor activo, para lo que se necesitaría entonces un disparo inmediato.
b ECT IT 2.o defecto de las tierras que no están interconectadas.
Las disposiciones que deben tomarse son idénticas a las del esquema TT con una o varias puestas a tierra.
b ECT IT 2.o defecto de tierras interconectadas.
Las disposiciones que deben adoptarse son idénticas a las del esquema TN-S. Utilización de los dispositivos diferenciales
b ECT IT en el 1.er defecto.
Si se instalan los dispositivos de sensibilidad media, la regulación de los dispositivos diferenciales debe ser igual, al menos, al doble del valor de la corriente que circula cuando se produce un primer defecto.
Nota: Las corrientes del 1.er defecto pueden alcanzar 1 A según la dimensión de la red (ver el Cua-derno técnico N.o 178). Esquema IT. L1 L2 L3 N PE
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos
diferenciales Vigirex
Protección de bienes: riesgo de incendio
Los dispositivos diferenciales son equipos eficaces que garantizan este tipo de pro-tección, ya que únicamente el nivel de la corriente de fuga permite controlar el riesgo. Para los esquemas TT, IT y TN-S, el riesgo de incendio de origen eléctrico queda paliado por la utilización de dispositivos diferenciales de 300 mA.
Análisis del riesgo
b De un estudio realizado por una compañía de seguros contra incendios en entornos industriales y de oficinas en los años 80-90 en Alemania se desprende:
v Que el coste era muy elevado: varias centenas de millones de euros.
v Un crecimiento del 600% del importe de los siniestros bastante superior al del PNB (en 20 años > 2 veces el PNB).
La percepción del riesgo de incendio es una necesidad no sólo en el plano de la se-guridad sino también en el económico.
E89655
Origen de los incendios en los edificios.
El análisis de los fenómenos ha demostrado que el riesgo de incendio de origen eléc-trico (que es del orden del 40% de las causas de los siniestros) es una causa impor-tante.
b Del análisis se derivan 2 causas principales:
v La 1.a causa importante se debe a creaciones y recorridos de arcos eléctricos en presencia de humedad. Estos arcos sólo pueden desarrollarse con bucles de defectos impedantes (> 0,6 Ω) y aparecen únicamente con defectos de aislamiento o con co-rrientes parásitas. Es suficiente poca energía para activar este fenómeno (algunos julios), es decir, una corriente de defecto de aislamiento o una corriente parásita u 300 mA presentan un riesgo real de incendio.
E89660
E89659
Algunos ensayos han demostrado que puede desarrollarse una corriente de fuga de aislamiento de bajo valor (algunos mA) y, a partir de una corriente de 300 mA, generar en un entorno de polvo húmedo una salida de incendio.
v La 2.a causa está relacionada con los calentamientos no controlados generados por protecciones de canalizaciones mal ajustadas o impedancias de bucle de defecto mal evaluadas (principalmente debidas a la obsolescencia y falta de mantenimiento de la instalación). Las protecciones térmicas que no desempeñan correctamente su función y los calentamientos excesivos debidos a las sobreintensidades o a los cortocircuitos se producen en la instalación y conllevan un incendio.
Fuego 37% Rayos 7% Explosión 1%
Accidentes 7% Cigarrillos 6% Otros 7% Electricidad 41% Id < 300 mA Polvo húmedo Salida de incendios Aislante Conductor Pequeña descarga Masa metálica Polvo húmedo Id < 300 mA
1/9 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos
diferenciales Vigirex
Protección de bienes: riesgo de incendio (continuación)
Normas de instalación
b La norma de instalación CEI 60364-3 define las diferentes categorías de edificios. Concretamente, en su apartado 322.5, las caracteriza con respecto a los riesgos, es decir:
v BE2: riesgo de incendio. v BE3: riesgo de explosión.
Precisa las exigencias particulares que deben aplicarse, bien para esta categoría de edificios, o bien:
v En el apartado 422.3.10 de la norma CEI 60364-4-42, la utilización de dispositivos diferenciales con umbral regulado a 500 mA: está en curso una evolución hacia el va-lor de 300 mA.
v En el apartado 422.3.13 de la norma CEI 60364-4-42, prohibición de instalación del esquema TN-C.
De forma general, recomienda la utilización de los dispositivos diferenciales para to-dos los tipos de instalación de BT, como los dispositivos de prevención de riesgos de incendio.
b El National Electrical Code (NEC) (norma de instalación en EE.UU.) obliga a utilizar GFP. El esquema TN-S según NEC no permite controlar la impedancia de bucle de defecto de aislamiento (es el caso típico de la segunda causa de defecto que conlleva disparos de incendio). Con este equipo GFP se pretende obtener un disparo rápido antes de que el defecto genere una corriente importante y destructiva. Los ajustes de los umbrales abarcan desde algunos centenares de amperios hasta 1.200 amperios. Nota: La protección GFP, para valores de umbrales de hasta 250 A, puede realizarse mediante un dispositivo diferencial de tipo Vigirex.
E89658
Bucle de defecto mal controlado en un esquema NEC. Tornillo mal apretado
calentamiento inicio de incendio N
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos
diferenciales Vigirex
Perturbaciones de las redes
Corriente de fuga a tierra
Capacidad de fuga de los cables
Las capacidades parásitas de los cables originan una corriente de fuga permanente denominada “corriente de fuga natural”; una parte de la corriente de las capacida-des no vuelve a la fuente en los conductores activos.
E89505
Corriente de fuga permanente por las capacidades parásitas de los conductores (línea discontinua). Esta corriente de fuga se “reparte” por toda la instalación.
El orden de magnitud de la capacidad entre un cable y la tierra es de 150 pF/m. En los equipos trifásicos, las asimetrías entre fases acentúan los fenómenos.
Capacidad de fuga de los receptores
Las cargas no lineales, principalmente las que conllevan rectificadores estáticos, ge-neran corrientes armónicas de BF y AF. Para limitar la contaminación EM (y respetar los niveles de entorno EM de las normas CEI 61000), estos equipos cuentan con fil-tros RFI que están directamente conectados a tierra.
Estos filtros aumentan la corriente permanente de fuga a tierra. La corriente de fuga se denomina “corriente de fuga intencional”.
Nota: Este fenómeno aumenta con la presencia de tensiones armónicas de BF, que acentúan la circulación de las corrientes de modo común.
E89508
Capacidades entre conductores activos y tierra.
Los condensadores situados en la entrada de equipos electrónicos tienen una capa-cidad del orden de 10 a 100 nF.
Nota: En IT, deben tomarse precauciones adicionales relativas a la colocación de los filtros RFI.
Capacidades de fuga / orden de magnitud
Dispositivo Capacidad de modo
diferencial
Capacidad de modo común
Cable estándar (sin blindar) 20 pF/m 150 pF/m
Cable blindado 30 pF/m 200 pF/m
Convertidor de frecuencia Aprox. 100 µF (con rectificador)
De 10 a 100 nF
L1
N
1/11 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Protección con dispositivos
diferenciales Vigirex
Perturbaciones de las redes (continuación)
E89507
El entorno y las cargas de una red eléctrica de BT generan 3 tipos principales de perturbaciones que influyen en las corrientes de fuga a tierra de las redes: bbb
b Perturbaciones de tipo sobretensión. Rayos, sobretensión de maniobra.
E89506
Ejemplo de perturbación de modo común.
Niveles de sobretensión / orden de magnitud
Tipo Amplitud (Un)
o kV Duración Frecuencia o tiempo de subida Defecto de aislamiento y 1,7 30 - 1000 ms 50 Hz Maniobra 2 - 4 1 - 100 ms 1 - 200 kHz Rayo de 2 a 8 kV (1) 1 - 100 µs 1 µs Descarga electrostática 8 kV 1-10 µs 25 ns
(1) Según la posición en la instalación.
Éstas, a través de las capacidades de fuga naturales de la red, conllevan corrientes de fuga transitorias más o menos importantes.
E92124
bbb
b Corrientes armónicas.
Las corrientes de BF y AF pueden ser significativas (ver el diagrama contiguo “varia-dor de frecuencia”). Estas corrientes armónicas deben considerarse para evaluar la corriente de fuga a tierra natural y/o intencional y aplicar un ajuste del umbral de los dispositivos diferenciales que no provoque funcionamientos defectuosos.
bbb
b Forma de onda de las corrientes de defecto.
Además de los problemas de las corrientes de fuga a tierra, en caso de defecto de aislamiento, pueden crearse corrientes de defecto con componente continua. El dis-positivo diferencial no debe verse “perturbado” ni afectado por este tipo de defecto.
E92112
Incidencia en la instalación de los dispositivos diferenciales
Estos fenómenos tienen como consecuencia la creación de corrientes de fuga a tierra importantes (transitorias o permanentes).El dispositivo diferencial no debe disparar por estas corrientes de fuga cuando no sean peligrosas.
Es necesario configurar la regulación de la protección de las personas en caso de con-tacto indirecto en función de la corriente de fuga presunta.
Ir1 A 0 2 4 6 -2 -4 -6 t(s) 0,02 0,04 0 10 L1 L2 L3 N I modo común Receptor Sobretensión Amplitud Rango de armónicos 100 % 80 60 40 20 0 1 3 5 7 9 11 13
Corriente diferencial residual al manejar un interruptor.
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Principio de los dispositivos diferenciales
Los Vigirex están principalmente destinados a proteger los bienes y las personas en entornos industriales, terciarios o similares.
Los dispositivos diferenciales de las gamas Vigirex utilizan el principio: b De un relé electrónico alimentado por una fuente auxiliar.
b De una medida por un toroidal separado.
En ausencia de defecto de aislamiento, la suma algebraica de las corrientes en los conductores activos es nula.
En caso de defecto de aislamiento, esta suma ya no es nula y la corriente de defecto induce en el toroidal un campo magnético que genera una corriente en el secundario. Esta corriente se controla a través de un circuito de medida y, si supera un umbral fi-jado durante un intervalo de tiempo superior a la temporización intencional estableci-da, se transmite una orden de apertura al elemento de corte de la corriente. Cumplen la norma CEI 60947-2.
Dichas normas definen las diferentes características y los tests de conformidad que se deben realizar para estos productos.
E90125
Principio de los dispositivos diferenciales.
Clases de sensibilidad de los dispositivos diferenciales
La puesta en servicio de un relé electrónico permite contar con una amplia gama de regulación de sensibilidades y temporizaciones.Las normas de instalación caracterizan la sensibilidad necesaria para los dispositivos diferenciales en función de la necesidad de protección que se va a garantizar. Sensibilidad en función de las distintas necesidades
Sensibilidad alta Sensibilidad media Sensibilidad baja
30 mA de 100 mA a 3 A >10 A
Corriente de funcionamiento/no funcionamiento de un
dispositivo diferencial
Las normas indican los valores preferentes de la corriente de regulación. Corriente de funcionamiento I∆n en A:
0,006 - 0,01 - 0,03 - 0,1 - 0,3 - 0,5 - 1 - 3 - 10 - 30.
Para tener en cuenta las tolerancias (temperaturas, dispersión de los componentes…), las normas indican que un dispositivo diferencial ajustado a un valor I∆n debe tener: v Un no funcionamiento para toda corriente de defecto y I∆n/2.
v Un funcionamiento para toda corriente de defecto u I∆n.
E90211 Fuente auxiliar Relé diferencial Medida Detección Disparo L1 L2 L3 N Funcionamiento No funcionamiento I∆n 2 I∆n 0,8 I∆n Diferencial estándar Idefecto Vigirex
1/13 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Principio de los dispositivos diferenciales
(continuación)
Medida de las corrientes diferenciales
Las limitaciones principales de los dispositivos diferenciales de tipo industrial proce-den de la calidad de la medida:
b La medida de las corrientes de defecto en presencia de cargas lineales no presen-tan dificultades:
v La corriente de defecto es de 50/60 Hz. v Las corrientes de fuga suelen ser bajas.
b Por el contrario, la medida de las corrientes de defecto en presencia de cargas no lineales debe realizarse con dispositivos diferenciales que presenten características que permitan:
v Distinguir la corriente de defecto de las corrientes de fuga. v No verse afectado por los componentes continuos.
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Medida de las corrientes diferenciales
Caracterización de los toroidales
Los toroidales de las gamas Vigirex permiten al relé electrónico medir las diferentes corrientes homopolares que circulan en la salida que se va a controlar.
Están caracterizados por: b La medida de las corrientes. b La resistencia a las sobretensiones.
b La resistencia a las corrientes de cortocircuito.
Medida de las corrientes homopolares
bbbb Dinámica de medida.
La realización de esta dinámica de medida requiere un circuito magnético particular para medir corrientes muy bajas y adaptar correctamente la impedancia (a fin de evitar su saturación) para medir las corrientes más fuertes.
Para ello, es preciso establecer la relación correcta entre:
v Un material de permeabilidad magnética µr elevada y los fenómenos de saturación. v Una sección de toroidal importante y unas dimensiones aceptables.
v Un número de espiras n elevado y: – Una resistencia suficientemente baja.
– Una amplitud de señales suficiente (ganancia 1/n). bbb
b Límites de medidas.
Cuando una corriente trifásica pasa por el toroidal de medida cuando no hay ningún defecto de aislamiento (la suma de las corrientes es nula) se crea (debido a los flujos de fuga generados por las tolerancias de fabricación) una corriente secundaria equi-valente a una “falsa” corriente homopolar de defecto. Es necesario caracterizar este fenómeno indicando la corriente nominal de empleo para una corriente homopolar de fuga determinada.
Nota: Es indispensable respetar rigurosamente las reglas de instalación de los cables a través del toroidal. Añadir un manguito “regulador” del campo magnético permite aumentar ligeramente la co-rriente nominal de empleo.
E90116
Medida de las corrientes con perturbaciones
La captura de ondas de corriente compuestas de armónicos de baja frecuencia no plantea ningún problema para los toroidales.
El objetivo principal es garantizar la medida de la corriente con componentes conti-nuos: éstos pueden saturar el circuito magnético y, como consecuencia de ello, redu-cir la sensibilidad de la medida; en tal caso, una corriente de defecto peligrosa corre el riesgo de no tenerse en cuenta. Para ello y con el fin de que el toroidal emita una señal de salida correcta, es preciso utilizar un material magnético que no presente una curva de saturación horizontal, es decir, un material de ciclo en pendiente con baja inducción remanente Br.
Esto garantiza una medida de clase A.
Ciclo de histéresis del toroidal. B Br 0 10 20 30 t Ih Ih Id Id H
1/15 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Medida de las corrientes diferenciales (continuación)
Resistencia a los cortocircuitos
El dispositivo diferencial debe dimensionarse para niveles de corriente de cortocircui-to en relación con la protección que controla, en el puncortocircui-to de la instalación en el que se encuentra.
La norma CEI 60947-2 exige declarar las diferentes corrientes de cortocircuito que de-berá soportar el dispositivo diferencial con el fin de garantizar un funcionamiento co-rrecto y sin degradar la asociación.
b Icc: corriente de cortocircuito asignada.
b Icw: corriente de cortocircuito asignada de corta duración. b I∆c: corriente de cortocircuito de defecto a tierra.
Nota: Las características solicitadas se exigen para la asociación dispositivo diferencial-interrup-tor automático. En el caso de una asociación interrupdiferencial-interrup-tor-dispositivo diferencial, es necesario rea-lizar un estudio más detallado si las corrientes de defecto que se van a cortar son superiores a 6 In (In es el dimensionamiento del interruptor).
Para la gama Vigirex, Schneider Electric garantiza valores prácticos y homogéneos con las carac-terísticas de los circuitos controlados y los interruptores automáticos que los protegen.
Vigirex con toroidales TA30, PA50, IA80, MA120 asociado a un interruptor automático de la marca Schneider Electric, de calibre yyyy 630 A
Vigirex con toroidales SA200 y GA300 asociado a un interruptor automático Compact NS630b de 3.200 A, Masterpact NT o NW hasta 6.300 A
Icw 50 kA/1 s 100 kA/0,5 s
Icc 150 kA 100 kA
I∆c 85 kA/0,5 s 85 kA/0,5 s
Por consiguiente, la asociación de un Vigirex y un interruptor automático Compact NS o Masterpact está perfectamente coordinada y garantizada independientemente del ECT elegido (en concreto en TN-S).
Resistencia a las sobretensiones
Los Vigirex se han ensayado para resistir a las sobretensiones, según las disposi-ciones de la norma CEI 60947-1, anexo H (que recoge las de la norma CEI 60664-1, “coordinación del aislamiento”).
b Nivel de resistencia a los choques de tensión.
La tensión de la red y la posición de la aparamenta en la red eléctrica determinan los niveles de sobretensión a los que puede estar sometida la aparamenta eléctrica (tabla H1 de la norma CEI 60947-1).
Un dispositivo diferencial Vigirex (relé + toroidal) puede estar situado en la cabecera de la instalación. Por este motivo, Schneider Electric garantiza la resistencia a las so-bretensiones de los toroidales para los esfuerzos máximos de una red de BT con ten-sión nominal máxima admisible (1.000 V).
Tensión nominal de la instalación Utilizaciones E92270 En el origen de la instalación de BT En los circuitos de distribución En los receptores 230/400 V 6 kV 4 kV 2,5 kV 400/690 V 8 kV 6 kV 4 kV …/1.000 V 12 kV 8 kV 6 kV Categoría IV III II b Instalación en Vigirex.
Se especifican las siguientes características:
Toroidales Alimentación (para Us > 48 V) Contactos de salida relé Tensión de referencia 1.000 V 525 V 400 V Categoría IV IV IV Uimp 12 kV 8 kV 6 kV M
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Medida de las corrientes diferenciales (continuación)
Caracterización de los relés de medida: inmunidad a las
corrientes de fuga natural
Vigirex aplica 4 principios:
b Para controlar la medida de las corrientes de fuga sin disparos intempestivos. b Y para garantizar la protección de las personas mediante un disparo inmediato por fallo peligroso.
Filtrado de las frecuencias de armónicos
b Corriente de fuga no peligrosa:v Los convertidores de frecuencia provocan las corrientes de fuga más específicas por analizar. La forma de tensión generada por el convertidor de frecuencia y en con-creto la presencia de frentes de tensión creados por la conmutación de los IGBT está en el origen de las corrientes de fuga de alta frecuencia que circulan por los cables de alimentación.
E90127
Circulación de las corrientes de fuga en un convertidor de frecuencia.
Estas corrientes pueden alcanzar varias decenas o centenas de miliamperios en valor eficaz.
b Defecto peligroso.
La norma CEI 60479 ha traducido la sensibilidad del cuerpo humano en función de la frecuencia. Por consiguiente, la interpretación de la tabla demuestra que:
v La protección de las personas frente a las frecuencias industriales de 50/60 Hz es el caso más crítico.
v La utilización de filtros que respondan a esta curva de “reducción de la sensibilidad” es perfectamente segura.
La siguiente figura muestra la instalación de los filtros en los Vigirex para reducir los efectos de las corrientes de armónicos y los malos funcionamientos en corrientes tran-sitorias.
E90115
Factor de frecuencia del umbral de fibrilación (CEI 60479-2). Envolvente M Cr Cy Cc Cs Cm I∆n 15× 30 mA 5× 30 mA 1× 30 mA 50/60 Hz 1.000 Hz 10 kHz Curva Vigirex
1/17 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Medida de las corrientes diferenciales (continuación)
Medida rms
Los Vigirex efectúan la medida rms de las corrientes homopolares, lo que permite: b Medir de forma precisa las corrientes de armónicos y evitar disparos intempestivos debidos a corrientes (no peligrosas) con un factor de cresta importante.
b Calibrar correctamente la energía de estas corrientes de defecto, ya que, para un riesgo de incendio o para garantizar la protección de los bienes, es la energía de la corriente de defecto la que debe tenerse en cuenta.
Curva I
∆
n / tiempo de los relés no temporizados
E90128
Para la protección de las personas se necesitan relés no temporizados. Éstos deben cumplir las normas para garantizar la seguridad.
La norma CEI 60947-2 proporciona los valores preferentes de la corriente de regula-ción.
Establece los tiempos de intervención máximos que se deben respetar en función del nivel de la corriente diferencial de defecto:
Tabla B1 de la norma CEI 60947-2.
If = I∆n 2 I∆n 5 I∆n 10 I∆n
Tps 0,3 s 0,15 s 0,04 s 0,04 s
Leyenda:
Tps: tiempo total de interrupción de la corriente (incluido el tiempo de apertura del elemento aso-ciado).
If: corriente de fuga.
I∆n: ajuste del umbral del relé de protección.
Vigirex utiliza este tipo de curva de respuesta para controlar las falsas corrientes de defecto relativas a la activación de cargas (puesta en tensión del transformador, arranque de motor).
Curva de respuesta de un dispositivo diferencial normalizada de la tabla.
Curvas de corriente de fuga, en la activación de una carga
con capacidad de fuga. Schneider Electric garantiza todos estos tiempos de intervención para asociarlos Vigirex con sus interruptores automáticos de calibre y 630 A. Concretamen-te, en el caso del ajuste al umbral 30 mA.
Garantía de no funcionamiento hasta 0,8 I
∆
n
Esta medida, instalada en los relés Vigirex, permite aumentar ligeramente (de 0,5 I∆n a 0,8 I∆n) la inmunidad de los relés a las corrientes de fuga (naturales o intencionales) permanentes. 1 0,3 0,15 0,1 0,04 0,01 1 2 5 10 I∆n t(s)
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Medida de las corrientes diferenciales (continuación)
Caracterización de los relés de medida: medida de las
corrientes con perturbaciones con componentes continuos
En caso de defecto de aislamiento aguas abajo de un rectificador, se establece una corriente con la presencia de un componente continuo.A pesar de dicho componente, los dispositivos de protección deben permanecer ope-rativos.
E90126
Defecto en el circuito de CC de un variador.
Clasificación en función de la corriente diferencial que se va
a controlar
Las normas definen 3 clases de protecciones diferenciales según la corriente que se va a analizar:
b Clase AC: para las corrientes alternas sinusoidales.
b Clase A: para las corrientes alternas con componente continuo. Estos aparatos son adecuados para detectar corrientes monofásicas rectificadas.
b Clase B: para las corrientes continuas. Estos aparatos son adecuados para todo tipo de corriente y son necesarios en concreto para las corrientes trifásicas rectificadas.
E90114
Forma de onda de las corrientes de test de los dispositivos diferenciales de tipo A. Idefecto M 90° 135° y y y
1/19 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Medida de las corrientes diferenciales (continuación)
Elección de los dispositivos diferenciales de tipo industrial
Schneider Electric ha realizado varios ensayos de caracterización de las necesida-des. El análisis completo de los fenómenos figura en el Cuaderno técnico n.o 204. La tabla siguiente (copia del capítulo 6 del CT 204) presenta la síntesis: indica el tipo de dispositivo diferencial que se debe utilizar en función de los ECT, del equipo que se va a controlar y de las protecciones que se van a realizar.Tabla resumen
Tipo de circuito Aplicación Esquema Tipo de dispositivo
diferencial adaptado Rectificador monofásico de diodos – Convertidores de frecuencia,
variadores de velocidad
– Alimentaciones para circuitos de
corriente continua E92114
A
Rectificador monofásico de tiristores – Variadores de velocidad – Cargadores de batería
E92115
A
Graduador – Variador de luz
– Regulador de calentamiento
E92116
AC
Convertidor AC-AC de alimentación monofásica
– Variador de velocidad
E92117
A
Convertidor AC-AC de alimentación trifásica
– Variador de velocidad – Equipo de soldadura
E92118
B
A (en ausencia de riesgo de defecto en el bucle de CC)
Protección Contra contactos indirectos Contra contactos directos
Alimentación Trifásica Monofásica Trifásica Monofásica
Características de los equipos y de instalación
Sin doble aislamiento del circuito de CC
Con doble aislamiento del circuito de CC
Si fuera necesaria una medida de protección adicional, en caso de fallar las demás medidas contra los contactos o en caso de imprudencia de los usuarios (ver las normas de instalación) ECT: TT o IT con masas no
interconectadas
Tipo B, baja sensibilidad (u 300 mA)
Tipo A, baja sensibilidad (u 300 mA)
Tipo A, baja sensibilidad (u 300 mA)
Tipo A (30 mA) o tipo B (30 mA) si se puede acceder a la resistencia de frenado
Tipo A 30 mA
ECT: TN-S Tipo A, baja sensibilidad (u 300 mA) (1) ECT: IT
(1)El defecto de aislamiento es similar a un cortocircuito. El disparo debe normalmente estar garantizado por la protección contra los cortocircuitos, pero se recomienda utilizar un dispositivo diferencial en caso de riesgo de no disparo de las protecciones de máxima corriente.
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Medida de las corrientes diferenciales (continuación)
Caracterización del conjunto de relés y toroidales: integridad
de la medida
E92001
La integridad de la medida se basa en la capacidad de los dispositivos diferenciales para soportar las diferentes perturbaciones de las redes. La norma genérica de inmu-nidad CEM CEI 61000-6-2 define el nivel mínimo de inmuinmu-nidad.
Las normas de ensayos de la serie CEI 61000 definen los diferentes niveles de exi-gencias. La norma CEI 60947-2 determina el nivel necesario para los dispositivos di-ferenciales de toroidal separado.
Schneider ha establecido para los dispositivos diferenciales Vigirex sus propios nive-les de exigencias, análogas o superiores a los definidos en la norma del producto. La siguiente tabla indica los diferentes ensayos que se deben realizar:
Cableado de un Vigirex de seguridad óptima.
Descripción de los fenómenos Normas de ensayos Ensayos normalizados
CEI 60947-2 Ensayos Vigirex
Títulos Referencias
Las descargas, unidas a la acumulación de electricidad estática, pueden conllevar mal funcionamiento y deterioros Ensayo de inmunidad a las descargas electrostáticas CEI 61000-4-2 8 kV al contacto 8 kV en el aire 8 kV al contacto 15 kV en el aire Los campos EM irradiados (radioteléfonos,
emisores...) pueden perturbar el funcionamiento de los aparatos
Ensayo de inmunidad campos EM irradiados (radiofrecuencia) CEI 61000-4-3 10 V/m de 80 a 1.000 MHz modulado a 1 kHz 12 V/m de 80 a 1.000 MHz modulado a 1 kHz Las maniobras de aparamenta de BT
(contactores, rebote de contactos, cortes de carga inductiva…) pueden conllevar fallos y deterioros Ensayo de inmunidad a los transitorios eléctricos en ráfagas CEI 61000-4-4 4 kV en alimentación 2 kV en E/S onda a 5 kHz en ráfagas de 15 ms de duración cada 300 ms 4 kV en alimentación 2 kV en E/S onda a 5 kHz en ráfagas de 15 ms de duración cada 300 ms Las sobretensiones de origen atmosférico y
las maniobras de aparamenta de MT pueden conllevar mal funcionamiento y deterioros
Ensayo de inmunidad a las ondas de choque energéticas
CEI 61000-4-5 – En alimentación > 100 V CA 4 kV entre línea y tierra 4 kV entre línea
– En alimentación < 100 V CA 2 kV entre línea y tierra 1 kV entre líneas – En alimentación de CC 0,5 kV entre línea y tierra 0,5 kV entre líneas – En entrada/salida (E/S) 2 kV entre línea y tierra 1 kV entre líneas
onda 1,2/50 µs circuito abierto 8/20 µs cortocircuito
– En alimentación > 100 V CA 4 kV entre línea y tierra 4 kV entre línea
– En alimentación < 100 V CA (1) 4 kV entre línea y tierra 4 kV entre líneas – En alimentación de CC 2 kV entre línea y tierra 1 kV entre líneas – En entrada/salida (E/S) 2 kV entre línea y tierra 1 kV entre líneas
onda 1,2/50 µs circuito abierto 8/20 µs cortocircuito Los campos EM (radioteléfonos,
emisores…) pueden inducir corrientes de AF que pueden conllevar fallos en los aparatos
Ensayo de inmunidad a las perturbaciones conducidas por los campos EM (radiofrecuencia) CEI 61000-4-6 10 V de 150 kHz a 80 MHz modulado a 1 kHz 10 V de 150 kHz a 80 MHz modulado a 1 kHz
Los fallos de la red de alimentación pueden conllevar mal funcionamiento
Ensayos de inmunidad a los huecos de tensión
CEI 61000-4-11 Ensayos específicos para los dispositivos diferenciales
– (1) V CA < 48 V, el relé Vigirex no tiene transformador en la alimentación.
RH10M, RH21M o RH99M A1 A2 T1 T2 25 26 27 11 14 32 31 34 MN T1 T2 Q1 Q2 Q3 N 1 2 3
1/21 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Medida de las corrientes diferenciales (continuación)
Resistencia a los huecos de tensión
La norma CEI 60947-2 define criterios precisos de resistencia a los “huecos de ten-sión” para los dispositivos diferenciales que “dependen” de la tensión de alimentación. Con el fin de garantizar la seguridad, incluso si desaparece esta fuente auxiliar, se re-quiere un correcto funcionamiento del dispositivo diferencial hasta el 70% de la ten-sión asignada de la fuente auxiliar.
Los Vigirex cumplen esta norma.
b Funcionamiento en caso de degradación de la tensión. Se ofrecen de serie funcio-nes adicionales para garantizar mejor la seguridad de la protección:
v Seguridad positiva posible: por el cableado del relé.
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Puesta en servicio
Continuidad de servicio: selectividad de los dispositivos
diferenciales
La selectividad de las protecciones diferenciales se realiza empleando dispositivos di-ferenciales temporizados.
Características normativas de los dispositivos diferenciales temporizados Se definen 2 categorías de dispositivos diferenciales temporizados:
b Dispositivos diferenciales de temporización y 0,06 s.
Estos dispositivos diferenciales son principalmente de temporización única y no ajus-table. Están destinados a garantizar de serie la selectividad con dispositivos diferen-ciales no temporizados. Las normas exigen las siguientes características:
v Tiempo de no funcionamiento.
Definición de la temporización a 2 I∆n; debe ser como máximo de 0,06 s. v Tiempo de funcionamiento (relé solo).
Deben estar indicados por el fabricante.
v Tiempos combinados (relé asociado a un elemento de corte).
El fabricante debe indicar el elemento de corte asociado y garantizar los tiempos com-binados máximos conforme a la siguiente tabla:
If = I∆n 2 I∆n 5 I∆n 10 I∆n
Tps 0,5 s 0,2 s 0,15 s 0,15 s
Leyenda:
Tps: tiempo total de interrupción de la corriente. If: corriente de fuga.
I∆n: ajuste del umbral del relé de protección.
Nota: En caso de ajuste del umbral en el valor < 30 mA, el relé debe funcionar instantáneamente.
E92000
Los Vigirex en el escalón I están conformes con este tipo de dispositivos diferenciales temporizados.
bbb
b Dispositivos diferenciales de temporización > 0,06 s.
Son principalmente los dispositivos diferenciales temporizados de tipo industrial que permiten instalar la selectividad en varios niveles:
v Tiempo de no funcionamiento preferente (en s). La norma propone los siguientes valores de temporización: 0,1 - 0,2 - 0,3 - 0,4 - 0,5 - 1.
El tiempo de funcionamiento debe estar indicado en el relé y garantizado por el fabri-cante.
v Tiempo de funcionamiento (relé solo). Están indicados y garantizados por el fabricante.
v Tiempos combinados (relé asociado a un elemento de corte). Pueden estar indicados por el fabricante.
Dispositivos diferenciales Vigirex
Los relés Vigirex ofrecen amplias posibilidades de temporización y responden a los ensayos a los que obliga la norma CEI 60947-2.
b Tiempos de no funcionamiento mínimos: se indican por la posición del conmu-tador de ajuste de la temporización de la parte frontal del relé como se muestra en la figura contigua.
b Tiempos de funcionamiento/tiempos combinados: se indican en las tablas de características. Para la posición I (= 0,06 s) y las demás posiciones de temporización, Schneider Electric garantiza los tiempos combinados de los relés Vigirex asociados a los órganos de corte (interruptores, interruptores automáticos) de la marca Schneider Electric.
Puesta en servicio de la selectividad
La selectividad entre un dispositivo diferencial aguas arriba y los dispositivos diferen-ciales situados aguas abajo debe ser obligatoriamente de tipo amperimétrico y cro-nométrico.
Se obtiene mediante el escalonamiento: b De los valores de ajuste de las sensibilidades. b De los valores de los tiempos combinados.
Las normas de selectividad generales siguientes garantizan el escalonamiento co-Reset Test on fault Test no trip 0.5 0.3 0.1 0.03 3 5 10 30 1 0.31 0.15 0.06 0 0.25 0.5 0.8 1 4.5 I∆n (A) ∆t (s) Vigirex RH99M 220 / 240 VAC 50 / 60 / 400 Hz A1 A2 Déconnecter A1-A2 avant test diélectrique Disconnect A1-A2 before dielectric test
1/23 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Puesta en servicio (continuación)
E92325
Curvas de tiempo/corriente Vigirex.
b En tiempo, el tiempo de no funcionamiento (temporización) del aparato aguas arriba debe ser superior al tiempo combinado (el tiempo total de corte incluye el retraso intencionado del dispositivo diferencial y el tiempo de inter-vención del aparato de corte).
A continuación se resumen estas dos condiciones: Umbral I∆n aguas arriba u 2 × umbral I∆n aguas abajo.
Tiempo de no funcionamiento ∆T aguas arriba u tiempo combinado ∆T aguas abajo.
Por ello es interesante utilizar dispositivos diferenciales que respeten los valo-res preferentes normalizados.
Nota: El dispositivo diferencial no limita la corriente de defecto, por lo que no es posible explotar una selectividad amperimétrica únicamente.
Las curvas de Tiempo/Corriente ofrecen valores de corriente de disparo de los Vigirex en función de sus características normalizadas: la superposición de las curvas ofrece directamente los valores de ajuste de las protecciones para ga-rantizar la selectividad total.
Los Vigirex asociados a los dispositivos de corte (interruptores, interruptores automáticos) de las marcas Merlin Gerin y Telemecanique cuentan con ajustes de umbrales y temporizaciones sucesivos que mejoran las normas de selecti-vidad mencionadas anteriormente.
Normas de selectividad Vigirex Dispositivo
(Dispositivo diferencial + dispositivo de corte Schneider Electric)
Regulación
Aguas arriba Aguas abajo Proporción I∆n
Temporización Vigirex Dispositivo diferencial
Schneider
1,5 1 escalón de diferencia salvo (1)
Dispositivo diferencial Schneider
Vigirex 2 1 escalón de diferencia
salvo (1)
(1)Tomar 2 escalones de diferencia para 0,25 s (es decir, las posiciones 0,25 s y 0,5 s). Schneider Electric garantiza la correcta coordinación de un Vigirex asociado a un interruptor automático Compact NS con todos los demás dispositivos diferenciales desde el momento en el que se cumplen las condiciones de ajuste generales o propias de los relés Vigirex. Ejemplo:
Un relé Vigirex RHU ajustado a I∆n = 100 mA / ∆T = 1 s y asociado a un Compact NS630 es totalmente selectivo con un Vigirex RH99 ajustado a I∆n = 30 mA / ∆T = 0,8 s y asociado a un Compact NS250.
Ajustes de los dispositivos diferenciales según los ECT
Disparo/inmunidad de los dispositivos diferenciales según las cargas y ECTECT TT TN-S TN-C IT (1.er fallo) IT (2.o fallo)
I defecto Débil Elevado Elevado Muy débil –
Valor típico Algunos A Algunos kA Algunos kA Inferior a 1 A –
Protección de las personas
Dispositivo diferencial Interruptor automático Interruptor automático 1.er defecto no necesario IT cambia a esquema de tipo TT o TN
Protección de las personas adicional
– Dispositivo diferencial – – Igual que TN
Umbral y UL/R De 3 a 250 A – Si dispositivo diferencial
> 2 veces la corriente de fuga del 1.er defecto
Igual que TT o TN
Temporización < 1 s < 0,4 s según U0 – – Igual que TT o TN
Protección contra incendios
Dispositivo diferencial Dispositivo diferencial – Dispositivo diferencial Dispositivo diferencial
Umbral 300 mA 300 mA – 300 mA 300 mA Temporización – – – – – ∆t(s) 10 0,1 1 0,01 1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (I/I∆n) ∆t = 4,5 s ∆t = 2 s ∆t = 1 s ∆t = 0,8 s ∆t = 0,5 s ∆t = 0,31 s ∆t = 0,25 s ∆t = 0,15 s ∆t = 0,06 s
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Puesta en servicio (continuación)
Protecciones particulares
Los Vigirex se pueden adaptar fácilmente para realizar protecciones específicas de los receptores por:
b La gran gama de regulación de los umbrales y las temporizaciones. b La instalación de una medida separada.
b No estar integrados en la función de corte del circuito.
Complementos de la protección de las personas por dispositivos
diferenciales
ECT TT de puesta a tierra múltiple
Debe colocarse un dispositivo diferencial en cabeza de cada parte de la red cuyas ma-sas de utilización estén conectadas a tomas separadas: en efecto, pueden producirse circulaciones de corriente peligrosas sin provocar el disparo del dispositivo diferencial situado en la cabeza de la instalación.
Ajuste del dispositivo diferencial de cabecera (eventual)
La instalación de un dispositivo diferencial en cabecera es obligatoria si la parte de la instalación aguas arriba no tiene aislamiento de clase 2.
Debe considerarse un defecto aguas abajo del dispositivo diferencial de cabecera en el caso más crítico: debe considerarse el valor máximo Rmax de las tomas de tierra. La regla que debe respetarse obligatoriamente es I∆n y UL/Rmáx.
Los dispositivos diferenciales situados aguas abajo en cabecera de cada grupo de masas deben ajustarse según la resistencia de tierra del grupo protegido. El ajuste también debe tener en cuenta la selectividad con los dispositivos diferenciales situa-dos aguas arriba.
E89657
Puesta a tierra múltiple y circulación de corriente. ECT IT 2.o defecto de protección del neutro
El conductor neutro puede protegerse mediante un dispositivo diferencial en sustitu-ción de un relé en el polo neutro (utilizasustitu-ción de un interruptor automático 4P 3D); si la regulación I∆n del dispositivo diferencial es como máximo igual a 0,15 veces la co-rriente admisible en el conductor neutro, la acción del dispositivo diferencial corta to-dos los conductores activos incluido el neutro.
E92119 L1 L2 L3 N Vigirex 1 RU1 UL I∆n1i RU1 UL I∆n2i RU 2 UL I∆n3i Vigirex 2 Vigirex 3 RU1 Id – Id RU2 RU1 > RU2 Rn L1 L2 L3 N L1 L2 L3 N
1/25 Schneider Electric
1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Puesta en servicio (continuación)
Protección de bienes
E92226
Protección de los receptores
Un fallo de aislamiento de bajo valor puede desarrollarse rápidamente y terminarse con un cortocircuito que genere degradaciones importantes, incluso el deterioro del receptor. Un dispositivo diferencial de sensibilidad media (algunos amperios) garantiza una protección correcta al poner fuera de servicio al receptor antes de que se produz-can daños importantes.
bbb
b Ajuste de los umbrales de los dispositivos diferenciales. De 3 a 30 A según el tipo de receptores.
bbb
b Ajustes de las temporizaciones de los dispositivos diferenciales. 1 s es un valor típico.
Aplicación motor
La utilización de un relé Vigirex en una salida de motor evita en caso de fallo de ais-lamiento daños importantes (rebobinado de los estatores, destrucción de los aislan-tes…). La instalación en carril resulta sencilla gracias a la modularidad del producto. Protección de los generadores en paralelo
Un fallo de aislamiento en el interior de la carcasa metálica de un grupo generador puede dañar gravemente el alternador de dicho grupo. El defecto debe detectarse y eliminarse rápidamente. Además, si se ponen en paralelo otros alternadores, deriva-rán en el defecto y podderiva-rán provocar un disparo por sobrecarga. La continuidad de ser-vicio ya no está garantizada.
E92002
Por ello, un dispositivo diferencial integrado en el circuito del alternador permite: b Desacoplar rápidamente el generador con defecto y preservar la continuidad de servicio.
b Actuar en los circuitos de control del alternador con defecto para pararlo y reducir el riesgo de deterioro.
Este dispositivo diferencial se instala lo más cerca posible de la protección según el esquema de la figura en cada uno de los grupos generadores. El esquema es de tipo TN-S para el GE considerado como receptor y de tipo TN-C para los GE considerados como generador.
b En caso de defecto del alternador n.o 1:
v Se establece una corriente de defecto homopolar en PE1 Id1 + Id2 debido a la apor-tación de las fuentes 1 y 2 en el defecto.
v Esta corriente es detectada por el Vigirex 1 que dará la orden de desacoplamiento instantáneo del alternador 1 (apertura del interruptor automático D1).
b El Vigirex 2 no detecta esta corriente por el esquema TN-C. Ajuste de los umbrales de los dispositivos diferenciales De 3 a 100 A según el calibre del GE.
Ajustes de las temporizaciones de los dispositivos diferenciales Instantáneo o de baja temporización (< 100 ms).
R
M
PE Vigirex 1 Vigirex 2 PE PEN PEN PE Alternador n.o 1 Alternador n.o 2 Zona no protegida Zona protegida L N PE1
Complementos técnicos
de protección diferencial
Producto Vigirex
Aplicaciones
Estudio de la protección mediante dispositivos diferenciales
En el siguiente esquema se representa una distribución de BT realizada en ECT TT de un edificio de planta baja con varios talleres. La resistencia de las tomas de tierra medida en el transformador es de 1 Ω, en el GE de 1 Ω y la de los usuarios (en cada taller) es de 1,5 Ω.El taller B incluye máquinas con corrientes de fuga intencionales importantes (filtros…).
E92003
Esquema de distribución con selectividad.
Regulación de los umbrales de los dispositivos diferenciales: el valor máximo autori-zado es de 50 V/1,5 Ω, es decir 33,3 A.
Nota: Aunque el valor de la RT en el CGBT sea de 1 Ω, el dispositivo diferencial de cabecera debe también garantizar la protección en caso de defecto aguas abajo (por ejemplo, en la llegada del cuadro divisionario).
Las regulaciones de los dispositivos diferenciales como los realizados en el esquema:
Taller A Oficina Taller B
Toma Vigirex Vigirex GE M 1 Ω TT 1 Ω 1,5 Ω TGBT multi 9 ID63 30 mA 1,5 Ω NG125 Vigi 300 s Compact NS630b Vigi 1 A/150 ms Compact NS250 Vigi 3 A/150 ms Masterpact M16 RH99 10 A/500 ms Masterpact M32 RH99 30 A/500 ms
