Unidad 4

 

Docente: Ing. Edgar Allende Sosa Carrera: Ingeniería Electromecánica Semestre: 7°

Grupo: “B”

Alumno(a): Garcia Hernández María Guadalupe Materia: Instalaciones Eléctricas Industriales Temas:   Temas: 4.4 Criterios de aplicación en la selección de interruptores y componentes de potencia de alta, media y baja tensión 4.5 Métodos sintetizados de cálculo de corto circuito. 4.5.1 Bus Infinito. 4.5.2 Método de los MVA. 4.5.3 Método porcentual.

 

4.4 CRITERIOS DE APLICACIÓN EN LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES INTERRUPTORES Y COMPONENTES DE POTENCIA DE ALTA, MEDIA Y BAJA TENSIÓN Cualquier instalación eléctrica debe de estar protegida contra los cortos circuitos, pese que, en cada quecon se un presenta eléctrica, lo quea corresponde casipunto siempre cambiouna de disconnuidad sección de los conductores. La intensidad de la corriente de corto circuito debe calcularse para cada uno de los diversos niveles de la instalación con el fn de poder determinar las caracteríscas corriente de deecto. deecto.de los componentes que deberán soportar o cortar la

 

SELECCIÓN DE INTERRUPTORES Teniendo la capacidad de corto circuito, es necesario obtener una protección adecuada a éste para poder interrumpir la alla y evitar riesgos mayores. El elemento más usado en las instalaciones de endas de autoservicio es el interruptor termo magnéco, que por su diversidad y caracteríscas resulta ser la mejor opción. Existen dos ormas para interrumpir el ujo de la corriente: reduciendo a cero el potencial que lo genera y separando fsicamente elinterrupción. conductor del ujo de corriente corriente. . Esta úlma, es la l a más usada para lograr dicha

 

Los primeros interruptores consisan

En los interruptores modernos la

en un juego de barras conductoras sumergidas en mercurio, posteriormente, se diseñó el interruptor con cuchillas, que aún es usado en algunas aplicaciones de baja tensión.

interrupción es de un separación proceso quedeinicia en el instante sus contactos. Éste connúa mientras los contactos se separan y orman un entrehierro que es puenteado por un plasma conductor conductor..

 

El proceso de interrupción termina cuando el plasma conductor pierde su conducvidad.

El plasma conductor es el núcleo del arco eléctrico y un elemento indispensable del proceso de interrupción de corriente.

Esta modifcación comprende una ase transitoria, en la que se producen una serie de enómenos transitorios provocados por el paso de un estado a otro.

El uncionamiento de los interruptores en el momento de interrupción de las corrientes de corto circuito depende de varios actores que se consideran como condiciones severas.

Basado en lo anterior, se deduce que el proceso de exnción del arco constuye el undamento sobre el que se basa la interrupción de corriente.

La operación de un interruptor modifca el estado del circuito en el cual opera.

La corriente y la tensión de corto circuito (ver fgura 1) muestran que al eectuarse la interrupción al cruce por cero de la corriente, la tensión que aparece en las terminales del interruptor ene una inuencia importante en su uncionamiento.

Las condiciones bajo las que el interruptor opera están determinadas por las caracteríscas eléctricas del circuito a interrumpir interrumpir..

Y en realidad, la interrupción exitosa de la corriente depende de esta tensión.

 

Figura 1. Tensiones producidas durante un corto circuito

 

Esta tensión en las terminales después de la interrupción de corriente, ene dos componentes: la primera (inmediatamente después de la interrupción), llamada tensión transitoria de restablecimiento y la segunda (después de que se amorguan las oscilaciones) que alcanza la tensión de 60 Hz, llamada tensión de recuperación. recuperación. La selección de un interruptor interruptor en un sistema eléctrico, eléctrico, depende no sólo s ólo de la corriente que el interruptor pueda llevar bajo condiciones normales de operación, sino también de la corriente máxima que pueda circular momentáneamente y de la corriente que tenga que interrumpir interrumpir al voltaje nominal de la línea a la cual se encuentre conectado. conectado. Para seleccionar un interruptor termomagnéco adecuado debemos conocer primero algunas defniciones que nos servirán de gran ayuda.

 

A continuación se enuncian algunas de las más importantes: 

Tensión normal de diseño: Es la tensión máxima para la que ue diseñado el interruptor.



Tensión nominal de operación: Es la tensión del sistema donde operará el interruptor. Corriente nominal: Es la corriente máxima que puede circular a través de los contactos principales del interruptor.





Capacidad interrupva: interrupva: Es la candad de corriente que el interruptor puede interrumpir con seguridad.



Tensión de control: Es la tensión de los disposivos secundarios de control. control.

 

De •   las defniciones anteriores la capacidad interrupva es la más importante en la selección del interruptor de acuerdo al cálculo de corto circuito triásico. Esta caracterísca también llamada la potencia máxima de corto circuito que puede soportar un interruptor termo magnéco está limitada por:  La separación de los contactos en posición abierta.  El empo que tardan en abrirse los contactos y llegar a la separación máxima.  La capacidad de la cámara de exnción para enriar los gases del arco.  Si la capacidad de corto circuito se especifca en amperes se enende que el voltaje de restablecimiento es el voltaje nominal. Si la corriente de corto circuito sobrepasa la capacidad interrupva, las paredes de la cámara de exnción no son capaces de enriar los gases ionizados y la corriente sigue uyendo. Entonces la energía disipada por el arco por eecto Joule, debida a la resistencia del arco (), aumenta súbitamente y en racciones de segundo los gases aumentan de volumen produciendo una explosión. Lo mismo sucede si la corriente es menor que la corriente máxima de corto circuito, pero el voltaje de restablecimiento es mayor que el voltaje nominal, ya que este voltaje restablece la corriente después de cada paso por cero y el arco se manene.

 

Figura 2. Interruptores termomagnécos

Figura 2. Interruptores termomagnécos  

Entonces resulta muy importante la Todos los interruptores deben tener un respaldo, de tal orma que si la potencia del corto circuito es mayor a la que soporta el aparato, el respaldo opera y deene el desarrollo de la energía en el arco del elemento que no pudo interrumpir.

calibración relava (magnitudes nominales) entre dos elementos de protección en la misma rama. Si el rango de calibración entre ambos es muy amplio, el respaldo puede considerar pequeña a una alla capaz de destruir al elemento de protección que no la interrumpió.

Cabe mencionar que en las instalaciones eléctricas de centros comerciales, se cometen muchos errores de selección de los interruptores.

Conorme entendido el uncionamiento del interruptor en condiciones de alla y con el valor de corto circuito triásico, se revisan catálogos de productos de abricantes, para determinar la capacidad interrupva del interruptor y sus caracteríscas generales.

Pero debido a que la mayoría de éstos están instalados en baja tensión, el nivel de cortoy con circuito es pequeño “mucharelavamente suerte” la alla no perdura, sin embargo éste po de situaciones son las que se deben evitar en las instalaciones i nstalaciones..

 

4.5 MÉTODOS SINTETIZADOS DE CÁLCULO DE CORTO CIRCUITO Existen dieren dierentes tes métodos para el cálculo de las corrientes de cortocircuito, cortocircuito, unos extensamente conocidos y algunos otros poco populares y más bien desarrollados para sasacer las necesidades de empresas parculares, sin ser ampliamente diundidos. Dentro de estos métodos matemácos se han seleccionado cuatro, por su amplio empleo en el análisis de sistemas y las dierencias que presentan a lo largo del desarrollo del análisis, siendo los siguientes: Método del Equivalente de Thévenin. Método

de los MVA.

Método de las Componentes Simétricas. Método de la Matriz de Impedancias (Ybus, Zbus).

Por la índole de los valores de análisis requeridos, estos métodos son empleados de orma específca en problemas de sistemas eléctricos, ya que dentro de estos existen algunos que permiten eectuar estudios más detallados que otros, con ciertas ventajas en sus procedimientos que acilitan además la obtención de los valores requeridos, siendo el empleo de cada uno prácco para el análisis de problemas específcos.

 

4.5.1 Bus Infinito En principio se supone la instalación es alimentado una uente infnita que incluye a la que red el y acortocircuito las disntas en plantas generadoras del sistema,por constuyendo esto la parte acva, siendo la parte pasiva las impedancias de los disntos elementos. El procedimiento se menciona a connuación: Se

parte de un diagrama uniflar en donde se representan los elementos del sistema con sus datos de potencia, tensión e impedancias.

Se

referen las impedancias a valores bases de potencia y tensión con el objeto de poder realizar combinaciones entre ellos cuando se requieran obtener las impedancias equivalentes.

Se

hace la reducción de las impedancias por combinaciones serie paralelo, y transormaciones

delta – estrella dependiendo el caso, hasta obtener una impedancia equivalente entreola estrella uente y –el delta, punto de alla seleccionado.

 

•Las   corrientes y potencia de cortocircuito en el punto de alla, se calculan como:

• : Corriente de cortocircuito simétrica en amperes o kA. • : Base de potencia seleccionada para estudio (arbitraria). • : Base de tensión en el punto de alla seleccionado. • : Impedancia equivalente entre la uente y el punto de alla expresada

en por unidad (p.u.).

 

•La  corriente de cortocircuito asimétrica se puede calcular como:

La Potencia de cortocircuito en el punto de alla se puede calcular como:

Siendo: •  : Potencia de cortocircuito. •  : Base de potencia seleccionada para estudio (arbitraria). •  : Impedancia equivalente entre la uente y el punto de alla expresado en

por unidad (p.u.).

 

4.5.2 Método de los MVA Este método es usado en donde se requiera no ser considerada la resistencia de los elementos que integran el sistema, ya que resulta resulta ser un método aproximado. El desarrollo de este método se basa en los siguientes pasos: • La impedancia del equipo deberá converrse directamente a MVA de cortocircuito por la ecuación siguiente:

•

Si la reactancia del equipo está en % o por la ecuación siguiente, si la reactancia está en por unidad.

 

• La impedancia de líneas y alimentadores (cables) deberá converrse directamente a MVA

de corto circuito por medio de la ecuación siguiente, si la reactancia de la línea está en Ohms.

Donde se observa que los KV son los correspondientes a los de línea-línea del cable. • Dibujar dentro de rectángulos o círculos todos los MVA de corto circuito de equipos y

alimentadores siguiendo el mismo arreglo que éstos enen en el diagrama uniflar. • Cambiar los valores de MVAcc del sistema hasta encontrar un valor equivalente en el punto

de alla, considerando que los valores en serie se combinan como si ueran resistencias en paralelo y los valores que estén en paralelo se suman directamente.

 

• Reducir el diagrama uniflar (ya con los cambios del punto anterior) como si

uera una red de secuencias del método de componentes simétricas. • Con el valor encontrado en el paso anterior, se calcula la corriente de corto

circuito triásico de la siguiente manera:

Donde se observa que los KV son los correspondientes a los de línea-línea en el punto de alla. Cabe mencionar que, este método solo se aplica a una alla triásica, ya que para una monoásica el procedimiento se complica demasiado.

 

4.5.3 Método porcentual Este método eslasel impedancias normal para el de cortocircuitos en sistemas en eléctricos, ya que generalmente decálculo las máquinas vienen expresadas porcentaje. El porcentaje de reactancia se defne como el porcentaje de voltaje nominal que es consumido por la caída de voltaje en la reactancia cuando circula la corriente nominal, es decir:

En donde:

 

Se uliza una potencia en KVA como base común en lugar de un voltaje base, obteniéndose:

Y también para un sistema de tres ases:

 

En los cálculos de cortocircuito se llega a un punto en que hay que decidir si se deben ulizar ohms por ciento, o bien, ohms por unidad; la relación entre éstos queda expresada por las siguientes órmulas:

 

•Los generador ador o trans transormador ormador de alimentación como   pueden ser del gener

base. En los sistemas mayores con diversas uentes, generalmente resulta más ácil elegir una potencia base de 1000, 10000 o 100000 KVA. Una vez elegida la potencia base, deben converrse las reactancias óhmicas de los cables, conductores, transormadores de instrumento, etcétera, en reactancias en porcentaje, en por unidad, en por unidad a la base ya elegida; si se emplea la reactancia en ohms, se deben converr todas las reactancias en porcentaje a valores en ohms. Las reactancias de generadores, transormadores y motores, generalmente estánsusexpresadas porcentaje de su apropio régimen en KVA y, por tanto, reactanciasendeben converrse una base común elegida para el estudio por medio de la órmula siguiente:  

 

La red de un sistema debe estar representada por una reactancia en

En algunos casos las compañías suministradoras de energía

el diagrama de impedancias; veces esta reactancia del sistemaa está expresada en porcentaje sobre una determinada base, en cuyo caso sólo es necesario converr este valor a la base común empleada en el diagrama de impedancias; para

proporcionan la potencia en KVA de cortocircuito con la intensidad que el sistema puede entregar en el lugar ; en otros, sólo se conoce la capacidad de interrupción del interruptor de la línea de llegada.

hacerlo se emplea la órmula dicha.

En estos casos, para converr los datos disponibles en reactancia en porcentaje sobre la base en KVA empleada en el diagrama de reactancias, se pueden ulizar las órmulas siguientes:

 

Si se da la potencia de cortocircuito en KVA:

Si se da como dato la corriente de cortocircuito:

Si se conoce el régimen de interrupción en KVA del interruptor de entrada:

 

La corriente de cortocircuito simétrica se puede determinar por medio de fórmulas diversas como por ejemplo:

La potencia simétrica de cortocircuito en KVA se obene de manera semejante:

La órmula que se escoja dependerá de la manera en que se haya elegido el diagrama de reactancias o impedancias, así como la orma en que se desee obtener el resultado, es decir, si en potencia o en corriente de cortocircuito.