Configuración de protección de disyuntores: una guía práctica para ingenieros y diseñadores

Cuando el disyuntor principal de un transformador de 2500 kVA se dispara durante el arranque de un motor de 400 kW, la respuesta habitual es solicitar un disyuntor más grande. Sin embargo, es posible que el interruptor ya tenga la clasificación correcta. La causa suele ser una falta de coincidencia entre los ajustes de protección y la corriente de carga real, la irrupción del transformador y el tiempo de eliminación de fallas aguas abajo.

Los ajustes de protección del disyuntor no son conjeturas. Son un conjunto coordinado de valores de activación y retardos que deben coincidir con los límites térmicos del equipo, la magnitud de la corriente de falla y la necesidad de selectividad en la red.

Configuración de protección del disyuntor explicada

Los disyuntores modernos de caja moldeada, circuito de aire y media tensión permiten al usuario ajustar varios parámetros de disparo. En los disyuntores de bajo voltaje, normalmente se denominan Ir, tr, Isd, tsd, Ii e Ig. En las aparamentas de media tensión, aparecen los mismos conceptos que los ajustes de los relés de protección. La siguiente tabla ofrece un resumen práctico de los rangos de ajuste primario utilizados en los interruptores de distribución de BT.

Utilice estos valores sólo como punto de partida. Los límites reales dependen de la plataforma del interruptor, la temperatura ambiente de referencia y el entorno de instalación. Verifique siempre los ajustes seleccionados con la curva tiempo-corriente del equipo.

Protección a largo plazo: configuración de Ir y tr

La configuración de larga duración es la protección contra sobrecorriente continua. Ir es el punto de activación en el que el interruptor comienza a expirar y tr es el tiempo antes de que se dispare. En muchos marcos, Ir se puede ajustar de 0,4 a 1,0 veces la corriente nominal. Debe configurar Ir por encima de la corriente de carga máxima sostenida, pero por debajo de la ampacidad del conductor o del equipo. Por ejemplo, un transformador seco de 2500 kVA en un sistema de 10 kV consume aproximadamente 144 A a plena carga. Con un marco de disyuntor de 200 A, Ir se puede configurar en 170 A para permitir una sobrecarga temporal y al mismo tiempo proteger el transformador del estrés térmico sostenido.

Transformador tipo seco fundido en resina epoxi para 800 a 2500 kVA Este transformador admite protección contra sobrecarga continua con configuraciones ajustables de larga duración, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde se deben equilibrar el estrés térmico sostenido y los transitorios de arranque del motor. Ver producto →

El retardo prolongado, tr, controla la rapidez con la que responde el interruptor a una sobrecarga sostenida. Un ajuste alto, como de 10 a 15 segundos, permite que pasen los arranques del motor y los picos transitorios, pero también deja el conductor caliente por más tiempo. Un ajuste más bajo, alrededor de 0,5 a 2 segundos, brinda una protección más rápida para cables y transformadores con baja capacidad térmica.

Protección a corto plazo: uso de Isd y tsd para selectividad

La protección de corta duración proporciona disparo retardado para corrientes de cortocircuito moderadas. Normalmente, Isd se puede ajustar de 1,5 a 10 veces Ir, y tsd se puede configurar de 0,05 a 0,5 segundos. Este retardo de tiempo permite que un interruptor aguas abajo borre una falla antes de que se dispare el interruptor aguas arriba. Sin él, una falla en un ramal podría apagar todo el bus principal. En las plantas industriales, una causa común de disparos molestos es una Isd demasiado baja en relación con las corrientes de arranque del motor.

Cuando la corriente de cortocircuito disponible es muy alta, limitarla le da al sistema de protección más espacio de respuesta. Los reactores en serie se utilizan ampliamente en bancos de condensadores y circuitos de distribución para reducir el aumento de corriente y facilitar la coordinación.

Reactor de serie con núcleo de hierro de tipo seco para limitación de corriente Este reactor reduce la corriente de cortocircuito y mejora la coordinación de la protección, ofreciendo un funcionamiento sin mantenimiento con devanados moldeados en resina y bajo nivel de ruido para un uso confiable en circuitos de distribución. Ver producto →

Considere un disyuntor principal de 2000 A que alimenta tres disyuntores alimentadores de 800 A. Si Isd en la línea principal se configura en 4 x Ir y tsd en 0,3 segundos, los alimentadores pueden eliminar un cortocircuito en sus terminales antes de que la línea principal detecte la falla. Un ajuste instantáneo sin retardo en el circuito principal anularía esta selectividad.

Protección instantánea: manejo de fallas graves

El disparo instantáneo elimina los cortocircuitos antes de que la corriente de falla cause daños mecánicos devastadores. En disyuntores de bajo voltaje, Ii normalmente se puede ajustar entre 6 y 15 veces la clasificación del marco, sin demora intencional. Para alimentadores de transformadores, es fundamental mantener Ii por encima de la corriente de irrupción del transformador. La irrupción puede alcanzar de 10 a 12 veces la corriente nominal durante unos pocos ciclos, y una configuración instantánea demasiado sensible dispararía el disyuntor en cada energización. En los interruptores de media tensión, la protección instantánea se implementa en el relé, donde a menudo se coordina con la curva de tiempo corto mediante el uso de un arranque instantáneo separado por encima del nivel de falla aguas abajo.

El disparo instantáneo también reduce la energía del arco eléctrico al eliminar la falla en apenas un ciclo. En los sistemas de BT, un ajuste instantáneo más bajo acorta la energía incidente, pero sólo si no entra en conflicto con la irrupción. Para los transformadores, muchas normas de servicios públicos recomiendan que la activación instantánea sea al menos 1,5 veces la corriente de entrada calculada del transformador.

Protección contra falla a tierra: sensibilidad y seguridad

La protección contra falla a tierra funciona de manera diferente a la sobrecorriente de fase. Detecta la corriente de falla que regresa a través de la tierra o una ruta externa. La activación Ig suele ser ajustable del 20% al 70% de la capacidad del interruptor y el retardo tg puede ser de 0,1 a 0,8 segundos. Si se configura demasiado bajo, el disyuntor se disparará bruscamente debido a corrientes de fuga inofensivas provenientes de la capacitancia del cable o de los filtros del equipo. Si se configura demasiado alto, una falla de aislamiento puede causar quemaduras y daños al arco antes de que reaccione el disyuntor. Los temporizadores de falla a tierra a menudo se configuran en modo de tiempo inverso para equilibrar la energía y la sensibilidad del arco.

En un sistema sólidamente puesto a tierra, la ruta de la corriente neutra está bien definida y el captador de falla a tierra se puede configurar a un nivel más bajo. En un sistema puesto a tierra de alta impedancia, la corriente de falla es limitada y la protección de falla a tierra debe configurarse mucho más sensible, a veces por debajo de los ajustes de sobrecorriente de fase, porque de otro modo nunca se vería una falla de bajo valor.

Aplicación de configuraciones en distribución de media tensión

En los circuitos de media tensión, los ajustes de protección del interruptor generalmente se ingresan a través del relé de protección dentro del tablero. La filosofía de configuración es la misma, pero los valores se escalan según la relación del transformador de corriente secundario. Una unidad de aparamenta desmontable blindada de 24 kV con un disyuntor de vacío es una ubicación típica para este tipo de protección. Aquí, el arranque de larga duración aborda la sobrecarga del transformador, el arranque de corta duración se coordina con los disyuntores principales de bajo voltaje y el arranque instantáneo se establece por encima de la irrupción del transformador pero por debajo de la corriente de falla máxima permitida.

Para un alimentador de transformador, el arranque de corta duración debe estar por encima de la corriente de cortocircuito secundaria dividida por la relación del transformador, mientras permanece por debajo del límite de resistencia a fallas directas del transformador. El disparo instantáneo a menudo se desactiva o se establece por encima del pico de irrupción, por lo que no funciona al cambiar. Para una red de distribución en anillo compacta, una unidad principal en anillo aislada en gas puede combinar interruptores-seccionadores con fusibles y disyuntores en vacío, donde los ajustes de protección están fijados por la curva del fusible en lugar de una unidad de disparo ajustable. Antes de elegir entre un fusible y un disyuntor, considere la diferencia en el comportamiento de coordinación. el discusión sobre fusible versus disyuntor explica en qué se diferencian los tiempos de compensación y la limitación de corriente.

Tablero de distribución blindado removible en gabinete metálico de 24 kV con disyuntor de vacío Este tablero proporciona interrupción y enclavamiento confiables para redes en anillo, lo que permite la coordinación con configuraciones de protección de fusibles o disyuntores para garantizar una eliminación de fallas segura y selectiva. Ver producto →

Errores comunes y riesgos de adquisiciones

Los ajustes de protección mal aplicados aparecen después de la puesta en servicio. Los errores comunes incluyen:

• Ajustar la aceleración prolongada a un nivel demasiado bajo, provoca viajes molestos en picos normales.
• Olvidar elevar la captación instantánea por encima de la irrupción del transformador.
• Dejar el retardo de tiempo corto demasiado corto, por lo que el interruptor aguas arriba se dispara antes que el de aguas abajo.
• Uso de protección contra fallas a tierra en circuitos con alta capacitancia de cable sin demora.
• Suponiendo que la clasificación del marco del interruptor por sí sola proporcione una protección adecuada.

Desde el punto de vista de la adquisición, hacer coincidir los ajustes de protección con los del equipo es una cuestión de especificaciones real. Necesita conocer la impedancia del transformador, las longitudes de los cables aguas abajo, la irrupción del motor, si la hubiera, y la corriente de cortocircuito máxima disponible. El fabricante deberá aportar un estudio de coordinación del proyecto. Si el rango de configuración de protección es demasiado estrecho para la aplicación, ni siquiera un producto con la clasificación adecuada podrá funcionar de forma segura.

Si solicita aparamenta para una planta industrial, solicite al fabricante la lista completa de configuración de protección y las curvas de tiempo-corriente probadas. Los datos incompletos pueden generar costosos trabajos de reelaboración in situ y tiempo adicional de puesta en servicio.

1. Confirme los límites de la función de protección antes de realizar el pedido.
2. Proporcione la impedancia del transformador y el perfil de carga al proveedor del tablero.
3. Solicitar estudio de coordinación de los disyuntores principales, de amarre y alimentadores.

El problema principal es que los ajustes de protección del disyuntor deben seleccionarse como parte de un sistema, empezando por la corriente de cortocircuito disponible y terminando con la carga descendente más pequeña. Un valor aislado puede estar dentro del rango y aun así ser incorrecto. Cuando comprende la relación entre las configuraciones de falla a tierra, instantáneas y de larga duración, puede evitar desconexiones molestas, reducir los daños al equipo y aumentar el tiempo de actividad de su red de distribución.