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PROTECCIONES Y MEDIOS DE DESCONEXIÓN GUSTAVO ADOLFO BERNAL G. SMIEEE EMAIL: [email protected] Gustavo A. Bernal G. MEDIOS DE DESCONEXIÓN

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DEFINICIONES • Protección contra corriente nominal de cortocircuito NEC 100 I Corriente Nominal de Cortocircuito. Posible corriente simétrica de

falla a tensión nominal, a la cual un aparato o un sistema puede estar conectado sin sufrir daño que exceda los criterios de aceptación definidos. NEC 110.9 Corriente Nominal de Interrupción. Los equipos destinados a interrumpir las corrientes de falla deben tener un rango de interrupción nominal suficiente para la tensión nominal del circuito y para la corriente existente en los terminales de línea del equipo. NEC 110.10 Impedancia del Circuito y otras Características. Los dispositivos de protección contra sobrecorriente, la impedancia total, los componentes de la corriente nominal de cortocircuito y otras características del circuito que se va a proteger, se deben elegir y coordinar de modo que permitan que los dispositivos para protección del circuito utilizados para eliminar una falla, lo hagan sin que se produzcan daños extensos de los componentes eléctricos del circuito. 2

CAPACIDAD EN TRANSFORMADOR CALCULO DE NIVEL DE CORTOCIRCUITO

EJEMPLO: Un transformador trifásico 13.8 kV-480/277V de 200 KVA alimenta mediante 100 pies de conductor 4 #250 kcmil THWN cu, en tubería PVC, un equipo de servicio. Calcular el nivel de cortocircuito en los terminales de alimentación del equipo de entrada, si la impedancia del transformador es TFLC = corriente a plena carga del transformador de 1.5% TFLC =200 KVA x 1000/(480 V x 1.732) = 241 A SCCtr = corriente de cortocircuito disponible del transformador SCCtr = TFLC/Z = 241 A/0.015 = 16,067 A Rcond = L x R/1000 = 100 pies x 0.052 ohms/1000 pies = 0.0052 ohms Rtransf = Vtierra/ SCCtr = 277 V/16,067 A = 0.01724 ohms Rtotal = Rcond + Rtransf = 0.0052 + 0.01724 = 0.02244 ohms SCCse

= corriente de cortocircuito disponible en el equipo de servicio SCCse = Vtierra/Rtotal = 277 V/0.02244 ohms = 12,344 A 3

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DEFINICIONES • Protección contra sobrecorriente NEC 100 I Sobrecorriente. Cualquier corriente que supere la corriente

nominal de un equipo o la ampacidad de un conductor. Puede ser el resultado de una sobrecarga, un cortocircuito o una falla a tierra.

• Protección contra sobrecarga NEC 100 I Sobrecarga. Funcionamiento de un equipo por encima de su

capacidad nominal de plena carga, o de un conductor por encima de su ampacidad nominal, que cuando persiste por un tiempo suficientemente largo, podría causar daños o un calentamiento peligroso. Una falla como un cortocircuito o una falla a tierra no es una sobrecarga.

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DEFINICIONES • Protección contra cortocircuito y falla a tierra Definición: Cortocircuito. Ocurre cuando un conductor portador de corriente

entra en contacto con el neutral, o con uno o más conductores portadores de corriente de otras fases. NEC 250.2 Falla a Tierra. Ocurre cuando uno o más conductores portadores de corriente entran en contacto con conductores que normalmente no conducen corriente.

• Protección contra falla por arco Definición: Falla por Arco. Ocurre cuando hay conexiones flojas o

corroidas, o aislamientos defectuosos de conductores, que hacen contacto intermitente en la forma de destellos o arcos. Este tipo de falla produce calentamiento el cual puede dañar el aislamiento e iniciar un incendio.

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DEFINICIONES • • • • • • • •

Protección de conductores portadores de corriente Protección de alimentadores y circuito ramal Derivaciones de un alimentador Protección de tableros de distribución Protección de equipos contra falla a tierra Señalización de sistemas de emergencia no exigidos Protección de circuitos de motores Protección de bombas de incendio

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DEFINICIONES AMPACIDAD NEC 110 I

AMPACIDAD: Corriente, en amperios, que un

conductor puede transportar continuamente en condiciones de uso sin superar su temperatura nominal.

La ampacidad de los conductores de 0 a 2000 volts nominales debe ser la especificada en las Tablas de ampacidad permisible de corriente 310.16 a 310.19 y 310.20 y 310.21 según se modifiquen con lo indicado (En el NEC 2011 cambian los números de las tablas comenzando con 310.15(B)(16))

NEC 310.15(B)

NEC 310.15(B)(2) Factor de Ajuste por Más de 3 conductores portadores

de corriente en una canalización. Tabla 310.15(B)(2)(a).

TABLA 310.16

Factor de Ajuste por Temperatura Ambiente.

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Curso sobre el National Electric Code 2011

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Curso sobre el National Electric Code 2011 TABLA 310.16

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DEFINICIONES PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE

Los conductores se protegerán contra sobrecorriente de acuerdo con sus ampacidades. EXCEPTO Dispositivos mayores de 30A y menores de 800A, cordones flexibles y alambres de enseres; donde la interrupción pudiese crear un peligro; conductores del motor y circuito de control (NEC 430); conductores de circuito de equipo de acondicionamiento de aire y refrigeración (NEC 440).

NEC 240.4

Se debe conectar un fusible o una unidad de disparo por sobrecorriente de un interruptor automático en serie con cada conductor no puesto a tierra (energizado). NEC 240.21(A) Los conductores del alimentador y de los circuitos ramales se protegerán contra sobrecorriente en el punto donde los conductores reciben su alimentación. NEC 240.15(A)

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DEFINICIONES PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE ALIMENTADORES NEC 215.2

Los conductores alimentadores tendrán suficiente ampacidad para alimentar la carga a ser servida. La capacidad del dispositivo de sobrecorriente no será menor que la carga no contínua más el 125% de la carga contínua, antes de aplicar cualquier ajuste o factor de demanda permitido.

CIRCUITO RAMAL NEC 210.19(A)(1) Los conductores de un circuito ramal tendrán

suficiente ampacidad para la carga máxima a alimentar. la capacidad de un circuito ramal no será menor que la carga no contínua más el 125% de la carga contínua, antes de aplicar cualquier factor de corrección o ajuste.

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DEFINICIONES DISPOSITIVOS DE PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE NEC 240.4(B)

DE 800 A NOMINALES O MENOS. Se permitirá el uso de

un dispositivo de protección contra sobrecorriente estándar, del valor nominal inmediato superior (sobre la ampacidad de los conductores que proteja) siempre y cuando se cumpla con la totalidad de las siguientes condiciones: (1) Que los conductores protegidos no formen parte de un circuito ramal con varias salidas que alimenten receptáculos para cargas portátiles conectadas con cordón y clavija. (2) Que la ampacidad de los conductores no corresponda a la corriente nominal estándar de un fusible o de un interruptor automático sin ajuste para disparo or sobrecarga por encima de su valor nominal. (3) Que el valor nominal estándar inmediatamente superior seleccionado no supere los 800 Amperes. 13

DISPOSITIVOS DISPOSITIVOS DE PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE NEC 240.6(B)

DISPARO AJUSTABLE. La capacidad nominal de

NEC 240.6(C)

ACCESO RESTRINGIDO. Se permitirá que un

corriente de los interruptores automáticos de disparo ajustable que tengan medios externos para regular el ajuste de la corriente, debe ser el valor máximo posible de ajuste.

interruptor automático que tiene acceso restringido al medio de ajuste tenga valor nominal en amperes igual a la posición de corriente ajustada. Se define como acceso restringido: (1) Cubiertas removibles y sellables sobre el medio de ajuste. (2) Puertas atornilladas del envolvente del equipo. (3) Puertas con cerradura, accesibles solamente a personal calificado. 14

DEFINICIONES EXCEPCIONES: No requieren protección contra sobrecorriente en el punto donde inicia la derivación: NEC 240.21(B)(1) Derivaciones del alimentador, no mayor de 10 pies (3.05

metros), si la ampacidad de los conductores de derivación es adecuada para la carga combinada del circuito de derivación y no menor que la capacidad del dispositivo de sobrecorriente al final del circuito de derivación; Y están instalados en canalización; Y no se extienden más allá del equipo donde terminan.

NEC 240.21(B)(2) Derivaciones del alimentador, no mayor de 25 pies (7.62

metros), si la ampacidad de los conductores de derivación no es menor que la tercera parte de la capacidad del dispositivo de sobrecorriente que protege los conductores del alimentador; Y los conductores del circuito de derivación terminan en un solo interruptor automático de circuito que limitan la carga a la ampacidad de los conductores de derivación; Y estén protegidos contra daños físicos por estar encerrados en una canalización. 15

CONSIDERACIONES

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EJEMPLOS DE CÁLCULOS PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE

EJEMPLO: Para un equipo que opera a 80A contínuos y 10A no contínuos, determinar el tamaño de los conductores THWN del circuito y su protección. NEC 210.19(A)(1) 80A x 125% = 100A

10A + 100A = 110A NEC 240.6

110A requiere un OCPD = 110A

TABLA 310.16

110A requiere #2 AWG THWN (115A)

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EJEMPLOS DE CÁLCULOS PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE DERIVACION MENOR DE 10 PIES

EJEMPLO: Se desea alimentar un panel de 100A de luces cuya carga es 58A, mediante derivación menor de 3 metros, tomada de un circuito existente cuyo OCPD es 600A. Determinar el tamaño de los conductores y su protección. NEC 210.19(A)(1) 58A x 125% = 72.5A NEC 240.6

se requiere OCPD = 80A

NEC 240.21(B)(1)b

ampacidad de los conductores = 80A

TABLA 310.16

para THWN, se requiere #4 AWG (85A) 18

EJEMPLOS DE CÁLCULOS PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE DERIVACION DE 10-25 PIES

EJEMPLO: Se desea alimentar un panel de luces mediante derivación de 20 pies, tomada de un circuito existente cuyo OCPD es 600A. Determinar el tamaño de los conductores y la protección. NEC 240.21(B)(2)(1)

1/3 x 600A = 200A

TABLA 310.16

200A requieren #3/0 THWN

NEC 240.6(A)

200A requieren OCPD = 200A Este puede ser el interruptor principal del panel de luces. 19

PANELES ELÉCTRICOS PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE TABLEROS (PANELES) DE DISTRIBUCIÓN

Todos los paneles de distribución deben tener un valor nominal que no sea inferior a la capacidad mínima del alimentador que se exige para la carga calculada.

NEC 408.30

Un Panel de Distribución debe estar protegido por un dispositivo de protección contra sobrecorriente que tenga un valor nominal no superior a la del panel de distribución. Este dispositivo de protección se debe ubicar dentro o en cualquier punto en el lado de alimentación del panel de distribución.

NEC 408.36

Donde un Panel de Distribución está alimentado a través de un transformador, la protección contra sobrecorriente del panel se ubicará en el lado secundario del transformador.

NEC 408.36(B)

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PANELES ELECTRICOS PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE TABLEROS (PANELES) DE DISTRIBUCIÓN NEC 408.36(B) Excepción Un Panel de Distribución alimentado a través de un

transformador se debe considerar protegido contra sobrecorriente por la protección suministrada en el lado primario del transformador, cuando dicha protección está de acuerdo con NEC 240.21(C)(1).

NEC 240.21(C)(1) Para transformador monofásico con un secundario bifilar (de

una sola tensión), o un transformador trifásico conectado en delta-delta con un secundario trifilar (de una sola tensión) estén protegidos contra sobrecorriente en el lado primario del transformador siempre y cuando cumpla con la NEC 450.3 y no exceda el valor de multiplicar la ampacidad del conductor del secundario por la relación de transformación de tensión. NEC 450.3(A) Valor nominal o ajuste máximo de protección contra sobrecorriente – transformadores de más de 600 volts. NEC 450.3(B) Valor nominal o ajuste máximo de protección contra sobrecorriente – transformadores de menos de 600 volts. 21

EQUIPOS DE FALLA A TIERRA PROTECCION CONTRA FALLA A TIERRA

Protección de los Equipos contra fallas a tierra. Se debe proporcionar protección de los equipos contra fallas a tierra para sistemas eléctricos en estrella de más de 150 volts a tierra pero que no superen los 600 volts entre fases, para cada dispositivo individual utilizado como medio principal de desconexión de una edificación o estructura, con capacidad nominal de 1000 amperes o más.

NEC 240.13

No se exigirá que la fuente alternativa de alimentación de los sistemas de emergencia tenga protección del equipo contra fallas a tierra con un medio automático de desconexión. La indicación de falla a tierra se debe proporcionar según NEC 700.7(D).

NEC 700.26

En sistemas de emergencia en estrella de más de 150 volts a tierra y con dispositivos de protección de circuito para corriente nominal de 1000 amperes o más, el sensor de falla a tierra debe estar ubicado en el medio de desconexión del sistema principal para la fuente de emergencia.

NEC 700.7(D)

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EQUIPOS DE FALLA A TIERRA PROTECCION CONTRA FALLA A TIERRA Y CORTOCIRCUITO DEL CIRCUITO RAMAL DEL MOTOR NEC 430.52(A) Los dispositivos de protección contra cortocircuito y fallas

a tierra de los circuitos ramales de motores deben cumplir con NEC 430.52(B) y 430.52(C), según sea aplicable.

El dispositivo de protección contra cortocircuito y fallas a tierra del circuito ramal del motor debe ser capaz de conducir la corriente de arranque del motor. NEC 430.52(C)(1) Se debe emplear un dispositivo de protección con valor nominal o ajuste que no exceda el valor calculado de acuerdo con los valores en la Tabla 430.52. Excepción No. 1 Cuando no correspondan a los tamaños nominales estándar de dispositivos, se permitirá utilizar el siguiente valor nominal estándar inmediatamente superior. Excepción No. 2 Cuando el valor nominal especificado en la Tabla 430.52 o el permitido por la Exc. No. 1 no sea suficiente para la corriente de arranque del motor…. NEC 430.52(B)

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EQUIPOS DE FALLA A TIERRA PROTECCION CONTRA FALLA A TIERRA Y CORTOCIRCUITO DEL ALIMENTADOR DEL MOTOR NEC 430.62(A) El alimentador estará provisto de un dispositivo de protección

contra falla a tierra y cortocircuito cuya capacidad o ajuste no supere la capacidad nominal o ajuste de mayor valor del dispositivo de protección contra cortocircuito y falla a tierra de cualquier motor conectado al circuito ramal, MAS la suma de las corrientes de plena carga de los demás motores.

CIRCUITO DE CONTROL DE MOTORES NEC 430.72(A) El circuito de control de motor, derivado del lado de carga del

dispositivo protector del circuito ramal contra cortocircuito y falla a tierra, se protegerá contra sobrecorriente.

NEC 430.72(C)

EXCEPCIÓN. La protección contra sobrecorriente se debe

omitir cuando la apertura del circuito de control pudiera crear una situación de riesgo, como por ejemplo, el circuito de control de un motor de una bomba contra incendios y similares. 24

EJEMPLOS DE INSTALACIÓN Alimentador

Circuito Ramal

Medio de Desconexión

Motor eléctrico

OCPD y Controlador Con OL

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EQUIPOS DE DESCONEXIÓN DESCONEXION NEC 430.75(A)

Los circuitos de control del motor estarán dispuestos en forma tal que se desconectarán de todas las fuentes de energía, cuando el medio de desconexión del motor esté en posición abierta.

CONTROLADOR DE MOTOR Interruptor o dispositivo utilizado para el arranque y parada de un motor mediante la apertura y cierre de la corriente del circuito del motor. NEC 430.82(A) Cada controlador debe ser capaz de

interrumpir la corriente de rotor bloqueado del motor. NEC 430.81(A) y (B) El dispositivo de protección del circuito ramal puede servir como controlador para motores estacionarios de hasta 1/8 CF. El enchufe puede servir como controlador para motores portátiles de hasta 1/3 CF. NEC 430.83(A)(1) El controlador tendrá una capacidad en CF al voltaje de aplicación no menor que la del motor. 26

CASO DE MOTORES MOTORES DE SERVICIO CONTÍNUO PROTECCION CONTRA SOBRECARGA

Todos los motores de servicio continuo de más de 1 HP nominal deben estar protegidos contra sobrecargas por:

NEC 430.32(A)

(1) Un dispositivo separado de protección contra sobrecarga que sea sensible a la corriente del motor. Este dispositivo debe tener valor nominal no superior al siguiente % del valor nominal de corriente de plena carga, de la placa de características del motor: Motores con un factor de servicio 1.15 o más Motores con aumento de T de 40°C o menos Todos los demás motores

125% 125% 115%

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CASO DE MOTORES MOTORES DE SERVICIO CONTÍNUO PROTECCION CONTRA SOBRECARGA

Cuando el elemento detector o el ajuste o el dimensionamiento del dispositivo de protección contra sobrecarga seleccionado no son suficientes para arrancar el motor o llevar la carga, se permitirá el uso de elementos detectores de mayor tamaño o incrementos en los ajustes o el dimensionamiento, siempre que la corriente de disparo del dispositivo de protección contra sobrecarga no exceda los siguientes % del valor nominal de corriente de plena carga, de la placa de características del motor:

NEC 430.32(C)

Motores con un factor de servicio 1.15 o más Motores con aumento de T de 40°C o menos Todos los demás motores

140% 140% 130%

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BOMBAS CONTRA INCENDIO PROTECCION CONTRA SOBRECARGA

No se debe exigir protección de los conductores contra sobrecarga cuando la interrupción del circuito pueda crear un riesgo, por ejemplo en los circuitos magnéticos de manejo de materiales o en bombas contra incendio. En estos casos se debe proporcionar protección contra cortocircuito. NEC 240.4(A)

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BOMBAS CONTRA INCENDIO PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE DEL MOTOR DE BOMBA DE INCENDIO NEC 695.4(B)(1) El dispositivo de protección contra sobrecorriente se debe

seleccionar o ajustarse para conducir de forma indefinida la suma de la corriente de rotor bloqueado del motor o motores de la bomba contra incendios y de los motores de la bomba de mantenimiento de la presión, así como la corriente a plena carga del equipo accesorio asociado de la bomba contra incendio cuando están conectados a esta alimentación. Se debe usar el siguiente dispositivo de proteccion contra sobrecorriente estándar de acuerdo con NEC 240-6. Los circuitos de fuerza no deben tener protección automática contra las sobrecargas…los conductores del circuito ramal y del alimentador deben protegerse únicamente contra cortocircuito.

NEC 695.4(D)

No se permitirá protección del equipo contra fallas a tierra para las bombas contra incendios.

NEC 695.4(H)

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FALLA DE ARCO PROTECCION CONTRA FALLA POR ARCO NEC 210.12(B)

UNIDADES DE VIVIENDA. Todos los circuitos ramales

que alimentan salidas monofásicas de 120 volts, 15 y 20 amperes instaladas en habitaciones familiares, comedores, salas de estar, salones, bibliotecas, cuartos de estudio, alcobas, solarios, salones para recreación, armarios, pasillos o habitaciones o áreas similares en unidades de vivienda, se deben proteger con un interruptor listado de circuito por fallas de arco, tipo combinación, instalado para brindar protección al circuito ramal.

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FALLA DE ARCO PROTECCION CONTRA FALLA POR ARCO NEC 440.65 ACONDICIONADORES DE AIRE MONOFASICOS DE CUARTO. Los acondicionadores de aire monofásicos conectados con

cordón y clavija deben estar equipados con protección LCDI O AFCI instalada en fábrica. Dicha protección debe ser parte integral de la clavija de conexión o estar ubicada en el cordón de alimentación a una distancia máxima de 300mm (12”) de la clavija de conexión.

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FALLA DE ARCO

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Coordinación de protecciones

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INTRODUCCION ▪ El standard de IEEE 242 nos dice que el sistema de protección y la coordinación es el mas importante y el menos apreciado y entendido de los aspectos en el diseño de los sistemas eléctricos de potencia. Esto es la selección apropiada, la aplicación y la coordinación de ese grupo de componentes, que constituyen el sistema de protección para edificios comerciales e industriales. Gustavo A. Bernal G. Capacitacion Para Electricistas

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INTRODUCCION ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

PROTECCION COORDINACION SELECTIVIDAD CONFIABILIDAD ESTABILIDAD COMPONENTES REALES

▪ COSTOS ASOCIADOS Gustavo A. Bernal G. Capacitacion Para Electricistas

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CARACTERISTICAS De Los COMPONENTES Deben activarse cuando ocurre un defecto o falla en el sistema, en el menor tiempo posible y con la mínima cantidad de componentes. Son reales, comerciales y definidos. Dependen de condiciones externas, vida útil, mantenimiento y materiales utilizados. Utilización de los equipos y componentes a un costo razonable. Gustavo A. Bernal G. Capacitacion Para Electricistas

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CARACTERISTICAS De Los COMPONENTES Fusibles de Bajo Voltaje. • • • •

Cartucho. Plug (insertable). Proteccion de sobrecorriente suplementaria. Propositos especiales.

De 0-600 Amperios : Clases H,K,R Y J. Arriba de 600 Amperios : Clase L. Standards aplicables: ANSI C97., NEMA FU-1, Y UL 198B, C, D, E, H, L. Gustavo A. Bernal G. Capacitacion Para Electricistas

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CARACTERISTICAS De Los COMPONENTES

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CARACTERISTICAS De Los COMPONENTES

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CARACTERISTICAS De Los COMPONENTES Interruptores Termomagneticos De Caja Moldeada Magneticos Alta capacidad interruptiva Limitadores de Corriente Aislados De Potencia Disparo electronico vs electromagnetico 100% de capacidad (>600 amperios) Gustavo A. Bernal G. Capacitacion Para Electricistas

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CARACTERISTICAS De Los COMPONENTES

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COORDINACION • Las funciones básicas de un sistema de protección y coordinación, son prevenir los riesgos a la vida y la propiedad, minimizar el daño al sistema y sus componentes y limitar la extensión y duración de la interrupción del servicio, cualquiera que sea la anormalidades ocurridas en cualquier parte del sistema. Gustavo A. Bernal G. Capacitacion Para Electricistas

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COORDINACION

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COORDINACION • Las anormalidades pueden ser causadas por falla del equipo, humana, error, o emergencias de origen natural o humana. Estas son impredecibles y el sistema eléctrico debe ser diseñado y mantenido, para que en la medida de lo posible se proteja a si mismo automáticamente. Gustavo A. Bernal G. Capacitacion Para Electricistas

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COORDINACION • La coordinación de dispositivos de protección es el proceso de ajustar en derivación, los diferentes dispositivos de sobrecorriente en un sistema. El método para derivar estos ajustes (settings) será dibujando las curvas de las características de tiempo-corriente de esos dispositivos en una hoja de papel de coordinación log-log.

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COORDINACION Los siguientes requerimientos son esenciales para hacer un estudio de coordinación: • Documentación del Sistema. • Conocimiento de los límites en los equipos de protección. • Un claro entendimiento de las características del dispositivo detector de protección. • Conocimiento de la coordinación requerida en los intervalos de tiempo. Gustavo A. Bernal G. Capacitacion Para Electricistas

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COORDINACION Los datos pertinentes del sistema deber ser conocidos para desarrollar un estudio de coordinación: • Diagrama unifilar del sistema a ser coordinado, que incluya todos los equipos y dispositivos.

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COORDINACION • Colocar en el unifilar los valores de impedancia, desarrollar un estudio de cortocircuito, determinando los máximos y minimos de las corrientes de cortocircuito disponibles en cualquier punto del sistema, bajo condiciones de operación. • Determinar los límites extremos de los equipos de protección y operación. • Escoger los dispositivos de protección que cumplan con el voltaje del sistema, frecuencia, requerimientos de corriente, así como de cualquiera condición no usual, debido a la localización del equipo, altitud, sísmos, temperatura, etc. Gustavo A. Bernal G. Capacitacion Para Electricistas

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