corrient

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- Protección contra sobreintensidades. Coordinación de protecciones -
2.Coordinación Autor: Marino de Arriba del Val
1. OBJETO
Este capítulo está destinado a explicar las particularidades de la coordinación temporal de protecciones de
sobrecorriente situadas en cascada en una red eléctrica. Igual que en el capítulo 1, los conceptos generales
expuestos aquí en primer lugar son aplicables a cualquier red eléctrica, sin embargo, las redes mineras
presentan particularidades topológicas y de explotación y, por ello, son más susceptibles a la existencia de
disparos intempestivos en zonas alejadas del punto en falta.
2. ¿ QUÉ SE ENTIENDE POR COORDINACION DE PROTECCIONES ?
Parailustrarcoherentementelarespuestaaestapreguntarecurriremos
aunejemplodeunaredminera,ésteestárepresentadoenlaFigura2.1.
La red representada en la figura es un ejemplo sencillo de un transfor-
madorAT/BTdelquedependendoscofrés,unomúltipledetresservicios
de motor, y otro simple con un solo. Aún con la simpleza del circuito, ya
puede verse que involucra 12 protecciones de sobrecorriente, 4 de
cortocircuito y sobrecarga combinadas, 4 de cortocircuito solamente y
4 de sobrecarga.
La coordinación de protecciones debe hacerse observando el flujo de
corriente desde la acometida hasta los receptores. En este caso del
siguientemodo:
- Camino I, II, III, V y 1.
- Camino I, II, III, VI y 2.
- Camino I, II, III, VII y 3.
- Camino I, II, IV, VIII y 4.
Vemos que las protecciones I y II son comunes a toda la red porque
corresponden a la protección primaria y secundaria del transformador.
la III debe coordinarse con ellas y, a su vez, con todas las del cofré
múltiple de tres servicios. La IV con I y II y, a su vez, con las del cofré
simple.
Con estas premisas concluimos que la coordinación de protecciones
corresponde al hecho de establecer selectividad temporal entre las
proteccionesdesobrecorrienteque«ven»unamismafalta.Dichodeotro
modo,quizásmásgráfico,conseguirqueunafaltaseadespejadaporla
protección de sobrecorriente que está más próxima a ella en el sentido
del flujo de la corriente.
2.1. Condiciones Mínimas para la Selectividad
Desdeahoradebedesecharseelconceptoerróneodequesiempreesposibleestablecerselectividadtemporal
de protecciones o que ésta depende exclusivamente de la regulación. Existen multitud de situaciones en las
que es imposible establecer una selectividad temporal en todo el campo de las corrientes de falta calculadas
o esperables en la red. Ello es debido a que las curvas características Tiempo-Corriente de las distintas
protecciones involucradas no son seudoparalelas porque obedecen a criterios distintos de diseño y/o de
conservadurismo del diseñador o de la norma aplicada.
Este aspecto fue muy evidente en el pasado, cuando la armonización de normas era prácticamente
inexistente,entonces,erasumamentedificil,avecesimposible,coordinarvariasproteccionesdeequipospara
minería provenientes de suministradores de distintos paises, principalmente entre anglosajones, más
conservadores, y alemanes o de paises del Este de Europa.
I>
I>>
I>
I>>
I>
I>>
I>
I>>
M
M
M
M
Acometida
I
II
III
I>
IV
V VI VII
VIII
I> I>
I>
1 2 3
4
Figura 1.2
1
2
3

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2.Coordinación Autor: Marino de Arriba del Val
Puede parecer extraño que la normativa no alcanzara a definir con detalle las curvas características de las
distintas protecciones de equipos mineros, pero ciertamente así fue y aún pueden encontrarse multitud de
casos en los que sigue siendo, porque los equipos eléctricos para ambientes subterráneos deben de cumplir
conunatemperaturasuperficialmáximaentodosloscasosdefuncionamientoylasnormasalusosolodefinen
tres o cuatro puntos de las características y ello de forma poco precisa. Por ejemplo: a 1,2 x IN la intervención
debe hacerse en un tiempo igual o menor de 2 horas.
Todo ello, lleva a la recomendación de ser
sumamentecuidadososalahoradeadmi-
tir equipos de diversa procedencia, y a
pedir información de detalle a los distintos
fabricantesparacomprobarqueseránapli-
cables a nuestras redes y se coordinarán
con los ya disponibles.
Para concluir con un ejemplo este aparta-
do, mostramos en la Figura 2.2 una carac-
terísticaTiempo-Corrientedeuninterruptor
de B.T. y de un fusible con coordinación
para rangos altos de corriente (curva 1),
comocorrespondealacorrectautilización
delfusibleyotro(curva2)quecorresponde
a una situación indeseable, porque el fusi-
ble no sirve para nada, ya que es de curva
lentay,aunquepudieraseradecuadopara
proteger motores, no lo es para la función
específicaasignada,yaquenosecoordina
con el interruptor situado aguas arriba.
¿ Qué es esperable que ocurra ? Cuando
se produzca un cortocircuito (rango de
corrientes altas) el tiempo de fusión del fusible será más largo que el de disparo del interruptor, entonces
dispararáéstey,aunquelafaltaserádespejadaylosequiposprotegidos, lafuncionalidadnoseráadecuada,
ya que no existió selectividad.
LaFigura2.3muestrauncasoideal,donde
todas las características son paralelas y la
selectividadesperfecta,perodesgraciada-
mente éste no corresponde a una aplica-
ción minera, sino de una instalación de
superficieenB.T.dondesecoordinanpro-
tecciones de un mismo fabricante con el
máximo rigor.
Los valores de cálculo son 22 y 50 kA de
corriente de cortocircuito simétrica. Ve-
mos que en el punto más alejado el inte-
rruptor despeja la falta en aprox. 0,01 s,
actuando como back-up los dos situados
aguasarriba,quedespejaríanennomásde
0,1 s.
En el apartado siguiente mostramos un
caso práctico de la coordinación real en el
ejemplo de la Figura 1.2.
Figura 2.2
Fusible rápido
Fusible lento
Figura 2.3

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3. UNA COORDINACIÓN REAL EN MINERIA
Unacoordinaciónrealserefierealhechodeutilizarcomponentescomercialesconsuscurvascaracterísticas
y valores de cálculo para las corrientes de cortocircuito correspondientes a una instalación real. Los
componentes incorporados y los valores de cálculo obtenidos son los siguientes:
- Transformador de 800 kVA, 5000/500-500 V/V con protección electrónica en A.T. con característica
Tiempo-Corriente tipo IE200 y protección B.T. tipo PR112.
- Cofré de interruptor protector de línea con protección de sobrecorriente tipo PR112.
- Cofré múltiple de servicios de motor hasta 150 A, 1000 VAC con fusibles de 400 A y protección de
sobrecargatipoURN1.
- I’’k3(1) = 13 kA
- I’’k3(2) = 6 kA
- I’’k3(3) = 4 kA
- I’’k2(3) = 2,7 kA
La Figura 4.2 muestra a escala doble logarítmica las características Tiempo-Corriente linealizadas de las
protecciones de sobrecorriente de la rama I, II, III, V, evidentemente las demás serán muy parecidas y se
calculan del mismo modo.
La protección de motor está regulada para un motor de 90 kW, 500 VAC, con una corriente de arranque no
superior a 8 x IN, trabajando conjuntamente con fusibles de 400 A con característica obtenida a partir de la
Figura 5.1. El aparato de maniobra del motor es un contactor de operación al vacío de capacidad de apertura
hasta 3 kA a 1.000 VAC. Hemos de decidir, durante la instalación de la estación múltiple, si se conecta o no
la etapa de cortocircuito de la protección de motor tipo URN1 al circuito de mando del contactor. Nuestra
decisión ha sido NO porque la máxima corriente de cortocircuito es 4 kA y está en el límite de la capacidad
del contactor de vacío, por ello, dejamos esta corriente para ser cortada por los fusibles.
Así pues, la protección de motor verá todas las corrientes existentes (marcha normal, arranque, cortocircuito
mínimo y máximo), pero la etapa a partir de 1.200 A no actúa sobre ningún dispositivo de corte. Con esto, es
de esperar lo siguiente:
- Cualquierarranqueserásoportadoporlaproteccióndemotorduranteaproximadamente6a9segundos.
- Cualquier arranque o situación de rotor bloqueado de mayor duración será despejado por el contactor
de vacío en el tiempo mencionado antes.
- Las sobrecargas serán despejadas en tiempos entre 10 y 30 segundos.
- Elcortocircuitomáximode4kAserádespejadoporelfusibleenuntiemponosuperiora0,04segundos.
- El cortocircuito mínimo de 2,7 kA también será despejado por el fusible en un intervalo de tiempo no
superior a 0,08 segundos.
- Estas protecciones están respaldadas por la de línea que actuará, ante el máximo cortocircuito en 1
segundo y ante el mínimo en 3 segundos.
- Silaproteccióndemotorestámalreguladaporexceso encuantoalaetapadecortocircuito,noocurrirá
prácticamente nada ante el mínimo (2,7 kA) porque el contactor tiene capacidad de corte, pero podría
ocurrir ante el máximo porque el contactor está en el límite de capacidad. Sin embargo, intervendría el
fusible (prolongar la línea transversal de URN1 hasta 4 kA.
- Silaproteccióndemotorestámalreguladapordefectoencuantoalaetapadecortocircuito,podríahaber
inconvenientes para la explotación porque se producirían fusinoes intempestivas del fusible (mover la
línea vertical de URN1 hacia valores menores de corriente).

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2
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2 4 6 8
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5
10
-3
10
-2
2
6
8
Corriente (A)
Tiempo(s)
150
4
1.200 13kA6kA
4kA2,7kA
Protección AT Trafo.
Protección BT Trafo.
Protección de cable
Fusible de 400A
Protección de Motor
2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8
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-1
2
6
8
4
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0
2
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4
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8
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8
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4
2
6
8
4
10
5
2
6
8
4
Figura 4.2

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Ahoraobservemoselfuncionamientoencondicionesdefaltaosobrecargadelalíneadealimentaciónalcofré
múltiple. En cabecera de esta rama hay, como digimos, un cofré de protección de línea con un interruptor de
bastidorextraibleequipadoconunaprotecciónelectrónicatipoPR112.Esterealizalasiguientefuncionalidad:
- Proteger el cable de alimentación a la estación múltiple.
- Servir de salvaguarda a las protecciones existentes en el cofré de motores.
- Maniobrarlarama.
Elvalorderegulacióndelaetapadesobrecargadelaprotección(marcadaIIIenlaFigura1.2)deberegularse
al valor nominal de los cables de alimentación al cofré múltiple, este valor es 400 A en la Figura 4.2. El de
cortocircuito a 10 x IN con objeto de reaccionar ante el cortocircuito máximo en el punto más alejado de la red
por él vigilada. Con estos presupuestos es de esperar lo siguiente:
- Desde el punto de vista funcional, una operación larga y libre de inconvenientes debido a la calidad del
interruptor.Tambiénsercapazdeseroperadoadistanciapormediodelsistemadecontrolytransmisión
de datos. Además poder actuar como interruptor, dejando la rama fuera de servicio, cuando señales
remotas del sistema de grisuometría así lo exijan. Esta es la razón por la que estos equipos se
denominanhabitualmente interruptores de sección.
- En estado de sobrecarga ocasionada «aguas abajo» los cables y demás receptores están protegidos
porqueelinterruptordispararíaentre10y800segundos(algomásde10minutos).Unasobrecargadébil
es perfectamente asumible por un cable durante este tiempo.
- Ante cualquier cortocircuito esperable en su rama disparará en aproximadamente 1 segundo.
- Igualquehemoscomentadoantes,cualquierdefectoenélestáresguardadoconlaoperacióndeback-
up del situado aguas arriba como protección de BT del transformador.
El interruptor de salida del transformador es del mismo tipo que el anterior y fue regulado, en su etapa de
sobrecarga, a algo menos de la corriente de plena carga del trafo. (aprox. a 700 A a 500 V). Esto es porque
noexisteningunanecesidaddellevarloaplenacargaporquelademandadepotencianolorequierey,deeste
modo,ajustamosmejorlaselectividadyelbac-updelainstalación.Sinembargo,silaregulaciónhubierasido
a 920 A (plena carga del transformador), podemos comprobar en la Figura 4.2 que no hubiera habido
prácticamentevariacionesdeconsideración.
Finalmente, La protección IE200 de AT del transformador fue regulada a 100 A en 5 kV, equivalentes a 1.000
Aen500V,conjuntamenteconladeBTprotegeintegralmentealamáquinayactúacomoback-updelconjunto
eléctrico que hemos presentado.
Para terminar quiero llamar la atención sobre dos aspectos:
1) El transformador de potencia es bitensión en el secundario, 5.000/500-500. En conexión serie la
tensión de salida es 1.000 V y en conexión paralelo es 500 V. Obviamente, el cálculo de selectividad
a 1.000 V es distinto al presentado aquí.
2) Resultarásumamenteinstructivohacersimulacionesderegulacionesdefectuosasdelasprotecciones
oalterareltamañodefusiblesenloscofrésdemotores.Asípodremoscomprobarlarazóndemuchos
inconvenientes observados en las explotaciones subterráneas y el riesgo inminente a que estamos
sometidos en caso de faltas.