1 Protección Protección Diferencial Diferencial Avanzada Avanzada en Baja Tensión en Baja Tensión
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Protección Diferencial Protección Diferencial Avanzada Avanzada
en Baja Tensiónen Baja Tensión
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Índice
1.- Introducción a la protección diferencial.• Objetivos de la protección diferencial
• Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales residuales.
2.- Criterios de elección de un diferencial.• Características técnicas básicas.
• Coordinación con la instalación.
3.- Funcionamientos anómalos de los diferenciales.
4.- Solución a los problemas con los diferenciales.• La tecnología diferencial superinmunizada multi9.
5.- Ejemplos de elección e instalación de diferenciales.
Protección diferencial avanzada en BT
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Electrocución de personas
Objetivos de la protección diferencial: Los riesgos
La utilización de la corriente eléctrica supone siempre unos riesgos para las personas, los receptores eléctricos y las propias instalaciones eléctricas:
Defectos de pérdida del aislamiento
Contactos directos con la corriente
Contactos indirectos con la corriente
Calentamiento demateriales inflamables
Electrocución de personas
Incendio deinstalaciones
o edificios
Destrucción de receptores
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Objetivos de la protección diferencial: La electrocución
Efectos del paso de la corriente eléctrica por el cuerpo humano,según UNE 20572 :
1 A Parada cardíaca
75 mA Umbral de fibrilación cardíaca irreversible
30 mA Umbral de parálisis respiratoria
10 mA Contracción muscular (tetanización)
0,5 mA Sensación de cosquilleo
La norma UNE20460 define unas curvas de seguridad para protección de personas que en función de la tensión de contacto Uc nos dan el tiempo máximo de corte.
Estas curvas también son función del tipode ambiente: seco o húmedo.Las tensiones límite de seguridad son:
UL = 50V en ambiente seco.UL =25V en ambiente húmedo.
Ambiente húmedo
Ambiente seco
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Objetivos de la protección diferencial: La electrocuciónLas personas pueden tener contactos accidentales con la corriente eléctrica de 2 formas diferentes:
Contacto indirectoLa persona toca una parte metálica de un receptor que se encuentra accidentalmentebajo tensión. Si la masa está conectada atierra, por la persona sólo circulará unapequeña parte de la corriente hacia tierra.
Contacto directoLa persona toca directamente un conductoreléctrico en tensión. La persona soportará latotalidad de la tensión de la fase con la queentre en contacto y la totalidad de la corrientecirculará por ella.
Transformador MT/BT
Transformador MT/BT
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Objetivos de la protección diferencial: Riesgo de incendios
El 30% de incendios de edificios tienen su origen en un defecto eléctrico, de los cuales el más común es el deterioro del aislamiento de los cables de la instalación a causa de:
Rotura brusca accidental del aislante de un conductor Envejecimiento y rotura final del aislante de un conductor Cables mal dimensionados, sometidos periódicamente a sobrecargas en los que se acelera su proceso de envejecimiento
Riesgo de incendios a partir de fugas a tierra de valor superior a 300 mA.
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Objetivos de la protección diferencial: Regímenes de neutro
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Objetivos de la protección diferencial: Régimen TT
Cálculo de Id:
Id = Uo/(Rn+Ru) = 230/(10+10) = 11,5 A
Cálculo de Uc:
Uc=Id x (Ru x Rc) / (Ru + Rc)Uc=11,5 x (10 x 2000) / (10 +2000)
Uc = 115 V
Uc superior a la tensión límite de seguridad:
UL = 50 VEs necesario el disparo.
DPCC25 A
400V / 230V
L1L2L3N
Id = 11,5A
Ru10
Rn10
Uo =230 V
Uc
Id
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claseAC
NS
I entrante
I residual
I saliente
Inmunizacióncontratransitorios:
- onda tipo 8/20 s- onda 0,5 s, 100 kHz
2 Filtrado electrónico básico
1 Transformador toroidal
3 Relé de disparo
Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales residuales
Principio de funcionamiento de un interruptor diferencial ID a propia corriente
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Criterios de elección de un diferencialPara elegir un interruptor diferencial apropiado a nuestra instalación tendremos en cuenta los criterios:
a) Características técnicas
• Sensibilidad• Retardo• Calibre
• Clase
b) Coord. con la instalación• Selectividad• Coord. con magnetotérmicos• Tipo y cantidad de receptores
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Sensibilidad (In)
De acuerdo con las normas UNE EN 61008 , UNE EN 61009 y UNE EN 60947-2, se establecen las siguientes sensibilidades normalizadas:
6 mA, 10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA, 500 mA,
1 A, 3 A, 10 A, 30 A
Por debajo de In/2 el diferencial no debe disparar y por encima de In siempre ha de disparar (según UNE EN 61008 y UNE EN 61009) :
InIn2
Idefecto
Criterios de elección de un diferencial
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Tipo
General
Valores normalizados del tiempo (s) de funcionamiento y de no respuesta para una corriente residual con In igual a:
Cualquier valor
tiempo de funcionamientomáximo
S
In 2In 5In 500A
25 > 0,030
0,3
0,5
0,13
0,15
0,2
0,06
0,04
0,15
0,05
0,04
0,15
0,04
In(A)
In(A)
Cualquier valor
tiempo de funcionamientomáximo
tiempo de no respuestamínimo
Valores normalizados del tiempo de funcionamiento máximo y del tiempo de no respuesta, según UNE EN61008 (interruptores diferenciales ID) y UNE EN61009 (bloques diferenciales Vigi):
Parámetros de elección de un diferencialTiempo de disparo
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leyenda :
1 = 30 mA
2 = 300 mA
3 = 3000 mA
4 = 300 mA instantáneo
Curvas de disparo de diferenciales multi9
Criterios de elección de un diferencial
Ejemplo: el tiempo real medio de disparo de un ID multi9 instantáneo es de 20ms a In
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Clase AC Clase A
Mayor I residual suficiente DISPARO del relé
La utilización de un núcleo magnético toroidal de fuerte inducción permite amplificar el ciclo de histéresis y en consecuencia aumentar .
Criterios de elección de un diferencial
esta clase permite detectar corrientes de fuga alternas o pulsantes con o sin componente continua.
La clase Existen 2 categorías básicas de diferenciales, definidas como CLASES:
ésta es la clase estándar,sólo detecta corrientesde fuga alternas
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4P2561620451020
A) Cortocircuitos:Intensidades de cortocircuito máximas en kA soportadas por un ID según el magnetotérmico que se coloque aguas arriba o aguas abajo
DPNC60NC60HC60LNC100HNC100LH
2P2561620451020
4061620451020
63
1620451020
80
1020
100
1020
40
81020720
100
510
63
81015720
80
510
ID Aguas abajoMagneto-térmico aguas arriba
Protección de un ID contra sobrecorrientesEs imprescindible utilizar un magnetotérmico para proteger al ID contra cortocircuitos y sobrecargas:
Icc
B) Sobrecargas:Debe elegirse para el ID un calibre (In) igual o superior al del magnetotérmico en serie con él. Se recomienda la relación: Calibre ID > 1,4 veces Calibre magnetotérmico
Criterios de elección de un diferencial
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Criterios de elección de un diferencial
El objetivo de la selectividad es el conseguir que dispare únicamente aquella salida del cuadro eléctrico afectada por una avería, y que el corte de tensión se produzca lo más cerca de ésta.
A
B
1 2 3
• Según las normas (UNE EN 61008 y 61009), un DDR debe actuar para fugas superiores a In y no actuar para fugas inferiores a In /2:
In (A) > 2 x In (B)
• Hay que considerar un retardo voluntario en el dispositivo de cabecera (A):
td (A) > td (B) + tf (B)
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DISPAROS INTEMPESTIVOS de un Diferencial
¡¡ Pérdida innecesaria de la continuidad de servicio !!
Costes económicos importantes
Riesgos para las personas
Funcionamientos anómalos de los diferenciales
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Funcionamientos anómalos de los diferenciales
Causas de los disparos intempestivos:
• Corrientes de fuga de AFLas corrientes de fuga de AF débiles se superponen a la corriente defuga normal a 50 Hz, aumentando su nivel eficaz. El DDR puede disparar antes.
• Fugas permanentes a 50HzSi la suma de estas corrientes alcanza el 30% del valor de la sensibilidad del diferencial, hay riesgo de disparos intempestivos.
• Puntas de corriente transitorias de maniobraDebido a varias causas posibles: disparo de automáticos, la fusión de un fusible, arco eléctrico provocado por motores, contactores, interruptores …
• Sobretensiones atmosféricasLa caida de rayos cerca de una instalación eléctrica
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BLOQUEO O NO DISPARO de un Diferencial:
¡¡Pérdida de seguridad para las personas !! Ciertas perturbaciones en la red bloquean al diferencial que no
podrá disparar si hay un defecto peligroso (mientras persistan dichas perturbaciones).
Es especialmente grave ya que este tipo de
problema no se detecta tan fácilmente como un disparo
intempestivo.
Funcionamientos anómalos de los diferenciales
Transformador
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Causas de BLOQUEO del diferencial (1):
• Corrientes de fuga de AFEl funcionamiento de un DDR depende de la frecuencia de la señal.
Funcionamientos anómalos de los diferenciales
Frecuencia 50Hz >1kHz >10kHz <100kHzComportamiento
ID 30mA clase AC OK Bloqueo Bloqueo Bloqueo
ID 30mA clase A “ si” OK OK OK OK
Al aumentar la frecuencia se intensifica el fenómeno de bloqueo o “tetanización” del relé de disparo. Depende del tipo de diferencial.
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Funcionamientos anómalos de los diferenciales
• Componente continua
Los diferenciales clase AC no sólo no detectan fugas a tierra con
componente continua sino que además dichas corrientes pueden llegar
a bloquear el diferencial si su sentido es contrario al de actuación del
relé. Un diferencial clase A “si” multi9 evita este tipo de bloqueo.
• Bajas temperaturas
La sensibilidad del diferencial depende de la temperatura de funcionamiento. La deriva de la misma es inaceptable a partir de las temperaturas límite siguientes:
-25
-5Protección diferencial estándar
Nueva gama protección diferencial “si”
Causas de BLOQUEO del diferencial (2):
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La respuesta: la nueva gama “si” multi9
• Los dispositivos diferenciales deben proteger las personas y bienes asegurando la continuidad de servicio
Los diferenciales convencionales
de clase AC desarrollan satisfactoriamente esta función
en el 90 % de los casos.
La nueva gama “si” superinmunizada ha sido concebida para
dar respuesta al 10 % de casos restantes.
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La tecnología “si” multi9
NS
I entrante I saliente
Inmuniza-ción contratransitorios:
-onda tipo8/20 s-onda 0,5s 100 kHz
Deteccióndecorrientespulsantes
Filtradode altasfrecuencias
Verifica-ción yorden dedisparo
Superinmunizado
Acumulación
de energía
clase AC
clase Aclase A “si” si
2 Sistemas de filtrado electrónico
1 Transformadortoroidal
3 Relé de disparo
I residual
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¿Qué aporta la gama “si” multi9?
• Evita el cegado del diferencial gracias al filtro de altas frecuencias
• Es clase A; capaz de detectar fugas de corrientes rectificadaspulsantes• Evita los disparos intempestivos gracias al circuito de acumulacion de energía capaz de diferenciar las sobretensiones, picos o transitorios de los defectos de aislamiento.
Seguridad
Continuidad
de Servicio
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Balastos convencionalesDisparos intempestivos a causa de las puntas de arranque
Balastos electrónicosCegado del diferencial a causa de las altas frecuencias
Riesgos a partir de 20 Balastos por diferencial
• Iluminación fluorescente
¿Dónde instalar la gama “si” multi9?
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Rectificador Filtro Ondulador
Generador AF
Area no empleada
Es enviada hacia tierra.Es una corriente de fuga a tierra
de AF de muy baja intensidadque se suma a la corriente de
50 Hz de fuga a tierra permanente
Mayor sensibilización de la protección diferencial estándar
• Iluminación fluorescente
Funcionamiento de un balasto electrónico
¿Dónde instalar la gama “si” multi9?
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NS
I entrante
I resid.
I saliente
Inmuniza-ción contratransitorios:
- onda tipo8/20 s- onda 100 kHz
Detección corrientespulsantes
Filtrado de altas frecuencias
Verifica-ción y orden de disparo
superinmunizado
Acumulación de energía
El filtro de altas frecuencias , evita el bloqueo del relé diferencial y/ o su presensibilización.
La nueva gama “si” permite llegar hasta 50 balastos por diferencial.
¿Dónde instalar la gama “si” multi9?• Iluminación fluorescente
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Aproximadamente 6000 balastos electrónicos.
La instalación disponía para la protección diferencial de 64 ID tetrapolares clase AC estándar de 40A y 30mA de sensibilidad.
~ 30 balastos / fase
ID 4 polos40A 30 mA clase AC instantáneos
C60 1P+N16A curva “C”
GRANDES ALMACENES EN VALENCIA
DISPAROS INTEMPESTIVOS
BLOQUEO O “CEGADO”
¿Dónde instalar la gama “si” multi9?
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REPARTIR MÁS LA PROTECCIÓN DIFERENCIAL
Se introdujeron interruptores diferenciales bipolares de 30mA de sensibilidad.
UTILIZAR EL DIFERENCIAL ADECUADO PARA CADA RECEPTOR
Los interruptores diferenciales bipolares utilizados eran superinmunizados.
ID si 2 polos25A 30mA
C60 1P+N16A curva “C”
ILUMINACIÓN
GRANDES ALMACENES EN VALENCIA
La nueva gama “si” permite llegar hasta 50 balastos por diferencial.
¿Dónde instalar la gama “si” multi9?
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¿Dónde instalar la gama “si” multi9?• Instalaciones ofimáticas: gran nºPC, fax Generan fugas permanentes a 50 Hz
Para el cumplimiento de la Directiva CEM, cada vez hay más receptores equipados con filtros antiparásitos
Un Diferencial puede disparar entre 0,5 y 1 In nominal.Cuando las fugas permanentes alcanzan un valor de 0,3 veces la sensibilidad, cualquier transitorio adicional puede provocar un disparo intempestivo.
ID 2/40/30 AC 30% sensibilidad = 9mA con 6 PC por fase (1,5mA cada PC) >6 PC por fase = RIESGO DISPARO INTEMPESTIVO
0,3 a 1,5 mAa 50 Hz
Placa Electrónica
Rectificador
Estas fugas, en un circuito monofásico se suman. En trifásico se pueden compensar
C
NS
I entrante
I resid.
I saliente
Inmuniza-ción contratransitorios:
- onda tipo8/20 s- onda 100 kHz
Deteccióncorrientepulsantes
Filtradode altas frecuencias
Verifica-ción y orden de disparo
superinmunizado
Acumulación de Energía
El circuito de acumulación de energía permite que cada diferencial soporte un mayor nº de cargas generadoras de fugas permanentes a 50Hz.
La nueva gama “si” permite llegar
hasta 10 PC por aparato
¿Dónde instalar la gama “si” multi9?• Instalaciones ofimáticas:gran nºPC, fax
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¿Dónde instalar la gama “si” multi9?
• Equipos electrónicos: PC, faxDefectos con componente continua
En el caso de producirse un defecto de aislamiento en la parte de corriente continua, un diferencial tradicional clase AC no lo detectará.
C
Placa Electrónica
RectificadorI fuga
rectificada
Los nuevos diferenciales”SUPERINMUNIZADOS” son de clase A de última generación lo cual asegura un comportamiento excelente ante corrientes con componente continua.
Clase A si
EDIFICIO DE OFICINAS
6 PCs por fase del diferencial
ID 4 polos63A 300 mA clase AC instantáneo
Sistema de alimentación ininterrumpida
8xID 4polos40A 30mAClase ACinstantáneo
. . . . . . . . . . 3xC60N 16Acurva “C”
SAI
C60N 4polos 63A Curva”C”
DISPAROS INTEMPESTIVOS AL ENCENDIDO Y APAGADO DE LOS PCs
DISPAROS CUANDO SE REALIZA LA CONMUTACIÓN O ENCENDIDO DE TODO EL SISTEMA
¿Dónde instalar la gama “si” multi9?
REPARTIR MÁS LA PROTECCIÓN DIFERENCIAL
Se introdujeron interruptores diferenciales bipolares de 30mA de sensibilidad.
UTILIZAR EL RETARDO DEL DIFERENCIAL
Se instaló en cabecera un dispositivo diferencial tetrapolar selectivo.
UTILIZAR LA PROTECCIÓN QUE OCUPE LA MITAD DE ESPACIO.
Los interruptores DPN N Vigi si integran en la mitad de espacio la protección diferencial y
magnetotérmica. Además también existen en versión superinmunizada.
EDIFICIO DE OFICINAS
La nueva gama “si” permite llegar hasta 10 PC por aparato
ID 4 polos63A 300 mA clase AC selectivo
SAI
C60N 4polos 63A Curva”C”
DPN N Vigi si 16A 30mA
¿Dónde instalar la gama “si” multi9?
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• Riesgo de sobretensionesSobretensiones de maniobra
Son origen de disparos intempestivos o disparos por simpatía por fuga y/o maniobra en OTRO CIRCUITO de la misma red.
¿Dónde instalar la gama “si” multi9?
DDR DDR
Da Db
F1
F2F3
N
CL2
CL3
Cc
RbRa
CL1
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¿Dónde instalar la gama “si” multi9? Riesgo de sobretensiones
Sobretensiones de maniobra Sobretensiones atmosféricas: rayos Maniobras en la red: motores, contactores
El motivo de los disparos es lacirculación de las sobretensiones por las capacidades de la propia red:
• De los cables• De los receptores electrónicos
La nueva tecnología “si” admite:- Más receptores electrónicos que los ID tradicionales- Mayores longitudes de líneas que los ID tradicionales
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¿Dónde instalar la gama “si”?
• Arranques de motores En arranques directos se generan corrientes
transitorias de corta duración (aprox. 30 ms) que pueden provocar disparos intempestivos de los diferenciales:
» Diferenciales estándar: resisten sin disparo máximo 6 veces In
» Diferencial Superinmunizado: resisten sin disparo máximo 10 veces In
» Para transitorios de arranque superiores a 10In es conveniente sobrecalibrar el diferencial (ID), respecto a la corriente nominal del motor.
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Con variadores de velocidad (1/2)
Estas fugas retornan por los capacidades de la instalación presensibilizando los diferenciales.
El funcionamiento del v.v. genera fugas de altas frecuencias enviadas a tierra por el filtro RFI necesario para cumplir la directiva CEM (obligatoria).
¿Dónde instalar la gama “si” multi9?
FiltroRFI Control
3
L-C R C
PWM
Rectificador
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¿Dónde instalar la gama “si” multi9?Con variadores de velocidad (2/2)
El filtro RFI evita que las altas frecuencias sean reinyectadas a la red, pero las deriva a tierra perturbando el comportamiento de los diferenciales.
La gama “si” queda inmune a este tipo de perturbaciones de la red gracias al filtro de altas frecuencias.
C
Filtro RFI
L
La gama “si”marcaje diferenciado
si
Todas las versiones multi9 hasta 100 A: ID si Vigi C60 si DPN N Vigi si Vigi C120 si Vigi NG125 si
Toda la gama completaInterruptor Diferencial ID si
25A 40A 63A 80A 100A 30mA300mA S2 Polos4 Polos
30mA300mA S2 Polos3 Polos4 Polos
25A 40A 63ABloque Vigi C60 si
6 10 16 20 25 32 40 (A)
30mA300mA1 P+N
DPN N Vigi si
42
Panorama general
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Panorama general
44
Panorama general
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Ejemplos de elección e instalación de diferenciales
Esquema eléctrico en vivienda (Electrificación media/alta)
ICP-M C60N2p, 40 A, 6kA
K60N curva C2p, 40 A, 6kA
ID clase AC2p,63A,300mAselectivo
ID clase AC2p,25A,30mA
ID clase AC2p,25A,30mA
ID clase AC2p,25A,10mA
Pla
nta
Co
cin
a
Pis
o
Pis
cin
a
Ter
raza
s
Jard
ín
Ser
vici
o
Bañ
o
K60Ncurva C2p, de10 a, 20 A,6kA.
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Ejemplos de elección e instalación de diferenciales
Esquema eléctrico para oficinas
Cuadro general BT
DPN N Vigi si1+N,curva C, 16A y 20 A, 6kA
ID si4p,40A,300mA selectivo
ID clase AC4p,40A,300mA selectivo
ID si4p,63A,300mA selectivo
NG125 curva C4p,125A,25kA
C60+ Vigi C60 si2p,16A,30mA
Iluminación fluorescentecon balastos electrónicos
Tomas decorriente parausos generales
Tomas deinformática
ID clase AC2p,25A,30mA 2p,40A,30mA
K60N curva C2p, 6a, 40 A, 6kA