CUADERNO TECNICO_204_Protecciones BT y Variadores de Velocidad

7/30/2019 CUADERNO TECNICO_204_Protecciones BT y Variadores de Velocidad

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Cuaderno Tcnico n 204

Protecciones BT

y variadores de velocidad(convertidores de frecuencia)

J . Schonek

Y. Nebon


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Cuaderno Tcnico Schneider n 204 / p. 2

La Biblioteca Tcnicaconstituye una coleccin de ttulos que recogen las novedades electrotcnicasy electrnicas. Estn destinados a Ingenieros y Tcnicos que precisen una informacin especfica oms amplia, que complemente la de los catlogos, guas de producto o noticias tcnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenmenos que se presentan en las instalaciones,los sistemas y equipos elctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo de lasredes elctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

Puede accederse a estas publicaciones en Internet:

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La coleccin de Cuadernos Tcnicos forma parte de la Biblioteca Tcnica de Schneider ElectricEspaa S.A.

Ad ver ten ci a

Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilizacin de las informaciones y esquemasreproducidos en la presente obra y no sern responsables de eventuales errores u omisiones, ni de lasconsecuencias de la aplicacin de las informaciones o esquemas contenidos en la presente edicin.

La reproduccin total o parcial de este Cuaderno Tcnico est autorizada haciendo la mencin obligatoria:Reproduccin del Cuaderno Tcnico n 204 de Schneider Electric.


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Cuaderno Tcnico no 204

Trad.: J .M. Gir

Original francs: mayo 2002

Versin espaola: octubre 2004

Jacques SCHONEK

Ingeniero ENSEEIHT y Doctor-Ingeniero por laUniversidad de Toulouse, particip entre 1980 y 1995en el diseo de los variadores de velocidad de lamarca Telemecanique.

Despus fue gerente de la actividad Filtrado deArmnicos. Actualmente es responsable deAplicaciones y Redes Electrotcnicas en la Oficinade Estudios de Anticipacin de la Direccin deDistribucin Elctrica de Schneider Electric.

Protecciones BTy variadores de velocidad(convertidores de frecuencia)

Yves NEBONEn 1969 entr en la empresa Merlin Gerin, dondetrabaj durante 14 aos en las oficinas de estudiode BT, mientras continuaba su formacin profesionalobteniendo sucesivamente varios diplomas yalcanzando finalmente el ttulo de Ingeniero.Despus ocup diferentes puestos en diversasaplicaciones BT.

Desde 1995 tiene a su cargo el marketing de lagestin y evolucin de las gamas de productos dedistribucin elctrica BT de la marca Merlin Gerin enla sociedad Schneider Electric.


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Protecciones BT y variadores de velocidad(convertidores de frecuencia)

El objetivo de este Cuaderno Tcnico es explicar los fenmenos particularesobservados en las instalaciones de BT cuando se produce una sobrecarga o unfallo elctrico en los circuitos equipados con variadores de velocidad.

Se ofrecen diversas recomendaciones para asegurar la proteccin de laspersonas y de los bienes, y para mejorar la continuidad del servicio.

1 Variadores de velocidad del tipo 1.1 Descripcin p. 5convertidor de frecuencia 1.2 Necesidad de protecciones adaptadas p. 8para motores asncronos

2 Protecciones contra 2.1 Protecciones integradas en los variadores p. 9

sobreintensidades 2.2 Protecciones exteriores a los variadores p. 10

3 Proteccin de las personas 3.1 Los riesgos vinculados a los defectos de aislamiento p. 12

3.2 Recordatorio de los esquemas de conexin a tierra p. 13

3.3 Utilizacin de los DDR segn el ECT p. 15

3.4 Proteccin integrada en los variadores contra los defectos a tierra p. 163.5 Defectos de aislamiento y variadores de velocidad p. 17

4 Protecciones que hay que asociar p. 22con los variadores (tabla resumen)

5 Fenmenos particulares 5.1 Corrientes de fuga de alta frecuencia p. 23

5.2 Corrientes de fuga al conectar p. 25

5.3 Defecto a la salida del variador con un esquema TT o TN p. 26

5.4 Fallo en la salida del variador con un esquema IT p. 28

5.5 Corriente de defecto con componente continua p. 29

6 Recomendaciones de eleccin y 6.1 Eleccin de los DDR (figura 49) p. 31de instalacin

6.2 Eleccin de los CPA p. 31

6.3 Prevencin de disfunciones p. 32

Bibliografa p. 33

ndice


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1 Variadores de velocidad del tipo convertidor de frecuenciapara motores asncronos

1.1 Descripcin

Objetivo

El objetivo de los variadores de velocidad deltipo convertidor de frecuencia es alimentar alos motores asncronos trifsicos paraconseguir caractersticas de funcionamiento

Fig. 1: Tabla comparativa de las caractersticas de funcionamiento, que demuestra el gran inters de los

variadores de velocidad del tipo convertidor de frecuencia.

Motor asncrono ... en uso normal ... con variador de velocidad

Corriente de arranque Muy elevada, del orden de 6 a 8 veces la Limitado en el motor (encorriente nominal en valor eficaz, 15 a 20 general: cerca de 1,5 veces laveces en valor de pico corriente nominal)

Par de arranque, Cd Elevado y no controlado; del orden de Del orden de 1,5 veces el par2 a 3 veces el par nominal, Cn nominal, Cn, y controlado durante

toda la aceleracin

Arranque Brusco; con duracin que slo depende P rogresivo, sin brusquedades yde las caractersticas del motor y de la controlado (rampa lineal decarga arrastrada (par resistente, inercia) velocidad, por ejemplo)

Velocidad Variando ligeramente segn la carga Variacin posible desde cero(prxima a la velocidad de sincronismo, Ns) hasta un valor superior a la

velocidad de sincronismo, Ns

Par mximo, Cm Elevado, del orden de 2 a 3 veces el par Elevado y disponible en toda lanominal, Cn gama de velocidades (del orden

de 1,5 veces el par nominal)

Frenado elctrico Relativamente complejo, necesita Fcilprotecciones y un esquema especial

Inversin del sentido Fcil, pero despus de parar el motor Fcilde giro

Riesgo de bloqueo S, en caso de exceso de par (par Noresistente >Cm), o en caso de subtensin

Funcionamiento del motor Figura 2 Figura 3en el plano par-velocidad

radicalmente diferentes a las de su utilizacinnormal a amplitud y frecuencia constantes(motores alimentados directamente con latensin de red). El cuadro de la figura 1presenta las ventajas de estos dispositivos.


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Cd

Cm

C

Cn

0 1

Fig. 2: Grfica par-velocidad de un motor alimentado

en directo. La zona de funcionamiento del motor en el

plano par-velocidad est limitada a la parte verde de

la curva.

Fig. 3: Grfica par-velocidad de un motor alimentado

con un convertidor de frecuencia.

En este caso, la zona de funcionamiento del motor en

el plano par-velocidad est representada en verde.

Fig. 4: Esquema de principio de un convertidor de

frecuencia.

Fig 5: Tensin, mediante PWM, y corriente en los

bobinados de la mquina.

C

Cn

Cm

0 1C

M

Rectificador Ondulador

Motor

0 0,005 0,01 0,015 0,02

t

(s)

Tensin

Intensidad

Principio

Consiste en suministrar al motor una onda detensin con una amplitud y frecuencia variables,pero manteniendo la relacintensin /frecuencia sensiblemente constante.

La generacin de esta onda de tensin larealiza un dispositivo electrnico de potenciacuyo esquema de principio se representa en lafigura 4.

El convertidor consta de:

un puente rectificador de diodos, mono otrifsico, conectado a un condensador, lo queconstituye una fuente de tensin continua(Bus de tensin continua, Bus dc, o Bus cc),

un puente ondulador, generalmente con IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), alimentadocon la tensin continua y que genera una ondade tensin alterna de amplitud y frecuenciavariables mediante la tcnica de Modulacin

de Ancho de Impulsos o PWM (Pulse WidthModulation),

una unidad de mando que da la orden deconduccin a los IGBT con arreglo a lasconsignas dadas por el operador (orden demarcha, sentido de giro, consigna de velocidad)y de la medida de las magnitudes elctricas(tensin de red, corriente del motor).

El principio PWM utilizado en el puenteondulador consiste en aplicar sobre losbobinados del motor una sucesin de impulsosde tensin, de amplitud igual a la tensincontinua suministrada por el rectificador, peromodulados en anchura para crear una tensinalterna de amplitud variable.

Las curvas representadas en la figura 5son unos ejemplos de tensin entre fases y decorriente en un bobinado de la mquina(suponiendo que los bobinados estnconectados en tringulo).


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Caractersticas de la corriente absorbida porel variador

Forma de onda

En caso de alimentacin trifsica

El puente rectificador combinado con elcondensador de filtrado toma de la red unacorriente no sinusoidal; la figura 6 representasu grfica, y la figura 7, su espectro armnico.

El valor tpico del ndice de distorsin armnicaTHD es del 40%.

Hay que sealar que este ndice de distorsin seobtiene aadiendo unas inductancias de lneaque provocan una cada de tensin comprendidaentre el 3 y el 5%. Si no se instalan estasinductancias de lnea, la distorsin de corrientees mayor: puede alcanzar el 80% en ausenciatotal de inductancia en el variador.

En caso de una alimentacin monofsica

La corriente absorbida se representa en lafigura 8 y su espectro en la figura 9. El valortpico de la tasa de distorsin armnica, THD,es del 80%.

Ntese que este ndice de distorsin tambinse obtiene por inclusin de una inductancia delnea que provoca una cada de tensincomprendida entre el 3 y el 5%. En ausencia deesta inductancia de lnea, la distorsin decorriente es mayor: puede sobrepasar el 100%en ausencia total de inductancia en el variador.

Variacin de la corriente de lnea segn elpunto de funcionamiento del motor

Puesto que la corriente fundamental absorbidapor el variador est prcticamente en fase con latensin, la corriente es proporcional a la

potencia elctrica absorbida de la red. Teniendoen cuenta los rendimientos, esta corriente espues proporcional a la potencia mecnicasuministrada por el motor. La potenciamecnica es igual al producto del par por lavelocidad. As pues, a velocidad reducida, lapotencia mecnica es pequea. De lo que sededuce que la corriente absorbida de la red porel variador es baja cuando el motor gira a bajavelocidad, aunque ste desarrolle un parelevado y absorba una gran corriente.

Referencias normativas

Existen dos normas que se refieren

especialmente al diseo de los variadores develocidad

CEI 61800-3 Accionamientos elctricos depotencia a velocidad variable Parte 3: Normade producto en relacin con la CEM.

NF EN50178 Equipo electrnico utilizado enlas instalaciones de potencia.

La conformidad con esta norma permite elmarcado CE segn la directiva europea Baja

Tensin. Sealar que esta norma da tambinindicaciones para la instalacin de estosproductos.

0

0,020 0,04

Tensin de la redIntensidad de lnea

t

(s)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100%

1 3 5 7 9 1 1 13 15 17 19 21 23 25

Rango

0

0,020 0,04

Tensin de la redIntensidad de lnea

t

(s)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100%

1 3 5 7 9 1 1 13 15 17 19 21 23 25

Rango

Fig. 6: Intensidad absorbida y tensin simple de la

red (alimentacin trifsica).

Fig. 7: Espectro de la intensidad absorbida de la red

(alimentacin trifsica).

Fig. 8: Intensidad absorbida y tensin simple de la

red (alimentacin monofsica).

Fig. 9: Espectro de la intensidad absorbida de la red

(alimentacin monofsica).


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1.2 Necesidad de protecciones adaptadas

Las caractersticas descritas anteriormente, tantotecnolgicas (circuitos electrnicos de potencia)como de funcionamiento del motor asociado conun variador, demuestran la necesidad de preverprotecciones adaptadas para la explotacinadecuada de estos equipos.

La realizacin de los variadores con tecnologaelectrnica permite la integracin de varias deestas protecciones con una reduccin de costes.

Evidentemente estas protecciones noreemplazan a las que son necesarias alprincipio de cada circuito, segn losreglamentos de instalacin vigentes, y que sonexteriores a los variadores.

En los captulos siguientes se describe elfuncionamiento de todas las proteccionesinstaladas.


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2 Protecciones contra sobreintensidades

Las protecciones habituales contrasobreintensidades (interruptores automticos ofusibles) estn principalmente previstas paraintervenir en dos casos:

Para proteger una instalacin del riesgo decortocircuito.

Para evitar los riegos debidos a sobrecargasde un circuito o a unas intensidades deexplotacin mayores que las que soportan losconductores (juegos de barras y cables) y losaparatos de mando y proteccin.

La tecnologa de los variadores de velocidadpermite asegurar electrnicamente algunas deestas funciones.

Proteccin de sobrecarga del motorLos variadores modernos aseguran laproteccin del motor contra las sobrecargas:

mediante una limitacin instantnea de lacorriente eficaz a, aproximadamente, 1,5 vecesla corriente nominal,

mediante un clculo permanente del I2t,teniendo en cuenta la velocidad (puesto que lainmensa mayora de los motores sonautoventilados, el enfriamiento, a baja velocidad,es menos eficaz).

Ntese que, cuando una lnea slo alimenta aun motor y su variador, esta proteccin contra

sobrecargas del motor asegura a la vez laproteccin del conjunto de los aparatos y delcableado.

Proteccin contra los cortocircuitos en elmotor o en la lnea aguas abajo del variador

En caso de cortocircuito entre fases a la salidadel variador (en bornes del motor o en un lugarcualquiera de la lnea entre el variador y elmotor), se detecta la sobreintensidad en elvariador y se enva muy rpidamente una ordende bloqueo a los IGBT. La corriente decortocircuito (figura 10) se interrumpe enalgunos microsegundos, lo que asegura la

proteccin del variador. Esta corriente, muybreve, es suministrada esencialmente por elcondensador de filtrado asociado al rectificador,y por tanto es inapreciable en la lnea dealimentacin.

Otras protecciones integradas en losvariadores

Los variadores disponen de otras funciones deautoproteccin contra:

los recalentamientos de sus componenteselectrnicos que podran significar sudestruccin. Un captador colocado en un

2.1 Protecciones integradas en los variadores

disipador trmico provoca la parada delvariador, cuando la temperatura sobrepasa uncierto umbral,

los huecos de tensin de la red: estaproteccin es necesaria para evitar cualquierfuncionamiento inadecuado de los circuitos decontrol y del motor, as como cualquiersobreintensidad peligrosa cuando la tensin dered retoma su valor normal,

las sobretensiones a frecuencia industrial dela red: se trata de evitar las eventualesdestrucciones de sus componentes,

el corte de una fase (para los variadores

trifsicos): porque la alimentacin monofsicaque sustituye a la alimentacin trifsica produceun aumento de la corriente absorbida.

Accin de las protecc iones integradas

Todas ellas provocan, en caso de defecto, elbloqueo del variador y la parada del motor enrueda libre. En estos casos, un rel integradoen el variador ordena la apertura del contactor delnea, lo que asegura el corte de la alimentacin.

M


Motor

Fig.10: Cortocircuito aguas abajo del variador.


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2.2 Protecciones exteriores a los variadores

Adems de las necesidades expuestas en lasprimeras lneas de este captulo, estasprotecciones contra las sobreintensidadesestn tambin previstas para intervenir en casode defecto interno del variador (destruccin delpuente rectificador, por ejemplo): el dispositivode proteccin de la lnea asegura el corte de lacorriente de defecto.

Nota: aunque este dispositivo normalmente nopueda proteger los componentes del variador,su apertura automtica limita lasconsecuencias de tales defectos.

Emplazamiento de los disposit ivos

Todas estas protecciones se definen para uncircuito que con frecuencia se asemeja al de la

figura 11: al principio del circuito, una proteccinindividual contra sobreintensidades, a menudoasociada a un contactor,

sin dispositivo de corte aguas abajo delvariador. En esta figura se detallan las funcionesque asignadas a los diferentes aparatos(interruptor automtico, contactor y variador).

Estas asociaciones (interruptor automtico,contactor y variador) propuestas por losconstructores se denominan salida-motor.Debido a las protecciones integradas en losvariadores, estas asociaciones asegurancompletamente una coordinacin de tipo 2 en el

caso de cortocircuito aguas abajo del variador.Coordinacin de tipo 2 significa que, en casode cortocircuito:

no se admite ningn dao ni prdida deajuste,

se debe conservar el aislamiento,

Fig.11: Esquema recomendado para la proteccin

contra sobreintensidades.

MMotor

Interruptor automticoProteccin contra cortocircuitoSeccionamiento paramantenimiento

ContactorMarcha-paro automticoCorte de alimentacinen caso de defecto

VariadorArraque progresivoVariacin de velocidadProteccin del motorProteccin contra sobrecarga(cable, aparato)

la salida-motor debe de estar en situacin defuncionar despus de suprimir el cortocircuito,

se admite el riesgo de soldadura de loscontactos del contactor si stos se puedenseparar fcilmente.

Si hay riesgo de cortocircuito aguas arriba delvariador, para asegurar la coordinacin detipo 2, hay que utilizar las tablas de coordinacinsuministradas por los constructores de lasprotecciones situadas aguas arriba.

Nota: Con los variadores, no se producen picosde corriente al conectar la tensin; por tanto, eldispositivo de proteccin no ha de estar sujeto aninguna exigencia especial.

Clculo del calibre de los interruptores

automticos y de los contactoresSe determina con arreglo a la corriente de lneaabsorbida por el variador. sta se calcula apartir de:

la potencia mecnica nominal del motor,

la tensin nominal de alimentacin,

el rendimiento del motor y del variador,

la sobrecarga permanente admisible,de 1,1 Cn a par constante y de 1,05 Cn a parvariable,

los armnicos, puesto que la corriente no essinusoidal.

El valor eficaz de la corriente, en funcin de latasa de distorsin, se obtiene por la frmula:

I I2

rms 1 1 THD= +

As, con THD =I40%,Irms =1,08 I1.

La corriente fundamental, I1, est prcticamenteen fase con la tensin. El valor tpico de lacorriente absorbida por el variador, cuandoalimenta un motor que funciona en su puntonominal (aplicacin a par constante), se calculapor la frmula:

I I motrms 1mot var

xP 1 1

1,08 1,08 1,1

3 U

=

Siendo:

Pmot potencia nominal del motor

U tensin entre fases

mot rendimiento del motor

var rendimiento del variador

Ejemplo:

Potencia del motor: 15 kW

Tensin de la red: 400 V

mot: 0,95

var: 0,97

de donde resulta: Irms =27,9 A


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Dos casos particulares

Alimentacin de motores en paralelo

En este caso, la proteccin de sobrecargaintegrada en el variador no puede asegurar laproteccin de cada motor. En efecto, uno de los

motores puede encontrarse en sobrecarga,mientras que la corriente absorbida por elconjunto de los motores no sobrepasa lacorriente nominal del variador. As pues, cadauno de los motores debe de estar protegido consu rel trmico (figura 12).

A pesar de todo se recomienda mantener activala proteccin de sobrecarga integrada en elvariador, con el fin de asegurar la proteccin delos cables aguas arriba.

Fig.12: Proteccin de sobrecarga de varios motores

alimentados por el mismo variador.

Fig. 13: Inhibicin de la proteccin de sobrecarga

integrada en el variador.

Inhibicin de la proteccin de sobrecargaintegrada en el variador

Para ciertas aplicaciones que exigenimperativamente una continuidad de explotacin,puede inhibirse la proteccin de sobrecarga del

variador.Entonces, la proteccin de los cables y delequipo, que debe de quedar asegurada aguasarriba, necesita una proteccin de sobrecargaobligatoriamente asociada con el interruptorautomtico de la salida-motor (figura 13).En este caso se recomienda unsobredimensionado del 20% del cable y delequipo.

M

M

MInterruptorautomtico Contactor

M

Interruptorautomtico Contactor


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3 Proteccin de las personas

3.1 Los riesgos vinculados a los defectos de aislamiento

Un defecto de aislamiento, cualquiera que seasu causa, presenta riesgos para

la seguridad de las personas (riesgo dechoque elctrico),

la seguridad de los bienes (riesgo de incendioo de explosin debido a un calentamientopuntual excesivo),

la disponibilidad de la energa elctrica(desconexin de una parte de una instalacinpara eliminar el defecto).

Refirindose a la proteccin de las personas,las normas y los reglamentos distinguen dostipos de contactos peligrosos y precisan lasmedidas correspondientes de proteccin.

El contacto directo

Contacto de personas con conductores activos(fase o neutro) o piezas conductorashabitualmente bajo tensin (figura 14).

La proteccin contra este riesgo normalmentese asegura por el aislamiento de las partesactivas, por medio de barreras, pantallas oenvolventes (segn CEI 60364-4-41 NF C 15-100). Estos dispositivos tienen un

carcter preventivo y pueden fallar. Para paliareste riesgo, se utiliza una medida de proteccincomplementaria con corte automtico, queconsiste en detectar cualquier corriente defuga a tierra susceptible de circular a travsde una persona, y que no retorna a la fuente atravs de los conductores activos. Su umbral dedisparo se fija en 30 mA en corriente alterna(CEI 60364-4-41 o NF C 15-100) y 60 mA encorriente continua.

El contacto indirecto

Contacto de personas con masas conductoras,normalmente sin potencial, puestasaccidentalmente bajo tensin. La aparicin deesta tensin se debe al fallo del aislamiento deun aparato o de un conductor que tiene undefecto de aislamiento (figura 15).

Este riesgo elctrico depende de la tensin decontacto que aparece entre la masa del equipocon defecto y la tierra u otras masasconductoras prximas. Para definir las

protecciones que hay que instalar, las normaspresentan diferentes esquemas de instalacinsegn las conexiones elctricas entre losconductores activos, las masas y la tierra.Para ms explicaciones ver el Cuaderno

Tcnico n 172.

N

PE

RB RA

Id

Fig. 14: Contacto directo.

Ud

N

PE

RB RA

Id

Fig. 15: Contacto indirecto.

Cuando hay un contacto con una carga puestaaccidentalmente en tensin (Ud), el umbral de riesgo

est fijado por la tensin lmite de seguridad UL.As, con

RA =resistencia de puesta a tierra de las masas dela instalacin,

RB =resistencia de puesta a tierra del neutro,el umbral de funcionamiento (In) del dispositivo deproteccin debe ser tal que:

Ud =RA . In UL, y, por tanto,

InUL / RA.

(Cuaderno Tcnico n 114).


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3.2 Recordatorio de los esquemas de conexin a t ierra

Para las redes BT, existen tres tipos deesquemas de conexiones a tierra ECT,comnmente llamados regmenes de neutro.Se diferencian por la puesta a tierra o no delpunto neutro de la fuente de tensin, y por elpunto de conexin de las masas (figura 16).La eleccin del rgimen de neutro depende delas caractersticas de la instalacin y de lascondiciones y las exigencias de explotacin.

Para ms detalles ver tambin los CuadernosTcnicos siguientes:

n 173 Los esquemas de las conexiones atierra en el mundo y su evolucin,

n 178 El esquema IT (neutro aislado) delos esquemas de conexin a tierra en BT.

Esquema TT

En este tipo de esquema, llamado neutro atierra:

el neutro de la fuente se conecta a una tomade tierra distinta de la de las masas,

todas las masas protegidas por el mismodispositivo de corte deben estar conectadas a lamisma toma de tierra.

Es el caso tpico de la distribucin pblica enFrancia.

El esquema TT obliga a efectuar el corteinmediato de la alimentacin, porque tododefecto de aislamiento puede presentar unriesgo de electrocucin.

Esquema TN

El principio de este esquema, llamado puestaal neutro, es que todo defecto de aislamientoprovoca un cortocircuito monofsico fase-neutro.El corte inmediato tambin es necesario. Esteesquema permite utilizar las proteccionesacostumbradas de sobreintensidad paraproteger contra los defectos de aislamiento. En

este tipo de esquema: el punto neutro BT de cada fuente se conectadirectamente a tierra,

todas las masas de la instalacin seconectan a tierra (y, por tanto, al neutro)mediante un conductor de proteccin:

CP distinto (separado) del conductor deneutro, es el esquema TN-S,

o CPN comn con conductor de neutro, es elesquema TN-C.

Fig. 16: Los tres tipos de esquemas normalizados de conexin a tierra.

Neutro a tierra (TT)

123

N

Puesta al neutro (TN-C)

123

CPN

: Controlador permanente de aislamiento

Puesta al neutro (TN-S)

123NCPCP

CP

Neutro aislado (IT)

123N

RB RA

RB

RB

RB


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Nota: No se recomienda el esquema TN-C parala alimentacin de los dispositivos electrnicosdebido a la posible circulacin de corrientesarmnicas en el conductor de neutro que estambin el conductor de proteccin.

Esquema IT

En este tipo de esquema llamado con neutroaislado:

el neutro del transformador est:

o aislado de tierra (neutro aislado),

o conectado a tierra a travs de unaimpedancia elevada (neutro impedante),

todas las masas de la instalacin estninterconectadas y conectadas a tierra.

En el esquema IT, el primer defecto deaislamiento no exige el corte, lo que permite quela instalacin contine funcionando

normalmente. Sin embargo, hay que detectareste defecto, sealarlo y repararlo rpidamente,antes de que aparezca un segundo defecto deaislamiento sobre otro conductor activo, lo querequerira necesariamente un corte inmediato.Por este motivo, el sistema IT tiene la cualidadde proporcionar la mejor continuidad de laalimentacin (Cuaderno Tcnico n 178).

Necesidad de medios especficos de deteccin

El valor de la corriente de defecto de aislamientoentre fase y tierra (en modo comn) dependedel esquema de conexin a tierra. A menudo, suvalor es demasiado pequeo para que sea

detectado y eliminado por las protecciones desobreintensidades convencionales (proteccintrmica o magntica de un interruptorautomtico) como es el caso con los esquemas

TT e IT.

Existen dos dispositivos particularmenteorientados a la proteccin de las personas:los Dispositivos de corriente DiferencialResidual DDR y los Controles Permanentesde Aislamiento CPA.

Los DDR Principio de los DDR (figura 17).

En ausencia de defecto de aislamiento, la sumade las corrientes en los conductores activos esnula y el toroide no est sometido a ningunafuerza magnetomotriz.

En caso de defecto de aislamiento, esta sumaya no es nula y la corriente de defecto induce enel toroide una fuerza magnetomotriz que generauna corriente en su bobina. Si sobrepasa elumbral fijado durante una duracin superior a laeventual temporizacin, entonces se transmiteuna orden de apertura al dispositivo de corte.

Para ms detalles, ver el Cuaderno Tcnicon 114: Los dispositivos diferenciales decorriente residual en BT.

Tipos de DDR

La norma CEI 60755 distingue tres tipos deprotecciones diferenciales:

AC: para las corrientes alternas sinusoidales.

A: para las corrientes alternas que tienen unacomponente continua (figura 18). Estosaparatos estn indicados para la deteccin decorrientes monofsicas rectificadas.

B: para las corrientes continuas. Estos aparatosestn indicados para todo tipo de corriente y son

necesarios, en particular, para las corrientestrifsicas rectificadas.

Fig. 17: Principio de un DDR.

Adaptador

Umbral

Temporizacin

Accionador

Fig. 18: Formas de onda que caracterizan a los DDR

tipo A.

6 mA

= 90o

= 135o


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PE

Medida

Generador de

corriente de medidaa

Aislamiento de la

instalacin (Rd)

Corriente de medida

Umbrales temporizacin

alarma

Los CPA

El principio de un CPA consiste en inyectar unatensin, alterna o continua, entre la red y la tierra(figura 19). La medida de la corriente queatraviesa el controlador permite el clculo de la

resistencia de aislamiento cuando estacorriente es continua, as como la de laimpedancia red/tierra cuando esta corriente esalterna.

Estas medidas asociadas a dispositivosajustables, permiten diversas alarmas, comopor ejemplo la de disminucin progresiva delaislamiento (para mantenimiento predictivo) ode un defecto a tierra que necesita una rpidaintervencin (antes de un segundo defecto). Fig. 19: Principio de un CPA.

3.3 Util izacin de los DDR segn el ECT

El Cuaderno Tcnico n 172: Los esquemasde conexin a tierra en BT (regmenes deneutro) trata ms ampliamente este tema.

Todos los ECT

Los DDR se utilizan como proteccincomplementaria contra los riesgos de contactodirecto. En ciertos pases son inclusoobligatorios aguas arriba de los enchufes 32 A, con un umbral de disparo 30 mA

(por ejemplo, en Francia, segn la normaNF C 15-100 532.26).

Los DDR de sensibilidad menor o igual a500 mA (CEI 60364 482) tambin serecomiendan para vigilar los circuitos dealimentacin elctrica en las zonas con riesgode incendio.

Esquema TT

La utilizacin de DDR es el nico medio quepermite detectar bajas corrientes de defecto. Enefecto, la impedancia de un defecto no se conocecon certeza y puede ser elevada (las masas deutilizacin pueden tener tomas de tierra distintas

y no siempre estn interconectadas).Esquema TN-S o TN-CS

La utilizacin de DDR permite prescindir decomprobaciones sobre el valor de la corrienteen caso de defecto.

Estos DDR ordenan tambin el corte de loscircuitos cuando la corriente de defecto quedalimitada por una gran longitud de cable y, estacorriente de defecto no es suficiente paradisparar las protecciones contrasobreintensidad. En este caso, el umbral dedisparo de los DDR puede elevarse (bajasensibilidad) desde algunos amperios hastaalgunas decenas de amperio.

Nota: Segn la CEI 60364:

no debe utilizarse un dispositivo deproteccin de corriente diferencial-residual en elesquema TN-C,

cuando se utiliza un dispositivo de proteccinde corriente diferencial-residual en un esquema

TN-C-S, no debe utilizarse un conductor CPNaguas abajo.

Esquema IT

En un esquema IT, los DDR se utilizan en losdos casos siguientes:

Si la corriente de cortocircuito (debida a un2 defecto) puede no ser suficiente para activar

la proteccin contra los defectos entre fases, porejemplo en las salidas que alimentan areceptores alejados.

En el caso de grupos de receptoresconectados individualmente a tierra (grupos demasas no interconectadas).


16/33


3.4 Proteccin integrada en los variadores contra los defectos a tierra

Cuando la red tiene un esquema TN, un defectoentre una salida del variador y la tierra provocauna sobreintensidad importante por lainterconexin de las masas (figura 20). Igualque en el caso de un cortocircuito entre fases,esta sobreintensidad se detecta y se enva unaorden de bloqueo a los IGBT.

En cambio, en este caso, la corriente de defectocircula por la lnea de alimentacin, perodurante un tiempo muy corto (algunoscentenares de microsegundos). Intervieneentonces el dispositivo integrado de proteccin.

El aislamiento galvnico del variador se obtienepor la apertura del contactor de lnea. Estedispositivo no asegura en todos los casos laproteccin de las personas contra los contactosindirectos. En efecto, la impedancia del defectopuede limitar la corriente a un valor inferior a loslmites de la proteccin del variador, lo queocurre generalmente en esquema TT. Esnecesario, pues, un DDR de 300 mA.

En el caso de una red IT, el primer defecto noprovoca circulacin de corriente y el variadorcontina funcionando normalmente.


Motor

N

CPRB

Id

M

Fig. 20: Defecto a tierra en la salida del variador.


17/33


Fig. 21: Tensiones presentes en caso de contacto directo con los esquemas TT y TN-S.

Riesgo de contacto directo Tensin de contacto Proteccincomplementaria

Aguas arr iba del var iador Tensin fase-neutro DDR 30 mA

M

A

En el bus CC Tensin red rectificada

M

B

Aguas abajo del variador Tensin de salida del variador

M

C

3.5 Defectos de aislamiento y variadores de velocidad

Contacto directo

En los circuitos que incluyen variadores de

velocidad, el contacto directo puede producirseen diversos puntos (figuras 21 y 22).

Esquemas TT y TN-S

En caso de fallo de otras medidas de proteccincontra los contactos, o de imprudencia de losusuarios, puede preverse una proteccincomplementaria aguas arriba del variadorconstituida por un DDR de una sensibilidad de30 mA.


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Fig. 22: Distintas situaciones especficas en una red con un esquema IT que implican un defecto de aislamiento

y a la vez una persona en contacto directo.

Riesgo de contacto directo Tensin de contacto Proteccincomplementaria

Tensin de red rectificada No hay proteccinposible con corteautomtico

Tensinde salida del variador

M

A

M

B

C

M

Esquema IT con primer defecto deaislamiento presente en la red

En las tres situaciones especficas del esquemaIT reflejadas en la figura 22, no es aplicableninguna proteccin por corte automtico: la

corriente de defecto no puede distinguirse de lacorriente normal de funcionamiento. Estosubraya la importancia que los instaladoresdeben prestar al cableado de estas mquinaspara garantizar la primera proteccin, que es elaislamiento de las partes activas.

Observaciones

La advertencia es idntica para cada una deestas situaciones cuando los dos defectos (deaislamiento y contacto directo) se entrecruzan.

Cuando diversos variadores se alimentan de

la misma red, se puede considerar que losbuses DC de los diferentes variadores estn almismo potencial. Por tanto, defectos localizadossobre variadores diferentes pueden tener lasmismas consecuencias que si estuvieranlocalizados en un mismo variador.


19/33


Fig. 23: Diversos defectos de aislamiento con los esquemas TT y TN-S.

M

A

B

M

M

C

Contacto indirecto

Esquemas TT y TN-S

Las situaciones de contacto indirecto serepresentan en la figura 23.

Situacin Efecto... (riesgo...) Proteccin Proteccinafectada con afectada conesquema TT esquema TN-S

Sobreintensidad aguas DDR De mximaarriba del variador corriente situada

aguas arriba

Sobreintensidad DDR inmunizado

a travs de un diodo al paso de ladel puente rectificador; corrientela corriente de defecto continuaes una corrienterectificada (riesgo dedestruccin)

Sobreintensidad Interna del Interna del variadora travs de un diodo variador odel puente rectificador o de mxima corrientey de un IGBT (riesgo de DDR situada aguasdestruccin en funcin arriba; pero un cabledel tipo de proteccin de gran longitud,

-cortocircuito- abajo del variador,integrada en el variador) puede enmascarar el

defecto; en estecaso se aconseja unDDR


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Fig. 24: Distintas situaciones con dos defectos francos o poco impedantes en un esquema IT.

M

A

M

B

M

C

M

D

M

E

M

F

Situacin Efecto.... (riesgo...) Proteccin afectada

Sobreintensidad aguas arriba De mxima corriente,del variador situada aguas arriba

Sobreintensidad a travs De mxima corriente,de un diodo del puente situada aguas arribarectificador (riesgo dedestruccin)

Sobreintensidad a travs Interna del variadorde un diodo del puente orectificador y de un IGBT de mxima corriente(riesgo de destruccin en situada aguas arriba,funcin del tipo de proteccin pero un cable de gran-cortocircuito- integrada en longitud aguas abajo delel variador) variador puede enmascarar

el defecto

Cortocircuito en el bus cc De mxima corriente,(riesgo de destruccin del situada aguas arriba

puente rectificador)

Cortocircuito en bornes de Interna del variadorun IGBT (riesgo de destruccin odel IGBT opuesto, en funcin de mxima corrientedel tipo de proteccin situada aguas arriba-cortocircuito-integrada en el variador)

Sobreintensidad en la salida Interna del variadordel rectificador

Esquema IT

Con este esquema hay que tener en cuenta lapresencia de dos defectos simultneos.El cuadro de la figura 24 detalla los defectosposibles y sus consecuencias.


21/33


Caso particular de los motores alimentadospor circuitos distintos que contienen cada unoun variador y cuyas masas tienen tomas detierra distintas.

Cuando una instalacin alimenta varios equipos

alejados unos de otros, sus masas deutilizacin se conectan a menudo a tomas detierra separadas. En este caso, la impedanciadel circuito recorrido por la corriente de defectoaumenta debido a la resistencia de las tomasde tierra afectadas.

La condicin necesaria para la proteccin de laspersonas (respeto de los tiempos mximos decorte) no puede asegurarse ms que condispositivos de proteccin contra loscortocircuitos. La solucin habitual, muy simplede estudio y de instalacin, es el empleo deDDR (Cuaderno Tcnico n 178) colocados al

M

MCPA

Fig. 25: Situacin de los DDR para proteger, en

esquema IT, dos salidas que tienen tomas de tierra

distintas.

principio de cada circuito que contiene unapuesta a tierra distinta (figura 25). Estos DDRno deben de verse afectados por el paso de unacorriente continua.


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4 Protecciones que hay que asociar con los variadores(tabla resumen)

Resumiendo los captulos anteriores, el cuadrosiguiente permite conocer las funciones deproteccin que satisface el variador, y si es

Proteccin a asegurar Proteccin generalmente Proteccin exterior asegurada por el variador

Sobrecarga del cable S =(1) Intil si (1)

Sobrecarga del motor S =(2) Intil si (2)

Cortocircuito aguas abajo S

Calentamiento del variador S

Sobretensin S

Bajada de tensin S

Corte de fase S

Cortocircuito aguas arriba Interruptor automtico(disparo por cortocircuito)

Defecto interno Interruptor automtico(disparo por cortocircuito ysobrecarga)

Defecto a tierra aguas abajo Autoproteccin del variador DDR 300 mA(contacto indirecto)

Defecto por contacto directo DDR 30 mA

necesario, complementarlas con dispositivosexteriores al variador como interruptoresautomticos, rels de sobrecarga y DDR.


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5 Fenmenos particulares

El objetivo de este captulo es analizar losfenmenos particulares, vinculados alfuncionamiento de los convertidores de

frecuencia, que influyen en el funcionamiento delos dispositivos de proteccin DDR y CPA.

5.1 Corr ientes de fuga de al ta frecuencia

La forma de la tensin generada por el variador,y en particular la presencia de frentes de tensingeneradas por la conmutacin de los IGBT,origina las corrientes de fuga de alta frecuenciaque circulan por los cables de alimentacin.

Sus recorridos

Estos frentes de tensin se aplican entre losbornes de las diferentes capacidades delcircuito (figura 26):

Cc: capacidad de los componentes IGBT entreconductores y envolvente conectada a tierra,

Cm: capacidad entre los bobinados motor ytierra (funcin de la potencia del motor),

Cr: capacidad entre la red de alimentacin ytierra (en cortocircuito si el neutro est conectadoa tierra),

Cs: capacidad entre los conductores de salida

y la tierra (funcin del tipo y de la longitud de loscables),

Cy: capacidad del antiparasitado a la entradadel variador.

Variador

Cr CcCy CsCm

MCy Cs

M

Fig. 26: Capacidades del circuito.

Fig. 27: Circulacin de las corrientes de fuga de Alta

Frecuencia.

As pues, a travs de estas capacidadescirculan unas corrientes. Las ms significativasse representan en la figura 27.

Sus caractersticas

Estas corrientes pueden alcanzar variosamperios en valor instantneo y varias decenaso centenares de miliamperios en valor eficaz.

El espectro y la amplitud de estas corrientesdependen a la vez de la frecuencia del PWM(entre 1 y 20 kHz) y las caractersticas de lainstalacin

alimentacin: impedancia de lnea, esquemade conexin a tierra,

tipo y longitud del cable del motor (blindado,sin blindar, conductor de proteccin),

potencia del motor.

En las figuras 28 y 29 se representa la forma yel espectro de las corrientes de AF en la entradadel variador (cuando no hay defecto), con unPWM a 4 kHz.


24/33


0,0 0,020,01 (s)

0,3

0,2

0,1

0

- 0,1

- 0,2

- 0,3

(A)

0,06

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0 5 (kHz)10 151

(A)

Fig. 28: Corrientes de fuga de Alta Frecuencia.

Fig. 29: Espectro de la corriente de fuga.


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Su incidencia:riesgo de perturbacin de los DDR

Disparos intempestivos

Estas corrientes pueden ser el origen de malfuncionamiento de los dispositivos diferenciales

residuales (DDR) ya que recorren losconductores rodeados por los toros de medida.La medida de la corriente diferencial puedepues resultar perturbada, en particular cuandoel cable de conexin variador-motor es de granlongitud y/o las capacidades entre fases y tierrason elevadas (figura 30).

La solucin

El dispositivo de medida debe incluir un circuitode filtrado para tener en cuenta slo elcomponente de baja frecuencia de la seal(figura 31).

En ciertas situaciones extremas, puedenresultar necesarias unas precaucionessuplementarias, que se presentan al final deeste Cuaderno Tcnico.

M

Fig. 30: Perturbacin de un DDR por las corrientes

de fuga de Alta Frecuencia.

Fig. 31: DDRs que incorporan un filtrado de

corrientes AF (Vigirex RH99M y RH99P - marca

Merlin Gerin).

5.2 Corr ientes de fuga al conectar

Su origen

En la entrada de los convertidores de frecuenciageneralmente se colocan unos condensadorespara asegurar su inmunidad frente a lasperturbaciones AF presentes en la red y parareducir sus emisiones AF. Su capacidad esaproximadamente de 10 a 100 nF.

Estos condensadores provocan unas corrientesdiferenciales residuales (figura 32) a la puestaen tensin, as como en funcionamiento normal.

Su incidencia:

riesgo de disparos intempestivosPara un aparato en funcionamiento normal,estas corrientes son pequeas (de 0,5 a3,5 mA). En cambio, en un equipo industrial conmltiples variadores pueden provocar disparosintempestivos de DDR.

N

Equipo con filtrocapacitativo

Fig. 32: Corriente de fuga que recorre los

condensadores de entrada de los equipos.

La solucin

Corresponde al fabricante de los equipos alinstalador: consiste en limitar el nmero devariadores alimentados por el mismo DDR.


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5.3 Defecto a la salida del variador con un esquema TT o TN

Riesgo de electrocucin

La corriente de defecto contiene una

componente a la frecuencia de la modulacin(PWM) y corrientes AF creadas por lasoscilaciones de las capacidades parsitas,pero los peligros de las corrientes AF seconocen poco. El documento CEI 60479-2 daindicaciones, en particular sobre la variacin delumbral de fibrilacin cardiaca.

Esta curva (figura 33) muestra que el factor defrecuencia, que es la relacin entre la corriente ala frecuencia f con la corriente a la frecuencia de50/60 Hz para el mismo efecto fisiolgicoconsiderado, aumenta con la frecuencia.

Permite pues un umbral de disparo mselevado para frecuencias de corriente

superiores a 50 Hz. Esta variacin de umbral serealiza tcnicamente con un filtrado.

f (Hz)

50/60

1

5

10

15

100 300 1000

Factor defrecuencia

F

MV1

V2

Fig. 33: Variacin del umbral de fibrilacin cardaca

en funcin de la frecuencia (segn CEI 60479-2).

Fig. 34: Tensin de defecto.

Forma de la corriente de defecto

En caso de defecto franco a tierra a la salida delvariador, con un esquema TN, lasobreintensidad provoca el disparo de laproteccin interna del variador o de lasprotecciones de mxima corriente situadasaguas arriba.

Si este defecto de aislamiento es impedante, esposible que no se sobrepase el umbral dedisparo de la proteccin de mxima corriente, porlo que hay que instalar un DDR para aseguraresta proteccin.

Como ya se ha visto anteriormente, el buenfuncionamiento de un DDR depende de lascorrientes de defecto que atraviesan sucaptador trico, ahora bien, en el caso de lafigura, estas corrientes no son perfectamentesinusoidales. Es posible analizar la forma deonda de la corriente de defecto homopolarestudiando el esquema equivalentesimplificado de la figura 34.

Las tensiones V1 y V2 causan la circulacin deuna eventual corriente de defecto, como se

ilustra en la figura 35.

V1 V2

Fig. 35: Corriente de defecto.


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La tensin V1, entre el neutro de la alimentacintrifsica y el punto medio del rectificador tieneuna frecuencia fundamental de 150 Hz(figura 36).

La tensin V2 (figura 37), entre el punto medio

del rectificador y una fase de salida es elresultado de la modulacin de PWM; contienepues una componente a baja frecuencia igual ala frecuencia de salida del variador (40 Hz eneste ejemplo) y una componente a la frecuenciadel PWM (1 kHz en este ejemplo).

El resultado de todo ello es una corriente dedefecto que contiene el conjunto de estascomponentes:

150 Hz,

frecuencia de salida del variador,

frecuencia de modulacin y sus armnicos.

Su forma se representa en la figura 38.

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0,020,01 0,030 0,04

V

t

(s)

Fig. 37: Tensin de salida de la etapa onduladora.

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,30,4

0,5

0,020,01 0,030 0,04

A

t

(s)

Fig. 38: Corriente de defecto en alimentacin

trifsica.

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50 60

mA

Hz

Valor eficaz total

Componente a frecuencia del motor

Componente a 150 Hz

Componenete a 1 kHz

Fig. 39: Evolucin de las componentes de la

corriente de defecto.

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

0,020,01 0,030 0,04

V

t

(s)

Fig. 36: Tensin del punto neutro del rectificador en

trifsica.

Esta corriente de defecto tambin contiene lascorrientes AF mencionadas en los prrafosprecedentes, pero se han omitido aqu con laintencin de simplificar las ilustraciones.

Segn la frecuencia de funcionamiento del

motor, la amplitud de las diferentescomponentes evolucionan tal como se ilustra enla figura 39:

El valor eficaz de la corriente permanececonstante, as como la componente de 150 Hz.

Las componentes a la frecuencia dealimentacin del motor y a la frecuencia delPWM varan de manera opuesta una a la otra.


28/33


-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,010

A

t

(s)

0,02

Fig. 40: Corriente de defecto en alimentacin

monofsica.

Fig. 41: Ejemplo de DDR de tipo A adaptable a un

interruptor automtico BT (Bloque Vigi C60-300 mA -

Merlin Gerin).

5.4 Fallo en la salida del variador con un esquema IT

Fluctuacin rpida de la tensin red-tierra

En rgimen IT, un defecto a tierra en la salidadel variador no necesita el disparo, peroprovocar una fluctuacin rpida de la tensinde red con relacin a tierra.

En efecto, contrariamente al esquema TN, elpotencial de la red no est fijado, y va a seguirlas fluctuaciones impuestas por el PWM, lo quese representa en el esquema de la figura 42.

Por tanto, el conjunto de los receptoresconectados a la red est sometido a las mismasfluctuaciones, incluyendo fuertes gradientes detensin (figura 43). Estos gradientes puedensignificar el deterioro de los filtros capacitivos

conectados entre la red y tierra.Las soluciones

Con el fin de mejorar la CompatibilidadElectromagntica, no se aconseja la utilizacinde filtros CEM en las redes con esquema IT(Norma CEI 61800-3).

Una solucin adecuada, cuando se necesita lareduccin de las emisiones AF, es la colocacinde un filtro CEM sin conexin a tierra en laentrada del variador.

Para eliminar el fenmeno de fluctuacin rpidade tensin, se recomienda la instalacin de unfiltro seno en la salida del variador: elimina

cualquier gradiente elevado de tensin quepueda aparecer en el motor o en el cable dealimentacin.

MV1

VzZ

V2

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0,020,01 0,030 0,04

V

t

(s)

Fig. 42: Defecto a tierra en rgimen IT.

Fig. 43: Fluctuacin del potencial del neutro de la

red (Vz).

En el caso de una alimentacin monofsica, laforma de la corriente de defecto se representaen la figura 40. Ntese la presencia de unacomponente a 50 Hz y no a 150 Hz como conalimentacin trifsica.

La solucin

La forma compleja de la corriente de defectoobliga a utilizar DDRs de tipo A (figura 41).


29/33


5.5 Corriente de defecto con componente continua

Descripcin

Los dispositivos usuales de proteccin son

adecuados para la medida de las corrientes dedefecto en corriente alterna. No obstante, losdefectos de aislamiento sobre el bus DC delvariador o sobre el circuito de disipacin de laenerga de frenado (funcin cumplida por unaresistencia Rf habitualmente exterior a losvariadores) provocan la circulacin de unacorriente con componente continua (figura 44);con una alimentacin trifsica (figura 45), conuna alimentacin monofsica (figura 46).

La solucin

A pesar de esta componente continua los

dispositivos de proteccin deben permaneceroperacionales.

Si se puede producir un defecto de aislamientoen el bus DC, o en el circuito de la resistenciade frenado, es necesario utilizar un DDR de tipoB, cuando el variador se alimenta en trifsica. Sise alimenta en monofsica, es preferibleinstalar un DDR de tipo A.

Regla prctica de asociacin de DDRs

En el primer caso, con un esquema IT(figura 47), la corriente de defecto tiene unacomponente continua. Por tanto, el DDRa queasegura la proteccin complementaria contra el

contacto directo debe ser sensible a este tipo decorriente.

En el segundo caso (figura 48), se colocandos DDR en cascada.

En caso de defecto en el bus DC, la corriente dedefecto puede ser insuficiente para activar elDDR2. En cambio, esta corriente decomponente continua puede ser suficiente parasaturar el toro de medida del DDR1,impidindole actuar ante un defecto en otrasalida.

M

Rf

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,020,01 0,030 0,04

A

t

(s)

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,020 0,04

A

t

(s)

Fig. 44: Defecto entre la resistencia de frenado y

tierra.

Fig. 45: Corriente en caso de defecto en la

resistencia de frenado, para una alimentacin

trifsica y una resistencia de defecto de 1 k.

Fig. 46: Corriente en caso de defecto en la

resistencia de frenado, para una alimentacin

monofsica y una resistencia de defecto de 1 k.


30/33


Por tanto, la regla es:

Si la corriente de defecto puede tener unacomponente continua, es necesario un DDR detipo A o B, segn la alimentacin. Entoncestodos los DDR por los cuales pueda circular

esta corriente deben ser de tipo idntico, A o B.

Esta condicin debe cumplirse, en particular:

en caso de que estos DDR estn colocadosen serie,

en esquema IT, porque a los DDR puedenafectarles defectos dobles que se produzcan en

diferentes salidas.

DDRa

DDRb DDR1 DDR2

Fig. 47: Riesgo de cegado del DDRa. Fig. 48: Riesgo de cegado del DDR1.


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Este captulo, a partir de los principios que seenumeran a continuacin, ofrecerecomendaciones prcticas que responden a lapregunta: cmo proteger adecuadamente uncircuito con variadores de velocidad?

Principio de implantacin de los dispositivosde proteccin contra sobreintensidades(cortocircuito y sobrecarga) tratados en elcaptulo 2.

6 Recomendaciones de eleccin y de instalacin

Principio de proteccin de las personas,objetivo del captulo 3.

Otros fenmenos particulares, tratados en elcaptulo precedente.

6.1 Eleccin de los DDR (figura 49)

Recomendaciones particulares:

Instalar un DDR para cada variador.

Fig. 49: Tipos de DDR en funcin del ECT y de la proteccin deseada.

6.2 Eleccin de los CPA

Los CPA con inyeccin de corriente continuapueden ser engaados por un defecto quetenga una tensin continua entre red y tierra.Segn la polaridad de esta tensin, el nivel deaislamiento aparecer falsamente ampliado odisminuido.

As pues, en las redes que alimentan, sinseparacin galvnica, equipos que contienenbuses DC como los variadores de velocidad,slo se pueden utilizar CPA con inyeccin decorriente alterna.

Sin embargo, en caso de defecto en la salida deun convertidor de frecuencia, la medida de

aislamiento puede resultar falseada (figura 50).En efecto, el convertidor se comporta como unafuente de tensin de amplitud y frecuencia

MCPI

Fig. 50: Perturbacin de la medida del CPA.

Prever un DDR como medida de proteccincomplementaria contra un contacto directocuando la resistencia de frenado sea accesible.

variables. Esta tensin se aade a la tensin demedida inyectada por el CPA. Si la frecuencia deesta tensin es prxima a la de la frecuencia demedida, esta medida resulta falseada.

Proteccin...

...contra un contacto indirecto ...contra un contacto directo

Al iment ac i n Trifsica Monofsica Trifsica Monofsica

Caractersticas Sin doble Con doble Sin es necesaria una medidade los equipos y aislamiento aislamiento de proteccin adicional contrala instalacin del bus cc del bus cc riesgo de fallo de otras medidas

de proteccin contra contactoso en caso de imprudencia delusuario (normas de instalacin)

ECT: TT (o IT con TipoB, baja TipoA, baja sensibilidad TipoA (30 mA), TipoAmasas no sensibilidad ( 300 mA) o (30 mA)interconectadas) ( 300 mA) Tipo B (30 mA)

si la resistenciade frenado estaccesible

ECT: TN-S TipoA, baja sensibilidad ( 300 mA) [*]ECT: IT

[*] El defecto de aislamiento se presenta como un cortocircuito. La desconexin debe de quedar normalmenteasegurada por la proteccin contra cortocircuitos, pero se aconseja la utilizacin de un DDR en caso de riesgode no disparo de las protecciones de corriente mxima.


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6.3 Prevencin de disfunciones

Las perturbaciones mencionadas en losprrafos precedentes pueden provocar disparosintempestivos de las protecciones. Para unabuena continuidad de servicio es recomendableseguir las indicaciones que se sealan acontinuacin.

Precauciones en relacin con los DDR

Escoger un modelo adecuado, que incluya:

un filtrado de las corrientes AF,

una temporizacin (evita los disparosdebidos a la carga de las capacidadesparsitas en el momento de la conexin). No esposible la temporizacin para los aparatos de30 mA. En este caso escoger aparatosinmunizados contra los disparos intempestivos,

por ejemplo DDR con inmunidad reforzada de lagama s.i. (Marca Merlin Gerin).

Aumentar, si es posible, el umbral de disparorespetando los valores lmites fijados para laproteccin de las personas.

Estas precauciones completan las reglasdadas en el apartado 5.5 referentes a laasociacin de los DDR.

Precauciones en relacin con los CPA

Escoger un modelo adecuado:

del tipo de inyeccin de corriente alterna, o

de impulsos codificados, permitiendo

despreocuparse de la frecuencia de salida delvariador.

Precauciones relacionadas con la instalacin

La instalacin de los convertidores debe

hacerse conforme a las normas EN 50178 y CEI61800-3.

Pueden resultar necesarias ciertasprecauciones suplementarias:

reducir en lo posible las capacidades atierra, para esto:

evitar los cables blindados cuando el entornode utilizacin lo permita,

reducir la longitud de cable entre el variador yel motor,

efectuar un cableado siguiendo las reglas delarte,

evitar los filtros CEM o escoger filtros con

capacidades pequeas (en particular enrgimen IT),

Reducir la frecuencia del PWM (reduccindel nmero de conmutaciones por segundo ypor tanto reduccin del valor eficaz de lascorrientes AF),

Repartir los variadores entre varios DDR(para no reunir las corrientes de fuga),

Colocar un filtro seno en la salida delvariador (eliminacin de los gradientes detensin aplicados a los cables),

Utilizar un transformador de aislamiento ycolocar el DDR aguas arriba (separacin del

circuito perturbado mediante el variador de sured de alimentacin).


33/33

Bibliografa

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CEI 60755: Reglas generales relativas a losdispositivos de proteccin de corrientediferencial residual.

CEI 60947-2: Aparamenta de baja tensin -Parte 2: interruptores automticos.

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CUADERNO TECNICO_204_Protecciones BT y Variadores de Velocidad

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