Protección del

transformador

auxiliar Ing. Marcos Jose Villanueva Cornejo

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE FUSIBLES

-Método de protección simple.

-Relativamente económico.

-Limita la Icc

-Extingue el arco aprox en 1/4 de ciclo

-Funcionamiento independiente

-Amplio rango de poder de corte

-se puede coordinar con otros

dispositivos de protección

VENTAJAS

-Poca precisión

-Envejecimiento

-No es conveniente para sobre

corrientes débiles

-No deben ser reparados (pierde sus

características)

-Si actúa una fase debe cambiarse los

tres

DESVENTAJAS

Icc prevista(Is max)

t1t2

Icc

limitada

onda antes

de corto

t1 :Pre arcing t2 :Arcing

T =t1 +t2 tiempo total de aclaramiento aprox 1/4 de ciclo(5ms)

Fusible gL:De uso general y empleados para proteger

cables y conductores, adecuado para sobrecarga y cortocircuitos.

Fusible aM:De acompañamiento. Se usa para proteger

motores y debe usarse acompañado de un elemento térmico para la protección de sobrecarga.

Fusible gR:De uso general y para protección de

semiconductores.

El fusible mas usado es el tipo gL. (sirve para cortocircuito y sobrecarga)

CLASIFICACION DE LOS FUSIBLES

Para Baja Tensión:

-Clasificación según características funcionamiento

-Identificación mediante letras,la primera letra define la clase de

función y la segunda el tipo de equipo a proteger.

Parte superior

Parte inferior

Lenguetas para instalación

fusible

indicador

cuerpo

Partes de un fusible NH

CURVA CARACTERISTICA DE

FUSIBLES

Zona

2

Zona

1

Zona

3

INTENSIDAD DE

CORRIENTE

I(A)

Seg.

TIEMPO

INTENSIDAD MINIMA ( Imin. ): Corriente

mínima de operación que origina la fusión del hilo

fusible (este valores sitúa entre 1,6 a 2 veces la

corriente nominal del fusible).

TIEMPO DE OPERACIÓN (top.): Tiempo en que el

hilo fusible demora en fundirse.

INTENSIDAD NOMINAL (In): Corriente nominal

del protector fusible

Criterio de dimensionamiento :si se tiene un

circuito de alumbrado de In=10A, para valores < de

16A el fusible no actuará(Imin) pero si lo hará

corrientes mayores.

SELECCIÓN DE UNA

PROTECCION FUSIBLE

LA SIGUIENTE TABLA ENTREGA UNA

CLASIFICACION DE LOS FUSIBLES

SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO

Denominación Funcionamiento Servicio

Corriente Corriente Clase Protección

permanente de interrupción

g

a

In >Imin

In >4In

gL

gR

gB

aM

aR

Cables y conductores

Semiconductores

Equipos de minas

Aparatos de maniobra

Semiconductores

Alta seguridad de protección.

Pérdidas reducidas (calentamiento).

Bajo costo de mantención y reposición.

Gran capacidad de ruptura (corriente

máxima que la protección puede despejar en

un cortocircuito).

LOS FUSIBLES SE CARACTERIZAN

POR:

CLASIFICACION DE LOS FUSIBLES

Para Media Tensión: Por el tipo de operación;

* Tipo expulsión(FE)

* Tipo limitadores de corriente(FLC)

Fusibles de expulsión

CLASES: - De un solo elemento fusible

- De dos elementos fusibles(para bajas corrientes y

longitud corta.

MATERIAL: Puede ser de plata ,Cu,Pb,Estaño o aleaciones.

CLASES POR CAPACIDAD DE INTERRUPCION:

-Expulsión de Potencia(alta capacidad de corte)

-Expulsión tipo listón(baja capacidad de corte)

Seccionador Fusible De

Expulsión Tipo CUT-OUT

AISLADOR

HERRAJES

DE

COLOCACION

TUBO

PORTAFUSIBLE

GANCHOS DE

SUJECION

CONTACTOS

SUPERIORES

PERNO DE GIRO

DISPARADOR

CONTACTOS INFERIORES

Interruptores Seccionadores inteligentes

CARACTERISTICA DE RESPUESTA DE

FUSIBLES DE EXPULSIÓN

I(A)

t(S)

TIEMPO MINIMO DE FUSION

(MINIMUM MELTING)

TIEMPO DE INTERRUPSION TOTAL

(TOTAL CLEARING TIME)

TIPOS DE FE LISTON: -Tipo K respuesta rápida

-Tipo T respuesta lenta

FUSIBLES LIMITADORES DE

CORRIENTE

*Limita la Icc a valores inferiores del valor pico de falla

*El valor pico depende de la característica de la red(X/R)

*Material : alambre sección transversal, cintas, etc. sumergido en

relleno de cuarzo que extingue el arco y absorbe la mayor

cantidad de energía generada

ENERGIA GENERADA POR Icc =

*TIPOS DE LIMITADORES DE CORRIENTE (ANSI C37.40)

-Fusible de respaldo

-fusible de aplicación general

-Fusible de rango completo

I t2

FUSIBLE DE MT

LIMITADOR DE CORRIENTE

TIPO CEF

Fusible de MT Tipo CEF

Curva Característica de Fusible de MT Tipo CEF

Características Eléctricas que

Definen un Fusible

Vn y In

Capacidad interruptiva (sim o asim)

BIL nivel básico del aislamiento

Respuesta de operación

Velocidad de respuesta (K o T)

servicio interior o exterior

Icc mínimo en el punto de instalación

(punto final del tramo protegido)

Relación X/R en la impedancia equivalente(Ze)

Curva de daño de los elementos a proteger(conductor, transf. Etc)

Curva de Energización de del transformador(Inrush y carga fría)

Consideraciones que debe

tenerse presente al

seleccionar fusibles en MT

Elección del Fusible en MT

A) Para Proteger Alimentadores Troncales

k I I ICARGA MAXIMA NOMINAL FUS CC MIN 025.

K >/= 1.2 Factor de crecimiento de la carga

considera la Energización

Ejemplo : Seleccionar los fusibles en los puntos indicados del sistema

eléctrico mostrado utilizar fusibles tipo expulsión listón velocidad

lenta los fusibles son de estaño.

F1

F2 F3

F4

F5ICC = 253 A

ICCmin=246 Iccmin =252 Iccmin =158Iccmin =163

30A

45A15A 23A

31A

I Permanente de fusible =1.5(In) para fusible tin

=1.0(In) para fusible silver

Solución: Para F1 30*1.2 < F1n <0.25 * 253

36 < Ipf < 63.5

Iperm. De fus =1.5*25=37.5 por lo tanto se elige In=25A

tipo M25T.

B) Fusible como protección de

transformador

Consideraciones •In del transformador

•Curva del daño térmico del transf. Dato típico:(20In--2seg.)

•Curva de daño térmico de los conductores(catálogo de fab.)

•Curva de energización del trafo.(Inrush y carga fria) dato típico

(8 a 12In----0.1 seg.) (IEC-76)

Curvas Típicas del Transformador

In

t

2s

0.1s

8-12 In20In

curva de daño térmico del

transformador

curva del fusible

daño térmico del

conductor.

CORRIENTE

Curva de

energización

del

transformador

MM TC

Aplicación: Elegir el fusible adecuado un transformador de 630kva.10/0.23

kv. sabiendo que el fusible debe ser limitador de corriente en MT.

Según CNE T IV

Inf =1.5 In trafo ,(si el valor de cálculo no corresponde en el catalogo

se usa el inmediato superior)

Solución:

InT =630/1.73x10 =36.4A

Inf =1.5x36.4A normalizando según catalogo

Infn=63A

Datos técnicos del fusible:

Tipo : CEF, Limitador de corriente

Un : 12kV tensión asignada

I1 : Imax de fusible de ensayo 50kA

I3 : Mínima corriente de corte 190 A

Pn : Potencia disipada a la In 78W

Comprobación de Las Curvas

en el Transformador

PUNTO TERMICO

PUNTO

ENERGIZACION

iNF=63a

728a436.8a36.4a

2S

0.1S

t(S)

i(a)

* CARACTERISTICAS

* SELECCIÓN

* AJUSTES

OPERACIÓN TERMICA PARA SOBRECARGAS

OPERACIÓN MAGNETICA PARA CORTOCICUITOS

SE UTILIZAN EN INSTALACIONES DE BAJA TENSIÓN

APROPIADO PARA CARGAS VARIABLES EN CASO DE ACTUACIÓN SOLO SE REPONE

CARACTERISTICAS

Los INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS, conocidos

comunmente como interruptores automátios, son

dispositivos de protección que se caracterizan por:

Desconectar o conectar un cirrcuito eléctrico en

condiciones normales de operación.

Desconectar un circuito eléctrico en condiciones de

falla, ya sea frente a una sobrecarga o frente a un

cortocircuito.

Poseer un elevado número de maniobras, lo que le

permite ser utlizado nuevamente después del “despeje”

de una falla, a diferencia del fusible, que sólo sirve una

vez.

Su accionamiento frente a una falla se debe a dos tipos

de elementos:

INTERRUPTORES

TERMOMAGNETICOS

ESQUEMA DEL ELEMENTO

TERMICO

METAL 1

METAL 2

BIMETAL FRIO BIMETAL CALIENTE

El bimetal es una pieza formada por dos trozos de distinto metal, los que se dilatan en forma diferente. Al estar unidos, como uno de los metales se alarga en menor proporción que el otro, la pieza se curva.

La curvatura que se origina en el bimetal es regulada para que sea proporcional a la corriente que circula a través del círculo.

EL BIMETAL

Cuando la corriente supera el valor permitido, la curvatura llega a un punto extremo que hace actuar un mecanismo de desenganche, liberando el disparo (desconexión) del interruptor, y eliminando la sobrecarga.

La protección térmica actúa específicamente para sobrecargas, por que el calentamiento del bimetal es equivalente al calentamiento de los conductores del circuito. Entonces, la protección no es instantánea, sino que demora un tiempo en actuar, por lo que se define como de tiempo retardado

ZONA

1

ZONA

2

CURVA DE LA PROTECCION

TERMICA TIEMPO

INTENSIDAD DE

CORRIENTE 0 I

N

Formada por una bobina ( conductor enrollado con varias de vueltas alrededor de un núcleo magnético),conectada en serie con el circuito que se va a proteger.

Cuando la corriente alcanza un valor muy grande (dos o más veces la In del protector), el magnetismo generado atrae un contacto móvil que activa la desconexión del interruptor. En un tiempo prácticamente instantáneo, como se aprecia en el gráfico que muestra la curva de operación del elemento magnético.

EL ELEMENTO MAGNETICO

Esquema del elemento magnético

BOBINA

CONTACTO FIJO

TRINQUETE

CONTACTO MOVIL

CURVA TIPICA DEL ELEMENTO MAGNETICO

TIEMPO

INTENSIDAD DE

CORRIENTE

Imag

CURVA DE OPERACIÓN

ZONA DE AJUSTE

TÉRMICO

ZONA DE AJUSTE

MAGNÉTICO

CURVA DE DISPARO

ELECTRONICO

caracteristicas

técnicas de un

interruptor

termomagnético

(según IEC 942-2)

Icu:Poder de ruptura

último,es la Icc que

un interruptor puede

cortar

Icu(aparato)=Icc(de

la red).

Ics:Poder de ruptura

de servicio,es la que

garantiza que un int.

luego de aperturas

sucesivas mantiene

sus caracteristicas

principales.

Selectividad de coordinación

SOBRECARGAS:

Utilizar las curvas de zonas de funcionamiento de los diferentes aparatos de protección. Sobre un mismo ábaco, las zonas de funcionamiento no deben cortarse.

CORTOCIRCUITOS:

Utilizar las tablas de esfuerzos térmicos. En el esfuerzo térmico total del sistema de protección, el de más abajo debe ser inferior al esfuerzo térmico del pre-arco de las protecciones de más arriba.

Ejemplo de aplicación practica :Seleccionar fusible en MT e

interruptores termomagnéticos en BT

I0

I1

I2 I3

320 kVA Ucc =4%

10 kV

0.44 kV

150kVA 100kVA

Solución:

Corriente nominal del fusible primario

In=320/1.73*10=18.5A Ion=1.5*18.5=28A,Io(norm)=40A

Características red BT

Vn=0.44kV ,f=60HZ,temp ambiente=35ºc

Elección del Interruptor termomagnético en BT

Icc=Snt/1.73*Vn*Ucc aplicando Icc=320/1.73*.44*:004

=10.5kA

Cálculo de las In de los Interruptores

In1=320/1.73*0.44=420A de la misma forma In2=197A,

In3=131A

Elección del interruptor TM de la tabla del fabricante

tipo COMPAC-NS

INT 1: NS 630 tipo N

In =630A

Un=690V

Icu(kA)=42kA ef (poder de corte último)

Ics(kA)=100% Icu(poder de corte de servicio)

Categoría de uso A:

A apertura instantánea

B apertura temporizada

polos 4(hilos)

N: estándar ; H:alto poder de ruptura; L :muy alto poder

de

ruptura.

Dependiendo del tipo de TM se procede al ajuste

térmico y magnético respectivo.

SELECCIÓN DEL INTERRUPTOR TM

CALIBRACIÓN TERMICA Y

MAGNETICA I (kA)

Is

Ilim

In antes del

cortocircuito

Icc vista por el TM

tiempo de ruptura

CURVA TÍPICA

DISPARO TERMICO

DISPARO MAGNETICO

T(S)

I/In

Ir Im Icu

Ir =CORRIENTE TÉRMICA REGULABLE 0,8 a 1xIn

Im =CORRIENTE MAGNÉTICA REGULABLE:

Im = 5 a 10xIn UNIDAD DE PROTECCIÓN MAGNÉTICA

Im = 1,5 a 10xIr UNIDAD DE PROTEC. ELECTRONICA

RANGOS DE AJUSTE

Io Ir Im

xIn x250

1

0,8

0,63

0,5 1 0,8

0,9

10

9

6

5

8

7

Ir Im

TEST

SEÑALIZACIÓN

SEÑALIZACIÓN: 95% Ir (ENCENDIDO)

105% Ir (TITILANTE)

x250

EJEMPLOS DE AJUSTE

INTERRUPTOR 1: 630A, si elegímos unidad electrónica de

disparo ejemplo: STR23SE

REGULACIÓN TÉRMICA (Ir)

Io baseIc a

In

A

A( )

arg

int,

420

6300 67

por lo tanto Ir se regula Para

0,67 ó más Io se calibra en

Io = 0,8

Ino =0,8 x 630 = 504

Ino =504

Cálculo de Ir tomando como base Ino: IrIc a

Ino

arg, ,

420

5040 83 0 85

REGULACION MAGNETICA (Im):

En la unidad de proteción electrónica se elige: de 1,5 a

10xIr y en función a la corriente de cortocircuito en el

punto de instalación del Interruptor Termomagnético.

Para el interruptor Nº1:

si Icc=2,1kA ,para Ir=428,4 la calibración magnética será: 5

Imag=5x428,4=2142A lo que significa que para Icc >2142A

DISPARA POR CORTOCIRCUITO

Tomando este valor obtenemos la protección

de tiempo largo: Ir=0,85xIno=0,85x504=428,4A (muy prox. a 420A)

Ir = 428,4 A Cálibración Ir =0.85

INTERRUPTOR Nº 2 TIPO : NS250,

UNIDAD DE DISPARO TERMOMAGNETICA : TMD250

In Carga : 197A

In interruptor : 250A.

REGULACIÓN TÉRMICA

CALIBRACIÓN: 0,8 Ir

I

I

CARGA

N INT

, .

,197

2500 788

POR LO TANTO: Ir = 0,8xIn =0,8x250=200A Ir=200A

REGULACIÓN MAGNÉTICA

Para Icc=1250A, In=250

CALIBRACIÓN = 1250/250 = 5 Imag=1250A

INTERRUPTOR Nº 3 TIPO : NS160

UNIDAD DE DISPARO TERMOMAGNETICA : TMD160

In Carga : 131A

In interruptor : 160A.

REGULACIÓN TÉRMICA

CALIBRACIÓN: 0,8 Ir

I

I

CARGA

N INT

, .

,131

1600 81

POR LO TANTO: Ir = 0,8xIn =0,8x160=128A Ir=128A

REGULACIÓN MAGNÉTICA

Para Icc=800A, In=160A

CALIBRACIÓN = 800/160 = 5 Imag=800A