seminario tecnico gard

Seminario Tcnico I-Gard 2007

Sesin 1

Puesta a Tierra (PAT) de Sistemas Elctricos

Resistencias para PAT de Neutro

Introduccin

Una falla fase-tierra en un sistema elctrico puedeprovocar accidentes que afecten al personal, equipos, materia prima y procesos productivos al interrumpir el suministro de electricidad y producir voltajes y corrientes excesivas.

En esta ocasin revisaremos distintos mtodos, equipos y sistemas de puesta a tierra orientados a reducir estos problemas.

Definiciones

Sistema de Puesta a Tierra (Bonding, Puenteado, Unin) Unin equipotencial de material conductor no energizado a tierra

Puesta a Tierra de Sistemas(Puesta a tierra, Aterrizaje, Aterramiento) Referencia a tierra para el sistema elctrico

Qu conectar a tierra?

Sistemas elctricos Componentes metlicos Equipos electrnicos Tuberas de agua Estructura de la construccin Rejas o cercas perimetrales Todo componente conductor que pueda poner en contacto al

personal o equipos con diferencias de potencial mayores a las que pueden soportar sin sufrir dao

Para qu conectar a tierra?

Incrementar seguridad del personal Proteger equipos y produccin Detectar fallas Minimizar impacto Acelerar recuperacin

Qu se requiere?

Una adecuada referencia a tierra de transformadores y generadores.

Una trayectoria de descarga de corrientes de cargacapacitivas.

Limite en los sobrevoltajes transitorios en el aislamiento Lmite en los voltajes de falla fase-tierra Lmite en las corrientes de falla fase-tierra Coordinacin de dispositivos de aislamiento de falla Alarma, informacin y localizacin de la falla.

Redes de puesta a tierra

Generalmente tienen forma de malla

Conductor perimetral Conductores paralelos equidistantes

(4/0 de cobre enterrados a 0.5m y separados 3-6m) Cruces conectados Electrodos en cada cruce

(2cm de dimetro y 3m de largo) Grava o rocas con profundidad de 8 a 15 cm.

Ver IEEE Std 80-2000, NEC 250

Malla de puesta a tierra

Materiales

Deben soportar corrosin, descargas y esfuerzos mecnicos

Baja resistencia elctrica Capacidad conductiva Buen contacto con suelo de baja resistividad Mejoramiento del suelo Medicin y mantenimiento peridico

IEEE Std 80-2000, NEC 250

Parmetros crticos

Mxima corriente de la malla (IG) Duracin de falla y de choque (tF, tS) Resistividad del suelo (r) Resistividad de superficie del suelo (rS) Geometra de la malla

Tipos de Referencia a Tierra

No aterrizados o flotantes

Aterrizados solidamente

Aterrizados por resistencia:-Baja Resistencia-Alta Resistencia

3 fases, 3 4 hilos

3 fases, 3 hilos

3 fases, 3 hilos

Productos I-Gard

Alarma GADD

Localizador

Turbo Sleuth

FLOTANTES

Sistema Fusion

RelMGFR

SOLIDOS

GeminiSemforo Detective

Alarma GADP

RelDGF-CT

DSA/DSPResistencias GFR-RM

Localizador Turbo Sleuth

RESISTIVOS

Sistemas Puestos a Tierra

Voltajes transitorios limitados Localizacin de fallas simplificada Mayor proteccin de sistema y equipo Tiempo y gastos de mantenimiento reducidos Mayor seguridad al personal Mejor proteccin contra rayos Menor frecuencia de fallas

Resistencia de Puesta a Tierra

SECUNDARIO DEL TRANSFORMADOR

RESISTENCIA

DE PUESTA A

TIERRA

VOLTAJE

LINEA - NEUTRO

VOLTAJE LINEA-NEUTRO = VOLTAJE DEL SISTEMA / 1.732

VOLTAJE DEL SISTEMA

NEUTRO

Ventajas

Ventajas Limita corrientes de falla Elimina sobrevoltajes transitorios Permite coordinar dispositivos de proteccin Facilita la localizacin de la falla

Desventajas

Hay que separar cargas monofsicas

El aterrizaje mediante resistencia es por mucho el mtodo mas efectivo:

IEEE

IEEE Std. 142-1991 1.4.3 Las razones para limitar la corriente por resistencia son:

1. Reducir quemaduras y partes derretidas por calor...2. Reducir estrs mecnico... 3. Reducir riesgos de shock elctrico al personal...4. Reducir riesgos de arco o flash... 5. Reducir caida momentanea de voltaje de linea ocasionado por

ocurrencia de fallas y disparo de reles.6. Asegurar control de sobrevoltajes transitorios y 7. Evitar disparo del ciruito fallado al ocurrir la primera falla

Tipos de PAT por Resistencia

Baja Resistencia (Mayor corriente)

Alta Resistencia (Menor corriente)

Baja Resistencia

Popular en sistemas de bajo voltaje de 3-hilos desde los 70s cuando se hizo obligatorio tener proteccin contra fallas en sistemas solidos de 600V y de 1000A o mayores.

Usada incluso desde antes en sistemas de medio voltaje para limitar corrientes de falla a tierra

Elimina fallas de arco al como la puesta a tierra solida

Elimina sobrevoltajes como la puesta a tierra flotante

Baja Resistencia

Generalmente en Medio Voltaje

Limitan corriente de falla a mas de 50A (Tipicamente 400A)

Requieren disparo en la primerafalla

Generalmente se disean paraoperar por 10s

Alta Resistencia

Limitan corriente de falla a valoresmenores de 15A (Tipicamente 5A)

Generalmente en sistemas de bajovoltaje

Corriente lmite mayor que corrientede carga capacitiva

Requiere aislamiento del 173%

Tendencia

Sistema no aterrizado o flotante

Sistema solidamente aterrizado

Sistema aterrizado por baja resistencia

Sistema aterrizado por alta resistencia

Sobrevoltajes Severos Limitados Limitados Limitados

Dao por sobrecorriente en punto de falla Impredecible Severo Mnimo NingunoCostos de mantenimiento Altos Altos Razonables BajosOperacin continua con falla a tierra

Posible pero no recomendada No es posible No es posible Posible

Coordinacin de rels (Disparos apropiados, fcil localizacin de fallas) Dificil Dificil Bueno Excelente

Personal Nivel de seguridad Bajo Bueno Razonable Excelente

Dao a equipos

Produccin detenida

Impacto en productividad

Tipo de sistema

Secundario en Delta

Transformador Zig-Zag depuesta a tierra especificado al Voltage Linea-Linea

Transformador Zig-Zag

Clasificacion de RPT

Estandar IEEE-32 Elevacin de temperatura Pruebas de potencial aplicado Pruebas dielectricas Pruebas de tolerancia resistiva

Tiempo de operacin 10 Segundos - Elevacin de 760 grados C. Un minuto - Elevacin de 760 grados C. 10 Minutos - Elevacin de 610 grados C. Tiempo extendido - Elevacin de 610 grados C. Continuo - Elevacin de 375 grados C.

Pruebas

Potencial aplicado Aislamiento total o de subsecciones

< 600V doble L-N mas 1000 V > 600V 2.25 veces mas 2000 V

Permite tolerancia de mas/menos 10% Estandares y Certificacion

Todos los resistores fabricados por I-Gard cubren estandares nacionales e internacionales tales como IEEE, CSA, NEC, UL etc.

Seleccin

Voltaje < 2400 V 2400 V 13,800 V > 13,800 V

Capacitancia de carga a tierra < 600 V: 0.5 A por cada 1000 KVA > 600 V: 1.0 A por cada 1000 KVA

Importancia de mantener produccion continua Tipos de proteccion utilizados Acceso del personal Medio Ambiente

Gabinetes

Abierto: El resistor ira dentro de otro equipo (p.e. en un tablero).

Cerrado: Cuando estar expuesto a los elementos climaticos.

Opciones: Cubiertas solidas, tapa elevada para lluvia, nieve, viento, resistencia sismica, etc.

NEMA o IP

Elementos: Edgewound

Listn devanado de canto Generalmente para baja resistencia Resisten sin deformarse Montados sobre cilindros de porcelana de alta calidad Conexiones en acero inoxidable

atornilladas y soldadas Aleacion de grado electrico con bajo

coeficiente de variacion con incremento en temperatura y capaz de conservar sus propiedades durante ciclos termicos

Elementos: Wirewound

Alambre devanado Generalmente para operacin

continua Temperatura baja Alambre niquelcromo Cilindros de porcelana ( Maxima Elevacion permitida de

375 grados C.)

Elementos

Rejilla Troquelada Placas estampadas de

acero inoxidable Soldadas individualmente Multiples puntos de

conexin Tornillera y accesorios de

acero inoxidable Muy alta duracin

Serpentn o listn

Material del elemento Bajo coeficiente de cambio de resistencia respecto a cambios

en la temperatura.

Ejemplo: Resistencia para puesta a tierra tpica para 8000 V, 1000 A, 10

segundos y elevacin de temperatura de 760C de acuerdo a IEEE 32.

Material 1 Material 2AISI 304 Nickel Cromo Acero Cromo Aluminio 1JR (Ohmalloy) Coeficiente 0.001 ohms / C 0.00012 ohms / CRINICIAL= 8000 / 1000 = 8 ohms 8000 / 1000 = 8 ohmsR10S 8 * (1+0.001 * 760) = 14.08 ohms 8 * (1+0.00012*760) = 8.7 ohmsCorriente de Falla 8000 / 14.08 = 568 A 8000 / 8.7 = 919 A Cambio 43.2% 8.1%

Material del Elemento

Es importante asegurar que exista suficiente corriente de falla para que acte el rel de sobrecorriente y que la corriente de falla no se reduzca ms del 20% entre la temperatura ambiente y la mxima temperatura de operacin

Se recomienda especificar que el material de la resistencia tenga un coeficiente de temperatura no mayor que 0.00020 ohms / C

El coeficiente del material utilizado por I-Gard es 0.00012 / C

Instalacin y mantenimiento

Transporte Recepcin Instalacin Inspeccin Conexin de terminal neutro Conexin de terminal tierra Mantenimiento

Sesin 2

Puesta a Tierra de Neutro Slida y por Baja Resistencia

Productos: MGFR, DGF-CT,GFR-RM, FUSION

Puesta a tierra Slida

Popular en sistemas de bajo voltaje 3-hilos desde los 50s

Elimina problema de sobrevoltajes transitorios

Permite cargas linea-neutro (iluminacin, heating cables)

Facilita localizacin de fallas, pero causa interrupciones de servicio no programadas

Peligro de fallas de arco de bajo nivel


Neutros conectados solidamente a tierra fsica.

Ventaja: Se reduce el problema de sobrevoltajestransitorios

Desventajas: Si la reactancia del generador o eltransformador es muy grande el problema desobrevoltajes transitorios no ser resuelto.Posibilitan grandes corrientes de falla quepueden ser muy destructivas:

Energia (Kilowatt ciclos) = V x I x Tiempo/1000.


Ventaja: Se reduce el problema de sobrevoltajes transitorios

Desventajas: Si la reactancia del generador o el transformador es muy

grande el problema de sobrevoltajes transitorios no serresuelto.

Posibilitan grandes corrientes de falla que pueden ser muydestructivas:

Energia (Kilowatt ciclos) = V x I x Tiempo/1000.

Daos vs. kW Ciclos

100 Lugar de falla identificable por inspeccin marcas en metal y manchas de humo

5000 Daos mnimos pero existentes en equiposy aislamiento

10,000 Falla contenida en los gabinetes

20,000 Destruccin de equipos contiguos

>20,000 Destruccin considerable.

Fallas de Arco de Bajo Nivel

Las fallas de arco sostenidas pueden liberar gran cantidad de calor y energia mecanica capaz de provocar severos daos y accidentes

Ejemplo de dao(20,000 Kilowatt ciclos)

IEEE Fallas de ArcoIEEE Std 242-2001

Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems (8.2.2)

Una desventaja de los sistemas de 480 V aterrizados solidamente es la gran magnitud de las corrientes de falla que pueden ocurrir y la naturaleza destructiva de las fallas de arco.

IEEE Std 141-1993

Electric Power Distribution for Industrial Plants (7.2.4)

Los sistemas solidamente aterrizados tienen la mayor probabilidad de escalar a fallas de dos o tres fases, especificamente en sistemas de 480 y 600 V. Esto implica riesgos en la seguridad tales como chispas, arcos y explosiones.

Baja Resistencia

Utilizado en sistemas de distribucion de voltaje medio Corriente de carga capacitiva del sistema es mayor

que la recomendada para una puesta a tierra por Alta Resistencia

Se limita la falla a tierra a entre 25 y 400 A tipicamente Se dispara al ocurrir la falla Evita incidentes de falla arqueada al ocurrir la falla

Aislamiento de cables

Para sistemas de bajo voltaje (480V y 600V), el espesor del aislamiento de los cables de polietileno (XLPE) exceden la rigidezdielctrica requerida para el voltaje linea-linea que ocurrre duranteuna falla a tierra.

Ref: Electro-Federation Canada Communiqu 100.96, Wire and Cable Products

Sistemas Puestos a Tierra

Voltajes transitorios limitados Localizacin de fallas simplificada Mayor proteccin de sistema y equipo Tiempo y gastos de mantenimiento reducidos Mayor seguridad al personal Mejor proteccin contra rayos Menor frecuencia de fallas

Sistemas aterrizados por resistencia

SECUNDARIO DEL TRANSFORMADOR

RESISTENCIA

DE PUESTA A

TIERRA

VOLTAJE

LINEA - NEUTRO

VOLTAJE LINEA-NEUTRO = VOLTAJE DEL SISTEMA / 1.732

VOLTAJE DEL SISTEMA

NEUTRO

Ventajas


Desventajas


El aterrizaje mediante resistencia es por mucho el mtodo mas efectivo:

IEEE

IEEE Std. 142-1991 1.4.3 Las razones para limitar la corriente por resistencia son:

1. Reducir quemaduras y partes derretidas por calor...2. Reducir estrs mecnico... 3. Reducir riesgos de shock elctrico al personal...4. Reducir riesgos de arco o flash... 5. Reducir caida momentanea de voltaje de linea ocasionado por

ocurrencia de fallas y disparo de reles.6. Asegurar control de sobrevoltajes transitorios y 7. Evitar disparo del ciruito fallado al ocurrir la primera falla

Pusta a tierra por resistencia


Desventajas


IEEEIEEE Std. 142-1991

1.4.3 Las razones para limitar la corriente por resistencia son una o ms de las siguientes:

1. Reducir quemaduras y partes derretidas por calor...

2. Reducir estrs mecnico...

3. Reducir riesgos de shock elctrico al personal...

4. Reducir riesgos de arco o flash...

5. Reducir caida momentanea del voltaje de linea ocasionado por la falla y el disparo de los reles.

6. Asegurar control de sobrevoltajes transitorios y

7. evitar el disparo del ciruito fallado al ocurrir la primera falla

Baja Resistencia

Generalmente en sistemas de medio y alto voltaje Limitan la corriente de falla a mas de 50A (Tipicamente 400A) El sistema con falla tiene que ser parado a la primera falla Las resistencias generalmente se disean para operar por 10 segundos

Beneficios

La corriente de falla tiene un valor suficientemente alto como para operar los reles de proteccion y transformadores de corriente que dispararan el circuito de manera muy rpida para:

Limitar dao a equipos, Prevenir fallas adicionales, Evitar riesgo al personal, Facilita la ubicacin de la falla. Evitar sobrecalentamiento y estrs mecnico

RPT de Medio Voltaje

Sensores de Corriente

Conexin Residual

Ig=Ia+Ib+Ic+In

A

B

C

LOAD

RELAY

IA

IB

IN

IC

IG

Rel

Carga


Secuencia Cero

IG = 0, IL - IN = 0 y IS = 0Si IG > 0, IL - IN = IG yIS = IG/n

RELAY

LOAD

A

B

C

G

IG

IA

IB

IC


Secuencia Cero

R A B C N

Load1

Load 2

Zero Sequence Sensor


Ground Strap

R

Ground StrapSensor

A

B C

GFRelay

IG

Coordinacin por Tiempo

Transformador ejemplo:

1000 kVA, 5% de impedancia

Corriente de falla IG=20kA

KWC = 48,000(

Rel MGFR

Proteccin Selectiva Instantanea por Zona ZSIP-

Permiten responder instantaneamente en caso de falla disparando solo la zona donde ocurri la falla.

Esto se logra mediante un protocolo de comunicacin entre los rels: Los reles no dispararn si algn rel aguas abajo detect la falla.

100A 100A30A

10A, INST3A, INST 10A, INST

100A0.5 SEG

SEAL

Rele de falla a tierra: MGFR

Selectivo identifica alimentador fallado

5 ANGR

1 APICKUP

1 APICKUP

1 APICKUP

1 APICKUP

RRRR

Caractersticas del MGFR

Basados en microprocesador Utilizan sensores de corriente de secuencia

cero En una falla el rel calcula el valor RMS Si esta arriba del valor especificado disparar

para abrir el interruptor correspondiente Coordinables por tiempo o por zona

Control, Disparo, Inhibicin

V F Disparo InhibicinMGFR-1-AB 240 50 DMT NOMGFR-x-AB 240 50 DMT/IDMT NOMGFR-1-ZB 120 60 DMT NOMGFR-x-ZB 120 60 DMT/IDMT NOMGFR-SE-ZB 120 60 DMT SI

x= 2, 20, 200, 1200 DMT = Tiempo minimo definitivoIDMT = T. min. definitivo inverso

Corrientes de disparo

MGFR-1 : 0.01A, 0.02A, 0.03A, 0.04A, 0.05A, 0.07A, 0.10A, 0.20AMGFR-2: 0.1A, 0.2A, 0.3A, 0.4A, 0.5A, 0.7A, 1.0A, 2.0AMGFR-20: 1.0A, 2.0A, 3.0A, 4.0A, 5.0A, 7.0A, 10.0A, 20.0AMGFR-200: 10A, 20A, 30A, 40A, 50A, 70A, 100A, 200AMGFR-1200: 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 700A, 900A, 1200AMGFR-SE-ZB: 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 700A, 900A, 1200A

Caractersticas DMT

8 curvas disponibles Poner interruptor CURVE SELECT en DMT Modelos 1 solo operan en DMT Seleccionar curva deseada con interruptor tipo DIP El rel disparar de acuerdo al tiempo programado

independientemente de la magnitud de la falla

Tiempos de disparo

MGFR-1,2,20-ZB: Inst. 0.1 sec, 0.2 sec, 0.4 sec,MGFR-1,2,20-AB : 0.6 sec, 1.0 sec, 3.0 sec, 5.0 sec.MGFR-200-ZB,-AB: Inst. 0.1 sec, 0.2 sec, 0.3 secMGFR-1200-ZB: Inst. 0.1 sec, 0.2 sec, 0.3 sec MGFR-1200-AB: 0.4 sec, 0.6 sec, 0.8 sec, 1.0 sec.MGFR-SE-ZB : 0.4 sec, 0.6 sec, 0.8 sec, 1.0 sec.

Caractersticas IDMT

Dos conjuntos disponibles Para MGFR-2 y MGFR-20 Para MGFR-200 y MGFR-1200 La pendiente es de 63

Curvas de disparo Inverso

T (M1.96) =K para 1.2 < M < 10

M = Multiplo de corriente de disparo T = Tiempo de disparo en segundos K = Constante del rel

Display

3 dgitos indican multiplos de corriente de disparo detectada

Luz verde indica que esta energizado Mide corriente cada 2ms Despliega resultados cada segundo

Corriente Medida = Display * Corriente Disparo

Indicador de disparo

Modelos SE cuentan con indicador eletromagnetico (Rojo/Negro)

Los dems modelos cuentan con indicador de LED rojo

Todos cuentan con botn de reajuste Se recomienda tomar alimentacin de

control aguas arriba del breaker

Reajuste

Lo modelos ZB pueden autoreajustarse o reajustarse manualmente (SELF/MANUAL RESET) seleccionar mediante jumper en parte trasera del rel.

Coordinacin

TCP = Time Coordinated Protection(Coordinacin por Tiempo)

ZSIP = Zone Selective Instantaneous Protection(Coordinacin por Zona)

Rel DGF-CT

Rel con sensor de corriente integrado

Rel DGF-CT

El rel DGF-CT es una solucin de bajo costo para detectar fallas a tierra en sistemas de bajo voltaje aterrizados solidamente o mediante resistencia.

Proteccin Proporciona contactos normalmente aislados normalmente abiertos y normalmente cerrados para alarmar o disparar.

Deteccin Trabaja detectando corrientes de secuencia cero mediante su sensor de corriente integrado. Permite tambien la conexin de sensores externos. Sus niveles de disparo y retraso de tiempo son ajustables.

DGF-CT

Terminales

Rel GFR-RM

Rele de falla a tierra y monitoreo de resistencia

Para sistemas de hasta 27.6 kV.

Nivel y tiempo de disparo ajustables.

La resistencia debe mantenerse entre el 70% y el 150%

Conexin GFR-RM

FIGURE 1 - TYPICAL GFR-RM FIELD CONNECTIONS

POWER SOURCE

ST

NEUTRALGROUNDING

RESISTOR

C.B.

%100

806040200

0-1mA AMMETERWITH 0-100% SCALE

+

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

P N TRIP RELAY ZONE I/L TEST RESET

AUX. TRIP RELAYS RES. METERNGR FAULT GND FAULT SENSING CT G/F

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

S G + -

RESET

NGR MONITOR ZONE GROFF ON

GND NGR POWERFAULT FAULT ON

G/F TRIP SET NGR SET

MODE DELAY LEVEL CURRENT+

GFR-RM NGR-GF MONITORIPC RESISTORS INC.

TEST

600VacNEUTRAL

NGRS-6

REMOTETEST

REMOTERESET

RRELAY

Sistema FUSION

Patent No. 5 867 358

DeteccnEl sistema Fusin funciona de manera similar al Semforo o al Detective avisando de inmediato visual o audiblemente en caso de ocurrencia de una falla a tierra..

ProteccinEste sistema proporciona adicionalmente una trayectoria de aterrizamiento slido paralela a la trayectoria de aterrizamiento por alta resistencia. En condiciones normales el sistema operar como un sistema solidamentre aterrizado pero en caso de falla a tierra la trayectoria slida se abrir y la trayectoria de alta resistencia proteger al personal, los equipos y la produccin. Tambin es posible que la trayectoria adicional a tierra sea de baja resistencia. Esto es til sobre todo para aterrizar generadores de modo que para fallas en el generador el aterrizaje sea por alta resistencia y para fallas en las cargas sea por baja resistencia permitiendo la coordinacin adecuada de las protecciones.

FUSION

FUSION es un sistema de puesta a tierra de alta resistencia selectivo coordinado con alta corriente de primera falla.

Este sistema se convierte de una puesta a tierra slida en una de alta resistencia reduciendo inmediatamente la corriente de falla. Esto permite mantener la falla en el sistema sin causar daos y sin interrupciones no planeadas.

Para fallas en equipos menores o alimentadores pequeos permite que dispare el dispositivo de sobrecorriente para liberar la falla manteniendo la puesta a tierra slida.

Componentes del FUSION

1.Dispositivo Limitador de Corriente Tal como un fusible limitador de corriente interruptor de circuito proporcionan un camino a

tierra de baja impedancia para que circule la corriente de falla a tierra. La selectividad y coordinacin tiempo-corriente se mantiene cuando las caractersticas de

tiempo-corriente del dispositivo de proteccin del ciercuito en el sistema Fusion estdiseado para coordinarse con los dispositivos de proteccin de sobrecorriente. Esto asegura que el dispositivo de sobrecorriente falla a tierra ms cercano a la carga dispare y asle el equipo fallado.

2. Resistencias de Puesta a Tierra de Alta Resistencia Su funcin es limitar las corrientes de falla a tierra a niveles no peligrosos bajo una condicin

de falla de fase a tierra. Esto proporciona al usuario la oportunidad de mantener la continuidad del proceso, detectar y liberar la falla.

3. Sistema Pulsante Automtico (Opcional) El sistema limitar cclicamente la falla al 100%, 75% y 50% de la corriente de falla a tierra

disponible. El pulsado cclico combinado con el sensor de rastreo manual le da mayor ventaja al usuario para rastrear el circuito con falla al punto de la falla en complejos sistemas de distribucin sin desenergizar la carga.

4. Relevador y Transformador Detector de Falla a Tierra Este relevador microprocesado mide la corriente de falla a tierra utilizando un transformador

de corriente de secuencia cero y filtra las armnicas para evitar disparos en falso.

Sesin 3

Puesta a Tierra de Neutro Flotante y por Alta Resistencia

Productos: GIL, GADD, GADP, SEMAFORO, GEMINI, DETECTIVE, DSP-OHMNI, SENTINEL

Puesta a Tierra Flotante

Popular en sistemas de bajo voltaje de 3-hilos hasta los 50s

Industrias y plantas de tratamiento de agua

Corrientes de falla despreciables y sin disparo en la primera falla fase-tierra

Dificultan la localizacin de fallas Elevacin de voltaje de hasta 5-6 veces

el voltaje del sistema con fallasinterminentes debido a la acumulacinde cargas en el sistema (efectocapacitivo)

Sistemas no aterrizados

A

C

B

Secundario

No hay conexin entre conductores y tierra fsica

El acoplamiento capacitivo genera un Aterrizaje capacitivo


Problemas: Costos por dao a equiposDificultan la busqueda de fallas Produccin detenida mientras se encuentra la fallaMuy expuestos a segundas fallas

Ventaja: No hay que detener operacin al ocurrir la primer falla

IEEE Std 242-1986

7.2.5 Los sistemas no aterrizados no son mejores que los sistemas aterrizados por alta resistencia en cuanto a continuidad de servicio y tienen las desventajas de permitir sobrevoltajes transitorios, de dificultar la localizacin de la falla y de incrementar la posibilidad de aparicin de fallas adicionales que pueden ser catastroficas. Por estas razones se usan cada vez menos y frecuentemente se sustituyen por sistemas de alta resistencia.


A

A

B

C

C

B

Voltaje fase-fase

Cada fase esta a unVoltaje fase-neutroRespecto a la tierra

(a)

La fase C esta ahoraEsta a potencial de tierraNo hay flujo de corrienteHacia la fuente.

Las fases A y B estan ahora a unVoltaje fase-fase respecto a tierra

Punto neutroestablecidoPor capacitanciadistribuidaRelaciones de voltaje

(b)

En caso de falla fase-tierra las otras dos fases presentarn un voltaje 1.73 veces mayor que el normal.

La capacitancia distribuida podr ocasionar sobrevoltajes transitorios varias veces superiores al voltaje fase-tierra. Esto podr causar fallas en otros puntos ya que los niveles de aislamiento no sern suficientes. Si la segunda falla es en otra fase tendremos muy altas corrientes fase-fase y en consecuencia daos severos.

Corriente de carga capacitiva

A

B

C

IC0IC0 IC0

Falla a tierra en sistemas flotantes

N

60

B

C A

N120

B

C A

G

No Ground Fault

Full Ground Fault on Phase B

N

B

C A

50% Ground Fault on Phase B

G

82

Corriente de carga capacitiva 3IC0

A

B

C

IF = 3IC0IC03 IC03

Luces indicadoras GIL

Minimo requerido por el cdigo Indican visualmente la fase con falla Cumplen regla 10-106(2) del CEC

Luces indicadoras GIL

Se colocan en lugares de dificil acceso (cerca de cada transformador)

Pueden dar indicacin erronea (Fusible o foco fundido) No es facil apreciar la magnitud de la falla

Alarma GADD

Alarma modular con:

Indicador de fase con falla

Indicador de nivel de falla

Ajuste de nivel de alarma en caso de falla

Alta Resistencia

Limita la corriente de falla limitada a valores menores de 10A (Tipicamente 5A)

Se encuentra generalmente en sistemas de bajo voltaje

Debe limitar la corriente a valores mayores que la corriente de carga por capacitancia a tierra del sistema

Requiere aislamiento del 173%

Beneficios

Evita el tener que interrumpir la produccin en caso de falla fase-tierra

Facilita la localizacin del punto de falla sin desenergizaralimentadores

Permite tolerar la falla hasta que sea factible aislarla o corregirla Puede agregarse a sistemas flotantes sin necesidad de costosos

reles y breakers

IEEE

IEEE Std 242-1986

7.2.4 El aterrizaje por alta resistencia limita la falla a una magnitud predeterminada. Esto hace posible utilizar reles de falla a tierra para identificar el alimentador con falla.

IEEE Std 141-1993

7.2.2 El aterrizaje por alta resistencia tiene las ventajas de los sistemas flotantes pero limita los sobrevoltajes asociados con esos sistemas. Adems son inmunes a las fallas por arcoque ocurren en sistemas solidamente aterrizados ya que limita la corriente de falla a alrededor de 5 amperes.

IEEE (Cont.) IEEE Std. 142-1991

1.4.3 Las razones para limitar la corriente mediante aterrizaje por resistencia son:

1) Para reducir el riesgo de que los equipos con falla, tales como tableros, transformadores, cables y motores, se quemen o se derritan.

2) Para reducir estrs mecnico en circuitos y aparatos por los que podran circular corrientes de falla.

3) Para reducir riesgo de choque electrico al personal causado por corrientes de falla perdidas en su trayectoria de regreso a tierra.

4) Para reducir riesgo de arco electrico al personal que podria causar o estar cerca de la corriente de falla.

5) Para reducir la caida momentanea en el voltaje ocasionada por la falla y su interrupcin.

6) Para controlar los sobrevoltajes transitorios al mismo tiempo que se evita la necesidad de interrumpir la operacin del circuito en que ocurrio la primera falla.

CEC

Cdigo Elctrico Canadiense Regla 10-1102 (3):

Cuando se use un dispositivo de puesta a tierra en un sistema de 5kV o menor, el sistema deber poder ser desenergizado automaticamente al detectar la falla a menos que:

La falla a tierra se limite a 5 A o menos; y

Se proporcione una alarma visual o audible, claramenteidentificada, para indicar la existencia de una falla a tierra.

Medicin

Clculo

Estimado rpido

Valores tpicos

Alarmar o Disparar

La puesta a tierra por resistencia no es suficiente

Hay que detectar la falla y tomar una accinrpidamente: Alarmar o Disparar

Posteriormente localizar y corregir la falla.

Corriente de fallaA

B

C

RXC0 XC0 XC0

3IC0

IR

( ) ( )202 3 CRF III +=( ) 00 3 current,fault minimumAt 32 CRCF IIII MIN ==

Sistemas de Alta Resistencia

Semforo

Detective

GEMINI

FUSION

Agregar localizador de fallas

Agregar redundancia y monitoreo de resistencia

Agregar switch y segunda trayectoria a tierra en paralelo

Sistema SEMAFORO

DeteccinEl sistema tiene 3 lamparas de colores rojo, verde y ambar. La roja indica falla a tierra activa, la verde indica que no ha habido fallas en el sistema y la luz ambar indica que hubo alguna falla.

ProteccinPermite que su instalacin electrica trabaje en forma segura an con una falla a tierra. Reduce significativamente el posible dao a equipos y protege al personal contra fallas a tierra al limitar la corriente de falla a un nivel mnimo.

LocalizacinExiste un modelo del Semforo que es compatible con el mdulo generador de pulsos. Este Semforo ha sido diseado especialment para instalaciones con multiples transformadores. La utilizacin de este mdulo externo permitir localizar el punto exacto de la falla mediante la generacin de pulsos detectables con un sensor de corriente flexible portatil sin interrumpir la produccin.

SEMAFORO

El STOPLIGHT es un sistema de puesta a tierra de alta resistencia completo y econmico que proporciona una amplia proteccin al sistema contra fallas a tierra dainas. Utilizando un simple pero efectivo sistema de tres lmparas, el Stoplight proporciona indicacin visual y remota para avisar al personal de operacin y mantenimiento de fallas a tierra.

Una luz roja indica un falla a tierra activa, una luz mbar indica que ha ocurrido una falla a tierra pero que es intermitente y una luz verde significa que no hay fallas a tierra activas en el sistema.

Componentes del SEMAFORO

Resistencia de Puesta a Tierra de Alta Resistencia Su funcin es limitar las corrientes de falla a tierra a niveles no

peligrosos bajo una condicin de falla a tierra monofsica. Esto proporciona al usuario la oportunidad de mantener la continuidad del proceso y detectar y liberar la falla.

Relevador y Transformador Detector de Falla a Tierra Mide la corriente de falla a tierra utilizando un transformador de

secuencia cero. Filtra armnicas para eliminar la posibilidad de disparos en falso.

Sistema Pulsante Automtico (opcional) Limitar cclicamente la falla al 100%, 75% y 50% de la corriente de

falla a tierra disponible. Sensor Porttil (para usarse con sistema pulsante opcional)

Permite seguir los pulsos desde su fuente hasta el lugar especfico de la falla. Una vez que se localiza la falla, puede ser aislada y reparada.

GEMINI

Patent Serial No. 09/656 328

DeteccinEl Gemini contiene una resistencia de puesta a tierra (Alta resistencia) y un rel de falla a tierra y monitoreo de resistencia. Es posible programar los valores de falla a tierra a los que se disparar la alarma o se interrumpira el circuito. Este rel tambin alarmar o disparar cuando la el valor de la resistencia de puesta a tierra sea mayor que el 150% o menor que el 70% de su valor programado.

ProteccinLa resistencia de puesta a tierra tiene una trayectoria redundante por lo que si una de ellas llegara a fallar la segunda seguira proporcionando proteccin al sistema.

GEMINI

El GEMINI es un sistema integrado de puesta a tierra de neutro tolerante a fallas y con monitoreo de resistencia.

Este sistema patentado tiene un altsimo nivel de tolerancia a fallas ya que combina un sistema de resistencia redundante con un relque monitorea su integridad contra cualquier variacin.

Proporciona proteccin contra problemas que comprometan la integridad de la resistencia, incluyendo cortos circuitos o circuitos abiertos, adems de limitar cualquier falla a tierra a niveles seguros y predeterminados y alarmar en caso de cualquier falla.

Si empezara a fallar alguna de las resistencias, el sistema dar una alarma y continuar proporcionando la proteccin necesaria hasta que el problema sea resuelto.

Componentes del GEMINI

1.Unidad de Puesta a Tierra de Alta ResistenciaLimita las corrientes de falla a tierra a niveles que no ocasionen

problemas.Resistencias en paralelo que forman dos trayectorias identicas.

Dimensionadas para limitar las corrientes de falla fase-tierra a valores predeterminados. En caso de falla de alguna resistencia,la otra continuar limitando la falla a tierra a la mitad de los niveles predeterminados y seguir proporcionando proteccin. Adicionalmente una alarma indicar la falla de la resistencia.


2. Rel de Falla a Tierra con Monitoreo de Resistencia (GFR-RM)En conjunto con un sensor de resistencia y un sensor de corriente, el

GFR-RM mide la corriente a travs de la resistencia de puesta a tierra, el voltaje de neutro a tierra y el valor hmico de la resistencia; compara los valores medidos contra sus parametros ajustables y al detectar condiciones anormales proporciona salidas de rel y seales luminosas.

El GFR-RM es el nico rel capaz de discriminar entre fallas a tierra, fallas de la resistencia, corto circuito y circuito abierto. La unidad dispara en 1.5 segundos despus de detectar una falla en la resistencia. Esta condicin se determina cuando la resistencia baja a menos del 66% o sube a ms del 150% de su valor nominal.


3. Capacidad de Pulsos (Opcional)La corriente de falla fase-tierra se limitar cclicamente al 100%,

75% y 50% de la corriente mxima permitida de falla a tierra. Este tren de pulsos podr rastrearse fcilmente con un multmetro y un sensor de de corriente flexible porttil (TS-SENSOR) permitiendo la localizacin rpida del punto de falla incluso en sistemas de distribucin complejos sin necesidad de desenergizarlos.

Resistencia Pulsante OHMNI

TS-SENSOR

Sensor de Corriente flexible porttil para Localizar Fallas

Localizando fallas

GADP

Rele de falla a tierra por deteccin de voltaje Para sistemas puestos a tierra por alta resistencia o flotantes

Rel GADP

El rel GADP es una alarma de falla a tierra compacta con indicadores de fase y magnitud de falla. Mide solo 8x 8 por lo que puede colocarse dentro de gabinetes de tamao reducido.

Cuenta con la posibilidad de generar pulsos en conjunto con la resistencia de puesta a tierra tipo Ohmni. Estos pulsos permitirn localizar la ubicacin exacta de la falla sin tener que desconectar el sistema.

Rel GADP

Ideal para sistemas de potencia con puesta a tierra por medio deresistencia donde se requiere indicacin de la severidad de la falla, indicacin de la fase fallada y la capacidad de localizar la falla.

Opera bajo el principio del cambio de voltaje de lnea a tierra que se presenta cuando ocurre una falla en una de las lneas de un sistema con puesta a tierra con alta resistencia.

Para propsitos de medicin, se utiliza un divisor de voltaje I-GARD tipo DDR2 el cul proporciona una seal de baja tensin proporcional para indicar cul fase ha fallado y el nivel de falla como un porcentaje del mximo nivel de falla del 100% (representando un corto circuito de fase a tierra)

Rel GAPD

RESISTOR DIVIDERSENSING NETWORK

VOLTAGE SENSINGRELAY

Sistemas de Puesta a Tierra

SLEUTH (DETECTIVE)

Para instalaciones existentes

DETECTIVE

DeteccinEl Detective cuenta con un sensor de corriente de falla, un rel que indica visual (y opcionalmente en forma auditiva) la ocurrencia de una falla a tierra y su magnitud. Adems cuenta con un sistema generador de pulsos que permitir al personal de mantenimiento localizar el punto exacto de la falla sin perjudicar la operacin de los equipos conectados al sistema.

ProteccinEl Detective tambin incluye una resistencia de puesta a tierra que limitar las corrientes de falla fase-tierra a niveles no perjudiciales (Alta resistencia).

LocalizacinLocalizar fallas a tierra es muy sencillo con el Detective. Basta activar la generacin de pulsos y seguirlos hasta el lugar donde se encuentra la falla. Una vez encontrado el punto de falla es posible decidir si se separa dicha seccin del sistema o si es mejor esperar al siguiente paro programado.

DETECTIVE

El Detective es un sistema integrado de Alta Resistencia para puesta a tierra del neutro de generadores y transformadores que limita las corrientes de falla fase-tierra a niveles no dainos.

Este equipo alerta inmediatamente al personal de mantenimiento en caso de fallas a tierra y permite la rpida localizacin del punto exacto de la falla sin tener que detener los procesos productivos y sin poner en riesgo al personal y a los equipos.

Componentes del DETECTIVE

Resistencias para Puesta a Tierra por Alta Resistencia limitan las corrientes de falla a niveles no peligrosos bajo

condicin de falla fase-tierra. Permiten de mantener continuidad en procesos mientras se

libera la falla. Sensor de corriente flexible porttil

Permite seguir los pulsos desde el Detective hasta el punto exacto donde se encuentra la falla. Puede ordenarse con circunferencias de 61cm (TS-SENSOR) 122cm (TS-SENSOR-48).

Componentes del DETECTIVE

Sistema Pulsante Automtico Limitar la falla cclicamente al 100%, 75% y 50% de la corriente

de falla a tierra. El pulsado cclico combinado con el sensor porttil ayudarn al usuario a localizar rpidamente el punto de falla an en sistemas de distribucin complejos y sin necesidad de desenergizarlos o de desconectar las cargas.

Rel con Transformador Sensor de Falla a Tierra Este relevador digital basado en microprocesador mide la

corriente de falla a tierra utilizando un transformador de secuencia cero integrado que mantiene su precisin sobre un rango de 45 a 65Hz y filtra las armnicas para eliminar la posibilidad de disparos en falso.

TURBO DETECTIVE

DeteccinEl Turbo Detective opera de manera similar al Detective con la diferencia de que es movil. Esto permite contar con las ventajas del detective sin tener que instalar uno en cada transformador siempre y cuando no se tenga el neutro distribuido.

ProteccinEl Turbo Detective tambin incluye una resistencia de puesta a tierra que limitar las corrientes de falla fase-tierra a niveles menores a 10 amperios (Alta resistencia).

LocalizacinPara localizar fallas a tierra con el Turbo Detective bastar

conectarlo a tierra y a las tres fases del sistema con falla, activar la generacin de pulsos y seguirlos hasta el lugar donde se dejen de observar. Una vez encontrado el punto de falla es posible decidir si se separa dicha seccin del sistema o si es mejor esperar al siguiente paro programado.

Rel DSP OHMNI

Selectividad en lainterrupcion en caso de una segunda falla a tierra.

Rel DSP OHMNI

Diseado para generar alarma sin disparar en caso de ocurrir una falla a tierra. Este rel tiene indicadores de fase, magnitud y alimentador con falla.

Es el nico que ofrece proteccin contra segunda falla gracias a su sistema SIFT (Disparo selectivo instantaneo) que permite al usuariopriorizar los alimentadores de modo que al ocurrir la segunda falla solo se disparar el alimentador de menor prioridad manteniendo el funcionamiento del resto del sistema.

Adems cuenta con un mdulo generador de pulsos que permitirencontrar la ubicacin exacta de la falla sin tener que deconectar el sistema.

Rel DSP OHMNI

Nuevas caractersticas del DSP OHMNI

Comunicacin Modbus

Seguridad mejorada Deteccin de corrientes de arranque evita los incomodos disparos falsosprovocados por altas corrientes de arranque

Montable en riel DIN requiere mucho menos espacioen tableros ahora cabe en secciones de 22 de ancho

Rel DSP OHMNI

DDR225VA CPT120V

OHMNI-PM NGR

MAIN BUS

HORN

1A

PULSE SIGNAL

DSP-DSM

ZSCS

BREAKERTRIP SIGNAL

ALARMCONTACTS

A B C N G

A B N GC

POWERAC/DC

T

R

I

P

C

O

N

T

A

C

T

S

E

N

S

O

R

I

N

P

U

T

DSP-DFM

LOADS

DSP-DFMDSP-DPS

DSP-DM

RS-485 TO NETWORK

DSP-DFM

DSP-DFM

1A

1A

N

G

20 CONDRIBBON

Sesin 4

Otros Productos:

Rele Minero GCHK-100DGF-CT-APaneles de Proteccin Personal

Rel Minero GCHK-100

Rel Minero GCHK-100

Para atender las necesidades especiales de la minera, I-Gard ha desarrollado el relevador de falla a tierra GCHK-100. Este relevador incrementar la seguridad del personal y el equipo en aplicaciones sobre y bajo tierra. La deteccin de fallas a tierra es importante para evitar descargas elctricas y riesgos de incendio que al ocurrir podran causar serios daos.

El GCHK-100 ha sido diseado para usarse en sistemas aterrizados por resistencia de hasta 4160V as como en circuitos de sistemas aterrizados cuando la corriente de carga se limite a 800 A.

Funcionamiento

La seguridad del personal contra descargas elctricas depende en mucho de la integridad de la puesta a tierra del equipo cuando est energizado. Para esto se incorpora un segundo conductor de puesta a tierra en el cable de arrastre del equipo mvil. El GCHK-100 monitorea ambas tierras y dispara cuando se excede un valor determinado.

Adicionalmente detectar si el circuito de tierra se ha puesto en corto o estabierto. En caso de una falla en la conexin a tierra y una fuga elctrica dentro del equipo mvil, la carcasa podra energizarse y provocar una descarga. En este caso el GCHK-100 detectar los altos voltajes en la carcasa del equipo y disparar rpidamente. Este disparo ser dos veces ms rpido que en caso de un problema en la tierra y ser cinco veces ms rpido cuando el voltaje en la carcasa exceda los 100 V.

Detecta la falla a tierra con 13 niveles de disparo, de 0.25 a 12.5A y ocho niveles de retardo, de 0.20 a 10 segundos.

Verifica el circuito de tierra mediante conductor de tierra piloto auxiliar. Proteccin de voltaje de paso en carcasa. Cuatro niveles de disparo de 40

a 100 V.

Rel de falla a tierra para CCMs:DGF-CT

El DGF-CT cabe en una caja de CCM

Paneles de Proteccin Personal

2PDT

Proteccin de Personal, Una fase Clase A 5mA CSA No 144 Cargas de 70A 120/208V, 120/240V 2 Polos Usos: Piscinas, Bombas, Jacuzzis

GP/GPA

5mA, y 10mA, ajustes fijos de 208 a 600V CSA No144, UL 1053 Sistemas puestos a tierra y flotantes Cargas de hasta 90HP Arrancadores, Bombas, Estaciones de

Prueba Requiere Breaker o Contactor

GPD, GPFJ

5mA, 10mA, 20mA, 35mA, 50mA 208V a 600V, CSA 144, UL 1053 Sistemas puestos a tierra y flotantes Completo con Breaker o Interruptor manual Iluminacin bajo el agua, Fuentes, Granjas de peces, Lecherias Estaciones de pruebas, Laboratorios.

Sesin 5

Aplicaciones

Industrias Petrolera, Elctrica, Qumica, de Alimentos, del Papel,Minera, del Transporte, Automotriz, Centros de Cmputo, Aeropuertos, Hospitales, Barcos

Generadores

Los generadores no se disean para soportar corrientesde falla a tierra solo se protegen contra fallas trifsicasslidas.

De acuerdo a IEEE y NEMA es necesario ponerlos a tierrapor resistencia para limitar las estas corrientes.

Generadores en Paralelo

GENERATORS 600V

600V

DDR2-6

DSA

15-20A, 3P100 kAIC

5A, 347V NeutralGrounding Resistor

G G G G

To BMS

To BMS

TYPICAL PARALLEL GENERATOR HIGH RESISTANCE GROUNDING SCHEME

Zero Sequence Current Sensors(one per feeder; one per generator)

OptionalPulsing Resistor

5A, 600VZig-Zag GroundingTransformer

2 - #16AWG, 24 Vdcfor pulsing control

See Notes 1 and 2.

Notes:1. NGR/Zig-Zag assembly w ith pulsing resistor, IPC Part Number: OHMNI-6PM-5-ZZ2. NGR/Zig-Zag assembly w ithout pulsing resistor, IPC Part Number: NTR600-5-ZZ

D

S

-

P

M

2

Optional DS-PM2 Pulsing Card

AWG#8 as perCEC 10-1108(3)

seminario tecnico gard

Documents