Qué es la selectividad de los interruptores automáticos + principios de cálculo de la selectividad
La selectividad de los interruptores automáticos es un punto clave para garantizar el funcionamiento fiable del circuito eléctrico. Esta función contribuye a prevenir situaciones de emergencia y eleva la seguridad a un nivel superior.
En caso de sobrecarga de la línea o cortocircuito, solo se activa la protección de la línea dañada, mientras que el resto de la instalación eléctrica sigue funcionando. Por qué ocurre así lo analizaremos en detalle en este artículo, examinaremos las tareas principales de la protección selectiva, los esquemas de conexión y sus características.
También prestaremos atención al cálculo de la selectividad y a las reglas para crear un mapa, acompañando el material con esquemas ilustrativos, tablas y fotos. Y complementaremos el artículo con explicaciones detalladas en videos.
Contenido del artículo:
Significado y tareas principales de la protección selectiva
La operación segura y el funcionamiento estable de las instalaciones eléctricas son las tareas que se le asignan a la protección selectiva. Ella calcula y aísla instantáneamente la zona dañada sin interrumpir el suministro eléctrico a las secciones intactas. La selectividad reduce las cargas en la instalación y disminuye las consecuencias de un cortocircuito.
Con un funcionamiento ajustado de los interruptores automáticos, se satisfacen al máximo las demandas relativas al suministro eléctrico ininterrumpido y, en consecuencia, del proceso tecnológico.
Cuando el equipo automático que realiza la apertura resulte defectuoso debido a un cortocircuito, gracias a la selectividad, los consumidores recibirán un suministro normal.
La regla que establece que la magnitud de la corriente que pasa por todos los interruptores de distribución instalados después del interruptor principal es menor que la corriente nominal de este último, es la base de la protección selectiva.
En suma, estos valores nominales pueden ser mayores, pero cada uno individualmente debe estar al menos un paso por debajo del valor de entrada. Así, si en la entrada se instala un disyuntor de 50 amperios, a continuación se instala un interruptor con un valor nominal de corriente de 40 A.
Mediante la palanca se activa y desactiva la entrada de corriente a los bornes. A los bornes se conectan y fijan los contactos. El contacto móvil con resorte sirve para una apertura rápida, y la conexión del circuito con él se realiza a través del contacto fijo.
La desconexión, en caso de que la corriente supere su valor umbral, se produce por el calentamiento y la curvatura de la placa bimetálica, así como por el solenoide.
Las corrientes de disparo se ajustan mediante el tornillo de ajuste. Con el fin de evitar la aparición de arco eléctrico durante la apertura de los contactos, se ha incorporado en el circuito un elemento como la rejilla apagachispas. Para fijar el cuerpo del interruptor existe un pestillo.
La selectividad, como característica de la protección de relés, es la capacidad de detectar un nodo defectuoso del sistema y aislarlo de la parte activa del sistema eléctrico de potencia.
La selectividad de los interruptores automáticos es su propiedad de funcionar de manera secuencial. Si se viola este principio, tanto los interruptores automáticos como el cableado eléctrico se calentarán.
Como resultado, puede producirse un cortocircuito en la línea, la fusión de contactos fusibles y del aislamiento. Todo esto provocará la avería de los aparatos eléctricos y un incendio.
Supongamos que en una línea de transmisión larga se produce una situación de emergencia. Según la regla principal de selectividad, el primer interruptor que actúa es el más cercano al punto de fallo.
Si en un apartamento normal se produce un cortocircuito en un enchufe, en el cuadro debe actuar la protección de la línea de la que forma parte ese enchufe. Si esto no ocurre, le toca el turno al interruptor automático del cuadro, y solo después al interruptor general.
Selectividad absoluta y relativa de la protección
El concepto de selectividad está definido por GOST IEC 60947-1-2014. Se distinguen dos tipos de selectividad: absoluta y relativa. Si el trabajo de la protección está coordinado de tal manera que actúa exclusivamente dentro de la zona protegida, esto indica su selectividad absoluta.
En estas circunstancias, la corriente máxima de selectividad se vuelve igual a la capacidad máxima de corte del interruptor ubicado aguas abajo.
La actuación en forma de respaldo, cuando no se ha producido la desconexión en el tramo problemático, se denomina protección relativamente selectiva. En este caso, se desconectan los interruptores ubicados aguas arriba.
En caso de superar el valor de corriente ajustado del interruptor automático, es decir, en ausencia de grandes sobrecargas, la protección selectiva actúa prácticamente sin fallos. Es mucho más difícil lograr esto en caso de cortocircuitos.
Los datos sobre los productos fabricados por la empresa se colocan en el cuerpo del dispositivo y en sus sitios web. Es importante leer correctamente el marcado de los disyuntores – las combinaciones de interruptores se forman solo según las tablas de un fabricante específico. Se debe tener en cuenta que los grupos organizados según un principio relativo tienen un mayor número de funciones.
Para verificar la selectividad entre el interruptor automático superior y el inferior, se busca la intersección de la vertical y la horizontal. Asegurar la selectividad es una tarea muy importante al alimentar consumidores de una categoría especial.
En su ausencia, puede ocurrir una parada del proceso de producción, daños en las líneas, desconexión de los sistemas de aire acondicionado, extracción de humo y otros.
Tipos de esquemas de conexión selectivos
Además de la selectividad absoluta y relativa, existen otros 7 tipos de protección selectiva:
- zonal;
- temporocorriente;
- energética;
- temporal;
- total;
- parcial;
- de corriente.
Para garantizar la selectividad requerida de la autoprotección de la red eléctrica con interruptores automáticos, se utilizan diferentes métodos. Pero en cualquier caso, es importante instalar correctamente el interruptor, siguiendo el esquema elegido y las reglas de montaje.
Tipo #1 — protección total y parcial
La protección total significa que si se conectan en serie un par de interruptores automáticos, la aparición de sobrecorrientes provoca la desconexión del que está cerca de la zona de falla.
La protección parcial funciona según el mismo principio que la total, pero solo después de que la corriente alcance el valor umbral establecido.
Si la selectividad está garantizada hasta el menor de los valores de corriente de los dos IA (interruptores automáticos), hay motivos para hablar de selectividad total entre ellos. En este caso, el valor límite de la corriente de cortocircuito prevista de la instalación, bajo cualquier circunstancia, será igual o menor que el valor de corriente de los dos IA.
Tipo #2 — tipo de selectividad por corriente
El indicador principal de la selectividad de corriente es el límite de corriente umbral. Los valores se ordenan de forma ascendente desde el objeto hasta la entrada. La acción de esta selectividad de las protecciones se basa en el mismo fundamento que la selectividad temporal.
La diferencia radica únicamente en que el retardo se establece según el valor de la corriente: a medida que el punto de cortocircuito se acerca a la entrada, aumentan las lecturas de corriente de cortocircuito. El indicador temporal de disparo puede ser el mismo.
La zona dañada por un cortocircuito se determina mediante ajustes de disparo para diferentes magnitudes de corriente. La selectividad total solo es posible en condiciones donde la corriente de cortocircuito es baja y entre dos interruptores automáticos hay un equipo con una resistencia eléctrica considerable. En tal escenario, las corrientes de cortocircuito diferirán significativamente.
Este tipo de selectividad se utiliza principalmente en cuadros de distribución finales. Aquí se combina una corriente nominal de magnitud reducida y una corriente de cortocircuito con una alta resistencia total de los cables de conexión.
Esta variante de selectividad es económica, sencilla y actúa de forma instantánea. Sin embargo, a menudo dicha selectividad puede ser parcial, ya que la corriente máxima suele ser pequeña.
Cuando los valores de Isd1 e Isd2 son iguales o extremadamente cercanos, entonces Is, la corriente máxima de selectividad, es igual a Isd2. Si estos valores difieren considerablemente, Is = Isd1.
La condición para garantizar la selectividad por corriente es el cumplimiento de las desigualdades: Ir1/Ir2 > 2 e Isd1/Isd2 > 2. En este caso, el máximo de selectividad es Is = Isd1.
Entre las desventajas se incluye el rápido aumento del nivel de ajustes de protección contra corrientes elevadas. No es posible desconectar rápidamente un circuito dañado si uno de los interruptores automáticos resulta defectuoso.
Al calcular los ajustes de protección por corriente, se deben tener en cuenta las corrientes reales que pasan a través de los interruptores que funcionan en modo automático.
Tipo #3 — variante temporal y de tiempo-corriente
Cuando en un circuito hay una serie de interruptores automáticos con características de corriente idénticas pero diferentes tiempos de retardo, al producirse una falla se protegen mutuamente. El que está más cerca del punto de falla disparará de inmediato, el siguiente después de un tiempo, y así sucesivamente.
En el caso de la selectividad tiempo-corriente, los dispositivos de protección reaccionan no solo a la corriente, sino también a la duración de la reacción. Con un cierto valor de corriente, después de un tiempo de retardo, actúa la protección cuya distancia al lugar del cortocircuito es menor. La parte sana de la instalación no se desconecta.
Combinación de selectividad de corriente y temporal aumenta la eficacia de la desconexión. Cuando Isc B < Irm A, la selectividad es total, la actuación es instantánea. El interruptor automático ubicado arriba está provisto de dos ajustes: Im A e Ii A. El primero es un corte selectivo de corriente, el segundo es una actuación instantánea.
Tipo #4 — selectividad energética de los interruptores
En la selectividad energética, las desconexiones ocurren dentro del cuerpo del interruptor automático. La duración del proceso es tan pequeña que la corriente de cortocircuito no llega a acercarse a su valor límite.
El sistema de protección tiempo-corriente se considera complejo. Aquí no solo está involucrada la reacción a la corriente, sino también el tiempo durante el cual ocurre.
Con el aumento de la corriente en el interruptor automático, disminuye el tiempo de actuación. La base para este tipo de selectividad es la regulación de la protección de manera que, desde el lado del objeto protegido, actúe más rápido en todos los valores umbral de corriente, en comparación con el interruptor automático de entrada.
Tipo #5 — esquema de protección por zonas
El método por zonas es complejo y costoso, por lo que se utiliza principalmente en la industria. Tan pronto como los valores umbral de corriente alcanzan el máximo, los datos llegan al centro de control y el interruptor automático seleccionado actúa. La red eléctrica con este tipo de selectividad incluye disparadores electrónicos especiales.
Cuando se detecta una falla, desde el interruptor ubicado aguas abajo se envía una señal al dispositivo ubicado aguas arriba. El primer interruptor automático debe reaccionar dentro de un segundo. Si no reacciona, actúa el segundo.
Comparando este tipo de selectividad con la selectividad temporal, se puede observar que el tiempo de actuación en este caso es mucho menor — a veces cientos de milisegundos. Disminuye tanto el porcentaje de intervención en el sistema como el porcentaje de daño. Se reducen las influencias térmicas y dinámicas en las partes de la instalación. Aumenta el número de niveles de selectividad.
En el caso de la selectividad por zonas, actúa la protección del lado de la fuente de alimentación, tomando como punto de referencia el lugar del cortocircuito. Hasta el momento de la actuación del interruptor automático, se controla que el dispositivo de protección del lado de carga no envíe una señal similar.
Pero tal selectividad requiere la presencia de una fuente de alimentación adicional. Por lo tanto, la aplicación racional de este tipo de selectividad son sistemas con altos parámetros de corriente de cortocircuito y corriente de magnitud significativa. Dichos aparatos son los conmutadores-distribuidores que se encuentran del lado de la carga de generadores y transformadores.
Cálculo de la selectividad de los interruptores
Una selección competente del disyuntor y una configuración correcta son el principio fundamental para cumplir con la selectividad de los interruptores automáticos. La selectividad para el interruptor ubicado cerca de la fuente garantiza el cumplimiento del requisito: Is.o.posled ≥ Kn.o.∙ I k.pred.
Aquí, Is.o posled. es la magnitud de corriente a la que sigue la actuación de la protección. I k.pred. es la corriente de cortocircuito en el punto final de la zona que abarca la acción del interruptor ubicado lejos de la fuente de energía. Kn.o. es el coeficiente de fiabilidad. Su valor depende de la dispersión de los parámetros.
La disposición ts.o.posled ≥ tk.pred. + ∆t muestra la selectividad en el caso de ajuste del interruptor automático por tiempo. ts.o.posled y tk.pred. son los intervalos de tiempo de disparo de los interruptores ubicados a gran distancia de la fuente de alimentación y los ubicados cerca. ∆t es un parámetro que se toma del catálogo y que indica el grado temporal de selectividad.
Mapa de selectividad y reglas para su creación
Las características tiempo-corriente de todos los dispositivos incluidos en el esquema de la red eléctrica se representan en el mapa de selectividad. El objetivo de su elaboración es garantizar al máximo la protección de los interruptores automáticos. La base de la protección de los interruptores es el principio por el cual los interruptores se conectan uno tras otro estrictamente en serie.
Existe una serie de reglas obligatorias al crear un mapa de selectividad:
- Las instalaciones deben tener una sola fuente de tensión.
- Todos los puntos de cálculo importantes deben estar bien visibles. Teniendo en cuenta este requisito, es necesario elegir la escala.
- En el mapa se indican las propiedades de protección, los parámetros mínimos y máximos de cortocircuito en los puntos del sistema.
A menudo se violan las normas de diseño y faltan mapas de selectividad en los proyectos. Esto puede provocar interrupciones en el suministro eléctrico de los consumidores.
El mapa proporciona una imagen completa de la coordinación de los ajustes. Ofrece la posibilidad de comparar el funcionamiento de los interruptores automáticos según una característica como la selectividad.
Las variedades tiempo-corriente de los ejes son la base no solo para la construcción de mapas de selectividad para la protección contra sobrecorriente en forma de interruptores automáticos, sino también para otros tipos de ella: fusibles, relés. Normalmente, un mapa contiene las características de 2-3 disyuntores. En el eje de abscisas se marca la magnitud de la corriente en kV, y en el eje de ordenadas, el tiempo en segundos.
Conclusiones y video útil sobre el tema
Problemas durante el funcionamiento de los interruptores automáticos y su solución:
El trazado del mapa de selectividad mediante un programa especial:
El uso confiable y seguro del cableado eléctrico no es posible sin tener en cuenta la selectividad de los interruptores automáticos. Conociendo los puntos fundamentales de la creación de protección selectiva, se puede realizar una selección adecuada del equipo para su proyecto técnico.
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