En este blog hablaremos de las funciones de protección que incrementan el nivel de energía incidente.
De acuerdo con el estándar IEEE 1584-2018 – IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations, una vez que han sido definidas las constantes físicas que definen las características de un tablero de distribución eléctrica (dimensiones físicas, compartimentación y arreglo de buses o barras), el nivel de energía incidente en ese tablero está definido por el nivel de falla sólida en el mismo (el nivel de falla con arqueo es una función de la falla sólida) y del tiempo de liberación de la falla con arqueo por la protección en el interruptor de acometida. En este blog veremos las funciones de protección en un interruptor de baja tensión, que al ajustarse de manera errónea incrementan el nivel de energía en el tablero que alimenta.
Cuando un sistema de baja tensión demanda más de 1000 KW, generalmente el tablero principal y la primera línea de tableros de fuerza o centros de control de motores son alimentados (o deberían) con interruptores de potencia que cuentan con unidades de disparo con funciones estándar de protección LSIG (Long, Short, Instantaneous y Ground [=] tiempo largo, tiempo corto, instantánea y falla a tierra).
En la figura siguiente se muestran las funciones de protección que integran la unidad de disparo. Cabe señalar que las funciones LSIG son para detectar sobrecargas y fallas de corto circuito, es decir son funciones de corriente y tiempo.
Las funciones de tiempo largo (long time pickup y long time delay) definen el arranque de la función de protección, son funciones relacionadas a corrientes de sobrecarga. Las funciones de protección contra sobrecarga no tienen efecto sobre el nivel de energía incidente.
Las funciones de tiempo corto (short time pickup y short time delay) se ajustan para desconectar fallas de corto circuito, la desconexión se realiza con tiempo de espera (short time delay) para permitir que operen los elementos de protección que están aguas abajo. Generalmente se ajustan para operar como mínimo a 2.5 veces la corriente nominal del circuito que protegen.
La función de operación instantánea (instantaneous pickup) se utiliza para desconectar fallas de corto circuito de manera instantánea, sin embargo, en el nivel en el que están ubicados estas protecciones en el sistema eléctrico, por lo general, está función está apagada para permitir que operen los elementos de protección que están “aguas abajo”, de acuerdo con lo anterior esta función al estar apagada, no afecta el nivel de energía incidente.
Las funciones de falla a tierra generalmente se ajustan a un porcentaje menor que la corriente nominal del circuito que alimentan, arrancan a operar entre un 20% y un 30% (ground fault pickup). El rango de este ajuste no tiene efecto en el tiempo de operación de esta función porque la falla a tierra es mucho muy mayor que el ajuste mínimo o pickup (escalón seleccionado ground fault delay).
Hay una tendencia en algunos analistas de protección en habilitar la función I2t de la función de protección de tiempo corto, cuando se habilita está función, se agrega tiempo de espera para interrumpir una falla con arqueo, incrementando la energía incidente en uno o dos niveles de riesgo, podemos pasar de categoría de riesgo 2 a categorías 3 o 4 (mayor riesgo para los electricistas y nivel de requerimiento de EPP), en Radthink hemos desarrollado más de cien estudios de protección eléctrica para sistemas industriales y una decena para sistemas de generación renovable solares y eólicos, y en ningún caso hemos requerido habilitar la función I2t.
Una posible explicación a este ajuste es que no se está realizando la memoria de cálculo correspondiente para la carga que se protege y se habilita la función I2t para “evitar” operaciones no deseadas de la unidad de disparo cuando se tienen arranques individuales del conjunto de cargas alimentadas por el interruptor.
La función I2t de tiempo corto puede usarse para la protección individual de motores de gran capacidad => 300 HP con arranque a tensión plena, esta función proporciona tiempo adicional para la corriente transitoria de arranque. En ningún otro caso se justifica la habilitación de esta función.
ESTÁNDARES DE REFERENCIA:
1. En México, NORMA Oficial Mexicana NOM-017-STPS-2008, Equipo de protección personal-selección, uso y manejo en los centros de trabajo.
2. NFPA 70E®: Standard for Electrical Safety in the Workplace®, 2018 Edition.
3. IEEE 1584-2018 – IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations.
4. IEEE Std 242-2001, IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems.
ACERCA DEL AUTOR:
Ing. Fernando Pérez Ross
Director de operaciones
Analista senior de sistemas eléctricos industriales.