Autora: Celis Cedeño / Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas (CIES). FIIIDT.
Resumen
En el siguiente documento que estará estructura en dos partes se realizara el diseño de una importante protección eléctrica como lo es el supervisor trifásico el cual como su nombre lo indica supervisa el estado de las fases para en función de eso mandar a conectar o desconectar una carga. El diseño estará estructurado en varias etapas donde se estará describiendo cada una de ellas en detalle.
Las protecciones eléctricas tienen la función de constantemente hacer vigilancia, para la desconexión de equipos si llegara a ocurrir una falla, de manera que al momento de aparecer alguna se debe mandar la desactivación automática del equipo conectado, en el tiempo más pronto posible. Posterior a esto se debe verificar realmente cual fue el daño y en función de esto tomar decisiones en cuanto a reparaciones y desechar si la falla fue catastrófica.
Es importante acotar que para este diseño será únicamente para el chequea de que las 3 líneas estén operativas para el arranque del equipo y en caso de estar caída alguna mandara la desconexión para proteger el actuador.
Introducción:
En las instalaciones eléctricas industriales las protecciones eléctricas son tan importantes como el equipo en si (Harper, 2003). Ya que sin las mismas las cargas conectadas estarían completamente vulnerables ante fallas repentinas y en riesgo incluso de pérdidas millonarias de manera que ninguna empresa, industria y aun en los hogares debe tener conectado algún sistema sin una debida protección.
Un sistema de protección bien diseñado y adecuadamente coordinado es vital para asegurar que el sistema eléctrico de potencia opere dentro de los requerimientos y parámetros previstos. Al brindar seguridad a redes y equipos costosos también se está protegiendo a las personas y capital (Ramírez, 2003) de ahí la importancia de las protecciones eléctricas y en esto se debe ser muy conservador.
Aun en los hogares se debe proteger los equipos porque incluso los falsos contactos que produce un tornillo mal apretado, una conexión mal hecha o sucia puede producir un calentamiento excesivo lo que se traduce en resistencia por ley de Ohm lo cual baja la tensión y sube la corriente (Camarena, 2005) lo que generara una falla que puede causar daños, de manera que a la hora de ameritar la compra de un equipo de potencia para alguna función que se necesite bien sea en la industria o a nivel doméstico hay que pensar no solo en su adquisición sino también en que protección eléctrica es la más adecuada para su conservación y esto se debe hacer antes de conectar el equipo para poder garantizar que la inversión este protegida.
Dos de las razones más importantes del porque se deben proteger los equipos de potencia
- La luz eléctrica no es 100% fiable: Aunque las compañías eléctricas constantemente inviertan para la mejora del servicio, hay ciertos factores y perturbaciones que escapan de sus manos como lo son los factores ambientales como tormentas, inundaciones, algún accidente entre otras, cosas que hacen que no se posible fiarnos por completo y de allí la importancia de la protección de los equipos.
- La red eléctrica no es estable: la energía eléctrica puede estar por encima o por debajo de los niveles nominales, una causa frecuente es la constante demanda lo que causa que las líneas eléctricas se sobrecarguen generando fluctuaciones.
A medida que nos hemos introducido en el tema de las protecciones eléctricas se ha mencionado mucho la palabra falla la cual es importante que se aclare para la mejor comprensión de este documento. En este apartado se hablara un poco de este concepto y de algunas causas que podrían desencadenar algunas.
- Falla
Condición que impide continuar la operación de uno o más componentes de un sistema y requiere la rápida acción de los esquemas de protecciones para no dañar a los equipos (Figueroa 2020). Algunas causas que las ocasionan son:
- Cortocircuito
Es el que ocurre cuando dos puntos entre los cuales existe una diferencia de potencial hacen contacto entre sí, generando una de las fallas más peligrosas. En la figura 1 se muestra un cortocircuito en donde dos puntas con diferencia de potencial se han tocado, dicho contacto hace que la resistencia eléctrica baje hasta 0, lo que causa un aumento súbito y repentino de la corriente eléctrica y por ende un aumento de temperatura que derretirá cualquier aislante y fundirá el conductor. Las causa que producen esta falla son muy variadas pero la más común es por medio del desgaste de los cables que al vencerse hace que hagan contacto.
- Circuito abierto
Ocurre cuando al haber algún punto del circuito que no está conectado se produce una resistencia extremadamente alta, y el resultado es la falta de flujo de corriente en el circuito, no estando completo y careciendo de continuidad cortando así el flujo de corriente. Este fallo pudiera estar en la parte de alimentación o en el circuito de mando.
- Sobretensiones
Son cualquier valor de tensión entre la fase y tierra, cuyo valor pico, es mayor que la tensión máxima del sistema. Como se nota en la figura 3 la sobretensión es una onda que sobrepasa a la tensión nominal red generalmente ocurre en instantes pequeños pero es capaz de generar daños graves como por ejemplo que un motor se queme. En la figura 3 se muestra una gráfica de una sobretensión.
- Cortocircuito Línea a Tierra
Este cortocircuito es el más común, provocado cuando un conductor de fase energizado toca tierra. Este tipo de cortocircuito ocurre generalmente cuando se vence el aislamiento de una máquina y poco a poco comienza a circular pequeñas corrientes por la masa o carcasa hasta que llega un momento que se hace acentuada por la incidencia de factores como la humedad y algunas otras contaminaciones.
- Supervisor trifásico
Ya que se ha hablado de que es una falla y sus posibles causas nos enfocaremos ahora en la protección eléctrica que abordaremos en este documento, que es el supervisor trifásico el cual es un dispositivo electrónico utilizado para proteger equipos trifásicos contra las algunas de las fallas que ya se han mencionado, uno de sus principales objetivos de este dispositivo es la desconexión del equipo a la hora exista la caída de una de las tres líneas de alimentación, esto para asegurar que el equipo trabaje dentro de sus rangos nominales. En la figura 5 se muestran dos supervisores trifásicos comerciales.
En la figura 6 se muestra el esquema de conexión de un supervisor trifasico comercial, donde no se hace referencia al esquema circuital interno.
- Contra que protege el supervisor trifasico
- Alto/ bajo voltaje
- Desbalance de voltaje
- Perdida de una fase
- Secuencia invertida
- Desbalance de voltaje
Es un señalizador que expresa que tan distintas son los voltajes de un sistema trifásico entre sí. El desbalance de voltaje es expresado de forma porcentual, lo que se recomienda es que sea de 0% pero, un desbalance de 3% pudiera ser permitido. Este fenómeno ocurre cuando se adicionan nuevas cargas al sistema eléctrico.
En un sistema trifásicas las líneas L1, L2 y L3 deben desplazarse en el tiempo 120 grados para que pueda haber simetría de lo contrario el sistema estaría desbalanceado provocando aumento en la temperatura y generando problemas en los equipos. Ver figura 7 para mayor comprensión.
Secuencia invertida
En un sistema trifasico equlibrado cada fase esta a 120 grados fase A, B y C, BCA o CBA esto indica cual esta cambiado esto es importante porque hay ocasiones donde se amerita conocer la secuencia de fases a la hora de conectar una carga sobre todo cuando es un motor en donde es imprecindible respetar el sentido de giro uno de los metodos para determinar esto es por medio de un aparato llamado secuenciometro que dicta dicha secuencia. A veces la secuencia cambia cuando los angulos fasorialescambian bien sea desde la conexión del sistema que te suministra energia o de forma manual cuando alguien las cambia. En la figura 8 se muestra la toma de secuencias por un secuenciometro.
Para la segunda parte se explicara cada una de las etapas del diseño y como interactuan entre ellas, se trata de un diseño en cascada donde cada parte depende de la anterior y se ha estructurado en tres partes fundamentales que son la rectificacion cada linea, para luego de esto pasar por un circuito de digitalizacion y control que determinara si alguna linea eta caidao si todas estan operativas en donde si se esta en el primer escenario el sistema manda la desconexion del actuador o si esta en el segunda manda a su activacion.
Referencias
- Harper, E. (2003). Protecciones eléctricas. Limusa 2da edición
- Ramírez, S. (2003). Protecciones eléctricas. Universidad Nacional de Colombia Manizales
- Camarena, P. (2005). Manual de instalaciones eléctricas residenciales. Continental
- Figueroa, J. (agosto 2020). Protección de Sistemas Eléctricos. Instituto Politécnico Santiago Mariño, Barcelona, Venezuela.
- Grupo Navarro (agosto de 2020). Falla por cortocircuito [Figura]. Recuperado de: https://gruponavarro.pe/electricidad-domiciliaria/cortocircuito-electrico/
- Electrónica Unicrom (agosto de 2020). Falla por circuito abierto [Figura]. Recuperado de: https://www.pinterest.com.mx/pin/703757879242372746/
- Jemaelectro blog (Agosto de 2020). Falla por sobretensión [Figura]. Recuperado de: http://jemaelectro.blogspot.com/2016/02/que-es-una-sobretension-tipos-de.html
- E XXI (agosto de 2020). Cortocircuito por falla a tierra [Figura]. Recuperado de: http://www.e-xxi.com/index.php/blog/15-e-xxi-blog/94-lo-que-usted-debe-saber-acerca-de-la-falla-a-
- Onprotec (agosto de 2020). Supervisor trifásico [Figura]. Recuperado https://onprotec.com/shop/supervisor-trifasico-440-480v-gst-r440p/
- Genius (agosto de 2020). Esquema de conexión de supervisor tifasico [Figura]. Recuperado de: http://www.maresa.com/pdf/12%20reles%20electronicos%20supervision%20y%20control/p%2012-1_2_18_19%20supervisores%20trif%C3%A1sicos%20serie%20genius.pdf
- Contaval (agosto de 2020). Desbalance de voltaje [Figura]. Recuperado de: https://www.contaval.es/asimetria-fases-redes-trfasicas/
- Mediciones eléctricas (Agosto de 2020). Secuencia invertida [Figura]. Recuperado de: unac.edu.pe/documentos/organizacion/vri/cdcitra/Informes_Finales_Investigacion/Agosto
Contacto: cbcm1992@gmail.com