Curvas de Disparo y Regulacion de Interruptores Automaticos

EATON INDUSTRIES (SPAIN), S.L. INFORME TECNICO: IT-EE08(11/11)

CURVAS DE DISPARO Y REGULACION DE INTERRUPTORES AUTOMATICOS

El propsito del presente informe es conocer las intensidades de falla que pueden producirse en un circuito de baja tensin y como un interruptor automtico magnetotrmico acta con el fin de proteger a la instalacin de esta corriente no deseada. Finalmente se describirn los tipos de ajuste para interruptores automticos y como comprobar las diferentes curvas de disparo para realizar selectividad en circuitos.

1. CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO Y CORRIENTE DE SOBRECARGA 2. INTERRUPTORES AUTOMATICOS CON PROTECCION MAGNETOTERMICA 3. APERTURA BRUSCA DE UN INTERRUPTOR CON PROTECCION MAGNETOTERMICA 4. SELECCION DE UN INTERRUPTOR CON PROTECCION MAGNETOTERMICA 5. CONCEPTO DE SELECTIVIDAD 6. CURVAS DE DISPARO DE AUTOMATICOS SIN POSIBILIDAD DE REGULACION 7. AJUSTES EN UN INTERRUPTOR AUTOMATICO REGULABLE 8. AJUSTES EN UN INTERRUPTOR CON REGULACION DE SOBRECARGA Y CORTOCIRCUITO EN TIEMPO Y MAGNITUD (SELECTIVIDAD CRONOMTRICA) 9. CURVE SELECT. SOFTWARE DE SIMULACION DE CURVAS DE DISPARO

1. CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO Y CORRIENTE DE SOBRECARGA

CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

Se produce cortocircuito cuando ocurre un cruce entre cualquiera de los conductores activos de una instalacin elctrica. Por tanto, un cortocircuito puede producirse entre fases o entre stas y el conductor de neutro, en el caso de tensiones alternas, o entre polaridades distintas en el caso de corriente directa o continua.

Estos cortocircuitos se suelen producir por diversos motivos, siendo el ms habitual el deterioro del elemento aislante de los conductores, producindose este deterioro por desgaste o corrosin por el medio. Tambin existen otros motivos, como la aparicin de un elemento no esperado o no previsto que provoca el paso de corriente entre conductores, tales como el agua o la aparicin de elementos conductores que son desplazados involuntariamente.

En el momento que se produce un cortocircuito, la resistencia de la carga de la instalacin queda reducida a la de los conductores que provocan dicho cortocircuito. Teniendo en cuenta que la intensidad que circular ser el resultado de dividir la tensin entre la carga, y que la carga, dependiendo de la longitud, grosor y material de los cables, pasa a ser prcticamente de unos cuantos ohmios e idealmente nula, tendremos una elevada intensidad circulando por los conductores.


La intensidad de cortocircuito vendr determinada principalmente por la capacidad generadora de la fuente de tensin que alimenta el circuito. En el caso de corriente alterna se debe de comprobar principalmente la intensidad mxima de cortocircuito del transformador que alimenta la instalacin. En cualquier caso, el valor de esta corriente suele ser lo suficientemente alto como para causar desperfectos que pueden ir desde la destruccin de algn elemento de la instalacin hasta incendios que pueden provocar grandes prdidas econmicas e incluso de vidas humanas.

CORRIENTE DE SOBRECARGA

Se dice que una corriente es de sobrecarga o de sobreintensidad cuando sobrepasa el valor nominal o de trabajo que est fijado. Dicho valor de trabajo viene fijado por la corriente nominal de consumo de las cargas asignadas.

Las causas de una sobreintensidad suelen producirse por incidencias puntuales o averas que en un determinado periodo de tiempo, acaban produciendo un sobreconsumo de corriente. Entre las incidencias ms habituales encontraremos motores que son expuestos a un esfuerzo excesivo, instalaciones a las que se le conectan elementos de un consumo mayor al previsto en su diseo inicial o simplemente un dimensionamiento errneo del tamao de los conductores que deriva en un sobrecalentamiento de los mismos.

Protegiendo cualquier circuito ante la aparicin de una sobrecarga, alargamos la vida de los conductores y del resto de los elementos que componen la instalacin, adems de prevenir la aparicin de desperfectos que pueden causar daos materiales que a su vez pueden ocasionar otros problemas ms serios.

2. INTERRUPTORES AUTOMATICOS CON PROTECCION MAGNETOTERMICA

Un interruptor automtico con proteccin magnetotrmica es aquel que es capaz de interrumpir el paso de corriente elctrica cuando detecta un fallo por sobreintensidad o cortocircuito. A diferencia de un fusible, este tipo de interruptores son rearmables y pueden volver al trabajo una vez que se disparan.

La manera de detectar las anomalas por sobreintensidad o cortocircuito han ido evolucionando con el paso del tiempo a operaciones de tipo electrnico, pero an hoy los principios de funcionamiento y deteccin de este tipo de anomalas siguen siendo vlidos.


- En el caso de disparo por sobreintensidad, el interruptor magnetotrmico trabaja segn el efecto joule. Segn este efecto, el interruptor identificar el paso de corriente mediante la alteracin de la forma de un elemento bimetlico al cambio de temperatura. A ms temperatura, mayor deformacin del elemento.

- En el caso del disparo por cortocircuito, la deteccin se basar en el uso de un electroimn. Al detectar un paso excesivo de corriente, el electroimn mover un parte mvil que disparar el interruptor y abrir los contactos protegiendo a la instalacin del paso de esta corriente.

Los valores de estas protecciones en los interruptores automticos pueden ser fijos o variables.

- En el caso de que sean fijos, la intensidad de empleo (In) del interruptor fijar tambin el valor de la intensidad de sobrecarga. En lo que respecta a la intensidad de cortocircuito del aparato, esta suele estar ligada a un nmero determinado de veces la intensidad de empleo del aparato. En el mercado existen de manera estandar unos tipos de curvas que marcan los valores de disparo por cortocircuito:

- Curva B : 3 - 5 x In - Curva C : 5 - 10 x In - Curva D : 10 - 20 x In - Curva K : 8 - 12 x In - Curva S : 13 - 17 x In - Curva Z : 2 - 3 x In

- En el caso de regulacin variable del interruptor, se podr fijar el valor de intensidad de sobrecarga t cortocircuito. La intensidad por cortocircuito, ser en este caso, determinada por un nmero de veces la intensidad de sobrecarga que hayamos regulado. Este nmero de veces podr ser regulado o fijo dependiendo del modelo de interruptor escogido. Existen en el mercado interruptores que pueden ser totalmente regulables, es decir que podemos ajustar ambos parmetros, o aquellos en los que nicamente uno de los dos puede serlo.

A continuacin se detallan algunas definiciones respecto a la nomenclatura que se pueden encontrar en cualquier hoja de caractersticas de un interruptor automtico.

Ie Intensidad de empleo Puede darse en valores de AC-1, AC-3, etc.. y para diferentes valores de tensin Iu Intensidad asignada ininterrumpida Icm Poder asignado de cierre en cortocircuito Icu Poder asignado al segundo cortocircuito segn IEC/EN 60947 Ics Poder asignado al tercer cortocircuito segn IEC/EN 60947 Icw Intensidad asignada de corta duracin admisible. Suele darse para varios valores de tiempo. Ir Intensidad de regulacin por sobrecarga Ii Intensidad de cortocircuito instantneo


En la pgina se muestra una tabla con distintos elementos de proteccin. La tabla se confecciona con aparatos de la gama de interruptores magnetotrmicos y automticos de EATON Industries (Spain), S.L.

Sobrecarga: Tambin conocido como ajuste trmico o tipo de proteccin L. Este valor es fijado en funcin de la intensidad de empleo del aparato. Para realizar selectividad parcial o total deberemos de conocer las curvas caractersticas de disparo de cada aparato.

Cortocircuito: Es el valor al cual disparar el interruptor al circular una alta corriente provocada por un cortocircuito. Este valor puede ser instantneo (tipo I) o retardado (tipo S). Para realizar selectividad total utilizaremos el ajustable por tiempo, de manera que no se solapen las diferentes curvas de los interruptores que intervienen. Para realizar selectividad total o parcial ser necesario conocer las curvas caractersticas de disparo de cada aparato.

3. APERTURA BRUSCA DE UN INTERRUPTOR CON PROTECCION MAGNETOTERMICA

La principal caracterstica en la construccin de un interruptor magnetotrmico es la capacidad de apertura de sus contactos ante un cortocircuito. Esta capacidad de apertura est determinada tanto por la velocidad de la misma, como por la temperatura que es capaz de disipar.

En el momento de la deteccin del cortocircuito, el mecanismo de disparo del interruptor intentar abrir el circuito empujando hacia la apertura los dedos que forman los contactos. Es en ese momento cuando aparece la primera dificultad, la elevada corriente que circula en ese instante crear un campo magntico que intentar mantener los contactos en posicin esttica. Si el interruptor es apropiado para la corriente de cortocircuito que est circulando en ese momento, el mecanismo de disparo no tendr problemas en vencer el campo magntico y abrir los contactos, pero entonces aparecer la segunda dificultad a vencer. La ruptura brusca del paso de corriente y por tanto del campo magntico generado, terminar por ionizar el aire existente entre las dos superficies que antes estaban en contacto creando un arco de energa. El interruptor deber ser capaz, tanto de disipar esa energa, como de soportar la chispa generada sin daos y extinguindola lo antes posible.


4. SELECCION DE UN INTERRUPTOR CON PROTECCION MAGNETOTERMICA

A la hora de seleccionar un interruptor automtico, han de ser tenidos en cuenta varios aspectos tales como:

- los valores nominales de tensin y de corriente a la que trabajar. - El tipo de tensin, es decir alterna o continua. - La normativa vigente en el pas donde se instalar el aparato. - La mxima intensidad de cortocircuito a la que deber hacer frente. - La interaccin con otros elementos en la instalacin.

El lo que respecta a los tres primeros puntos indicados, no suele haber mayor complicacin y los valores son sencillos de obtener ya que son inherentes a cualquier trabajo elctrico en una instalacin.

Uno de los principales obstculos al escoger un interruptor automtico, es determinar el poder de corte del mismo, y para escoger este poder de corte deberemos conocer la intensidad mxima de cortocircuito que circular en el punto donde se instalar el interruptor. Como ya se ha dicho anteriormente, la intensidad de cortocircuito viene determinada principalmente por la fuente generadora de tensin, pero existen otros condicionantes como la cantidad de conductores y la longitud y seccin de los mismos hasta el lugar donde el interruptor magnetotrmico ser conectado. Todos estos parmetros no son difciles de obtener cuando se comienza una instalacin y se trabaja sobre un proyecto, pero la dificultad aumenta cuando hablamos de emplazar nueva maquinaria o instalaciones a medida en lugares donde ciertos datos tcnicos son difciles de localizar.

Otro de los aspectos al que hay que se debe de prestar especial atencin es a la interaccin de los interruptores magnetotrmicos entre s. Es decir, la selectividad.

5. CONCEPTO DE SELECTIVIDAD

Decimos que en un instalacin existe selectividad cuando los diferentes elementos de proteccin se combinan entre si para obtener un mejor aprovechamiento de la energa elctrica. Esto quiere decir que en el caso de eventuales incidencias en la instalacin, los componentes de proteccin aislarn el fallo mediante la apertura del interruptor ms prximo a dicho defecto, de manera que este defecto no provoque la interrupcin del suministro continuo de energa al resto de los componentes de la instalacin.

Existen dos tipos de selectividad.

- PARCIAL: Es la que se produce entre un determinado rango de valores. Es decir, se produce selectividad parcial entre 2 interruptores cuando ms all de cierto valor de sobreintensidad no se puede asegurar selectividad.

- TOTAL: Es la que asegura la selectividad en todo el rango de proteccin de los interruptores. Es decir, se produce selectividad total entre 2 interruptores cuando ante una sobreintensidad el interruptor ms prximo al defecto garantiza su apertura antes de que lo haga el inmediatamente superior.


Existen varias tcnicas para conseguir selectividad. A continuacin se describen las dos ms usuales.

1. Selectividad amperimtrica: Es la tcnica que consiste en ajustar los interruptores automticos con distintos valores de disparo por intensidad de cortocircuito. Esta tcnica tiene en cuenta que los valores ms elevados de sobreintensidad se producirn ms cerca del punto de defecto.

2. Selectividad cronomtrica: Con esta tcnica lo que hacemos es tener en cuenta tanto los valores de ajuste en intensidad como un tiempo de retardo tras el cual se producir la apertura del interruptor..

En cuanto a las principales ventajas y desventajas de cada una de estas dos tcnicas podramos decir, que si bien la amperimtrica es ms rpida que la cronomtrica en cuanto a tiempo de ejecucin (recordar que en la cronomtrica actuamos con tiempos de retardo), sta ltima suele garantizar selectividad total y acostumbra a reducir los costes de la instalacin debido a que no tenemos que adquirir elementos de cada vez ms calibre.

Existen otras tcnicas para realizar selectividad, tales como la selectividad de ZONA. En este caso los diferentes interruptores se combinan entre si mediante lecturas de intensidad en los mismos. En cuanto en alguna de esas lecturas se detecta una corriente de falla, uno o varias elementos de lgica programable abrirn el interruptor ms adecuado con el fin de mantener el mximo de elementos

Tanto si se decide efectuar una selectividad amperimtrica como si se opta por la cronomtrica, la eleccin de los interruptores y su ajuste ser determinante en el xito de nuestro propsito. En captulos sucesivos se describe como realizar el ajuste apropiado para 2 interruptores.

6. CURVAS DE DISPARO DE AUTOMATICOS SIN POSIBILIDAD DE REGULACION.

Para los casos que los interruptores tengan fijos los valores de disparo por sobrecarga y cortocircuito, se debern identificar las curvas de disparo caractersticas. A continuacin se pueden observar algunos ejemplos de estas curvas.

En el eje horizontal se representan los valores de corriente y en el eje vertical el tiempo. Es decir, que conociendo el valor de intensidad podremos saber fcilmente cuanto tiempo tardar en disparar el interruptor.


Las curvas representan en su parte alta los valores de disparo por sobrecarga. Siendo el valor de intensidad nominal de empleo el valor al que nunca llegar dicha curva y que el interruptor trabajar sin problemas. La parte baja de la curva sera la implicada en la actuacin de proteccin magnetotrmica o por cortocircuito.

7. AJUSTES EN UN INTERRUPTOR AUTOMATICO REGULABLE

A continuacin pasaremos a describir el ajuste de un interruptor con el disparador por sobrecarga y cortocircuito (trmica y magntica) regulables. Para ello tomaremos como ejemplo un interruptor magnetotrmico en caja moldeada de la gama NZM.

Como se aprecia en el grfico, en la unidad de disparo del interruptor, encontramos 2 ruletas de ajuste. A la izquierda ajustaremos el valor de intensidad de sobrecarga, es decir la parte alta de la curva de disparo, y en la ruleta de la derecha el ajuste ser para el disparo por cortocircuito, es decir la parte baja de la curva.

A continuacin se realizar un ejemplo prctico para desarrollar las curvas de disparo de un interruptor automtico. En este caso se escoge un interruptor automtico de 200A el cual ser regulable por sobrecarga entre 160 y 200 A. y por cortocircuito entre 1200 y 2000 A.

Dejando la regulacin del magntico fijo (cortocircuito-ruleta de la derecha), y nicamente se ajustar la ruleta de los valores de sobrecarga, la grfica resultante sera la mostrada en la pgina siguiente:


Curvas de disparo

1ms

2ms

5ms

10ms

20ms

50ms

100ms

200ms

500ms

1s

2s

5s

10s

20s

1min

2min

5min

10min

20min

1h

2h

100k70k50k40k30k25k20k15k12k10k7k5k4k3k2,5k2k1,5k1 1,2 1,5 2 2,5 3 4 5 7 10 12 15 20 25 30 40 50 70 100120 150 200 250300 400 500 700 1k 1,2k

Ii = 1200 A

Ir = 200A

In = 200A

A200

NZMB2 -

NZM

Ii = 1600 A

Ir = 200A

In = 200A

A200

NZMB2 -

NZM

Ii = 2000 A

Ir = 200A

In = 200A

A200

NZMB2 -

NZM

Empresa: Instalacin:

Edicin: Fecha:

Red: 3/5/2010400 V / 50 Hz

Indicaciones generales:

Moeller CurveSelect V 1.06

Intensidad de disparo [A]

Tiem

po de

di

spar

o

En este sentido, se excluye toda responsabilidad.exactitud de esta informacin. Moeller no se responsabiliza en ningn caso de la

En cambio, si se deja fija la ruleta de ajuste del valor de sobrecarga a 200A y se ajusta con distintos valores la intensidad de proteccin por cortocircuito, la grfica resultante ser la siguiente:

En las grficas anteriores puede verse como cambia la parte de arriba (curva trmica) y la parte de abajo (curva magntica) dependiendo de su ajuste. En ambos casos podemos ver en cuanto tiempo (representado en el eje vertical de la grfica) saltar el interruptor en funcin de la intensidad (eje horizontal de la grfica).

Curvas de disparo

1ms

2ms

5ms

10ms

20ms

50ms

100ms

200ms

500ms

1s

2s

5s

10s

20s

1min

2min

5min

10min

20min

1h

2h


Ii = 2000 A

Ir = 160A

In = 200A

A200

NZMB2 -

NZM

Ii = 2000 A

Ir = 180A

In = 200A

A200

NZMB2 -

NZM

Ii = 2000 A

Ir = 200A

In = 200A

A200

NZMB2 -

NZM


Edicin: Fecha:

Red: 3/5/2010400 V / 50 Hz




Tiem

po de

di

spar

o



A continuacin se muestra un ejemplo de selectividad total entre un interruptor de 250A (con ajuste trmico a 200A y magntico a 2500A) combinado con uno de 125A (con ajuste trmico a 125A y magnetotrmico a 1000A).

En este ejemplo prctico vemos como las dos curvas de disparo no llegan a interponerse la una con la otra y de esta manera se garantiza que el interruptor de calibre ms pequeo, ante una falla, actuar antes que el de mayor calibre.

En el caso de instalaciones tpicas en distribucin de energa, este tipo de interruptores suelen proporcionar una buena selectividad, incluso combinndose con pequeos interruptores automticos.

8. AJUSTES EN UN INTERRUPTOR CON REGULACION DE SOBRECARGA Y CORTOCIRCUITO EN TIEMPO Y MAGNITUD

Si en el caso anterior disponamos nicamente de 2 ajustes, en los interruptores de tipo selectivo dispondremos de 4 o 5 ruletas de ajuste dependiendo del modelo de interruptor que escojamos.

A continuacin se representan los ajustes principales que servirn para modificar las caractersticas de disparo de nuestro interruptor:

Curvas de disparo

1ms

2ms

5ms

10ms

20ms

50ms

100ms

200ms

500ms

1s

2s

5s

10s

20s

1min

2min

5min

10min

20min

1h

2h


Ii = 2500 A

Ir = 220A

In = 250A

A250

NZMB2 -

NZM


Edicin: Fecha:

Red: 3/5/2010400 V / 50 Hz

Ii = 1000A

Ir = 125A

In = 125A

A125

NZMB1 -

NZM1




Tiem

po de

di

spar

o



Este ajuste corresponde al valor de trmico o sobrecarga. Es decir, la parte alta de la curva de disparo. El valor que se fija en la ruleta multiplicar al valor de intensidad nominal del interruptor.

EJEMPLO:

Un interruptor de 400 A con ajuste a 0,9 resultar calibrado a 360 A.

Este ajuste corresponde al valor del magntico instantneo. Es decir, el valor al cual saltar de manera instantnea (y no temporizable) en el caso de cortocircuito.

EJEMPLO:

En el anterior ejemplo, con el trmico regulado a 360A y con un ajuste de 10, se tendr que: 360A x 10 =3600A

Con el siguiente ajuste se consigue temporizar la curva de disparo.

EJEMPLO:

Si seguimos con el caso anterior, es decir, un interruptor ajustado a 360 A. Al regular a un valor de 10, tendremos lo siguiente: 360 x 6 = 2160 A // Con un consumo de 2160 A disparar a los 10 seg.

Este tiempo ser el retardo del disparador magntico que ser funcin del ajuste que se ha realizado previamente.

EJEMPLO:

Si ajustamos a 500 ms, el valor del disparador magnetotrmico ser de 2880A a partir de esos 500ms despus del comienzo de paso de corriente.

Este ajuste corresponde al valor de regulacin magntica que ser temporizado.

EJEMPLO:

Con el trmico regulado a 360A y con un ajuste de 8, se tendr que: 360A x 8 = 2880 A


A continuacin se representa la grfica resultante de los ajustes realizados en el ejemplo:

Como se puede apreciar la grfica resultante adquiere una forma distinta a las que se ha visto en los interruptores sin regulacin de tiempo. En el grfico siguiente se puede apreciar la misma grfica pero aadiendo un interruptor del mismo calibre pero con diferentes ajustes, comprobando de esta forma la flexibilidad en trminos de regulacin de este tipo de interruptores.

Curvas de disparoNZM

NZMN3 -

VE400

In = 400A

Ir = 0,9 x In

tr = 10s

Isd = 6 x Ir

tsd = 500ms

It = Off

Ii = 9 x InIi = 8 x In

It = Off

tsd = 200ms

Isd = 5 x Ir

tr = 6s

Ir = 0,9 x In

In = 400A

VE400

NZMN3 -

nzm

1ms

2ms

5ms

10ms

20ms

50ms

100ms

200ms

500ms

1s

2s

5s

10s

20s

1min

2min

5min

10min

20min

1h

2h



Edicin: Fecha:

Red: 3/5/2010400 V / 50 Hz




Tiem

po de

di

spar

o


Curvas de disparoNZM

NZMN3 -

VE400

In = 400A

Ir = 0,9 x In

tr = 10s

Isd = 6 x Ir

tsd = 200ms

It = Off

Ii = 8 x In

1ms

2ms

5ms

10ms

20ms

50ms

100ms

200ms

500ms

1s

2s

5s

10s

20s

1min

2min

5min

10min

20min

1h

2h



Edicin: Fecha:

Red:

NUFRI

3/5/2010400 V / 50 Hz




Tiem

po de

di

spar

o



9. CURVE SELECT. SOFTWARE DE SIMULACION DE CURVAS DE DISPARO

Los siguientes elementos de proteccin pueden ser simulados mediante software:

- Interruptores automticos tipo NZM - Interruptores de bastidor abierto de la gama IZMX16 - Interruptores de bastidor abierto de la gama IZM26 - Proteccin para motor tipo PKE - Proteccin para motor tipo PKZ - Proteccin para motor tipo ZB - FUSIBLES NH - CURVAS ESTANDAR B, C, D, K, S

El programa se puede configurar en idioma espaol y dispone de un amplio men de ayuda. Para escoger el idioma espaol habr que escribir Es en la pgina de configuracin.

Una vez escogido el idioma Es, ser necesario rellenar los campos de tensin nominal (generalmente 400 VAC) y de frecuencia de red (50 Hz).


A continuacin se pasar directamente a escoger en cualquiera de las pestaas el tipo de elemento de proteccin del que queramos simular la curva.

Como ejemplo se realizar la simulacin de un interruptor NZM. Para ello se selecciona la pestaa NZM (tamao 1, 2, 3 4) y se rellenan los datos de ajuste.

Una vez rellenados los datos que se solicitan, la curva caracterstica del interruptor aparecer en la pestaa de presentacin de curvas (KennlinienCurves).

Mediante el programa se podrn simular las curvas de disparao de varios elementos de proteccin al mismo tiempo. De esta manera se tendr una apreciacin de manera sencilla y precisa de todos los detalles, en cuanto a proteccin se refiere, del circuito diseado. El programa tambin ser til para determinar el tipo de interruptor que se debe escoger al tratar de proteger instalaciones con motores o cualquier carga que requiera especial atencin o simplemente para tratar de corregir defectos existentes en instalaciones con un mal diseo de origen.

Para consultar sobre este programa u obtener ms informacin a este respecto no dude en consultar al departamento de soporte de producto de Eaton Espaa:

Eaton Industries (Spain), S.L. [email protected]

Documents

Curvas de Disparo y Regulacion de Interruptores Automaticos