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5/21/2018 Inst Indutriales 4

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INSTALACIONES INDUSTRIALES

Docente

Ing. Mary Barrionuevo Prado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCOFACULTAD DE ING. ELECTRICA, ELECTRONICA, MECANICA Y MINAS

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA ELECTRICA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA


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CUARTA UNIDAD DE TRABAJO

SOBRECORRIENTES EN LAS INSTALACIONESELECTRICAS INDUSTRIALES

OBJETIVO: Capacitar al estudiante en las tcnicas deanlisis y clculos apropiados para determinar las sobrecorrientes por sobrecargas o cortocircuitos para laseleccin de los dispositivos de proteccin ycoordinacin respectiva

4.1. Introduccin4.2. Anlisis de las corrientes de cortocircuito

4.3. Dispositivos de proteccin4.4. Mtodo de clculo de las corrientes de cortocircuito4.5. Seleccin de la proteccin4.6. Coordinacin de proteccin4.7. Prctica Dirigida


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4.1. INTRODUCCIN

Para finalizar el diseo de una instalacin de consumo

es importante analizar cmo responde antecortocircuitos.

El cortocircuito se define como una conexin derelativamente baja resistencia o impedancia, entre dos o

ms puntos de un circuito que estn normalmente atensiones diferentes.

Las corrientes de cortocircuitos se caracterizan por unincremento prcticamente instantneo y varias veces

superior a la corriente nominal, en contraste con las deuna sobrecarga que se caracteriza por un incrementomantenido en un intervalo de tiempo y algo mayor a lacorriente nominal.


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NORMA DGETERMINOLOGIA EN ELECTRICIDAD

PARTE II EQUIPAMIENTO ELECTRICO SECCION 12 DISPOSITIVOS DE CONTROL Y

MANIOBRA (APARAMENTA) Y FUSIBLES


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El cortocircuito es una conexin de poca impedancia entredos puntos entre los que existe una diferencia de potencial,dando lugar a una corriente de intensidad muy elevada.


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Los sistemas elctricos de potencia en plantasindustriales, centros comerciales y grandes edificios sedeben planificar, disear para que tengan unaoperacin confiable y segura.

El objetivo de estos sistemas, es el alimentar cargas enforma ininterrumpida con todos los aspectos decalidad en la corriente elctrica.

Para evaluar dicha operacin se realizan estudiostpicos como son: flujos de potencia, estabilidad,coordinacin de protecciones, clculo de cortocircuito,entre otros.

La determinacin de las corrientes de cortocircuito esfundamental, pues a partir de las mismas se elabora eldiseo de proteccin, las caractersticas de los equiposde proteccin, coordinacin, diseo de las redes detierra, etc.


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El estudio de clculo de cortocircuito es importante paraevitar las fallas o en todo caso minimizarlas, por tanto sedebe tener un control de los cortocircuitos ya que estos

provocaran interrupciones en el servicio con laconsecuencia de perdidas de tiempo, riesgos de daosmateriales y de personas.

Para superar rpidamente estas fallas se utilizan

dispositivos de proteccin como son los fusibles einterruptores.

La duracin del cortocircuito es el tiempo en segundos ociclos durante el cual, la corriente de cortocircuito circula

por el sistema.Los valores pico de estas corrientes estn comprendidosentre 10 a 100 veces la corriente nominal del puntodonde se da la falla.


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Las corrientes de cortocircuito son muy superiores alas corrientes de carga en condiciones normales de

servicio, y producen esfuerzos trmicos yelectrodinmicos muy importantes sobre los distintoscomponentes de las instalaciones, pudiendo provocardaos irreparables sobre los componentes de las

instalaciones sino son eliminadas rpidamente.Para el diseo de una instalacin y elegiradecuadamente los dispositivos de proteccin se debeconocer las corrientes de cortocircuito mximas ymnimas en los distintos niveles.


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CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO MXIMAS

Estas corrientes corresponden a un cortocircuito en losbornes de salida del dispositivo de proteccin,considerando la configuracin de la red y al tipo decortocircuito de mayor aporte. En general, en las

instalaciones de baja tensin el tipo de cortocircuito demayor aporte es el trifsico.

Estas corrientes se utilizan para determinar:

- El Poder de Corte y de Cierre de los interruptores.

- Los esfuerzos trmicos y electrodinmicos en loscomponentes.


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CORTOCIRCUITO MNIMAS

Estas corrientes corresponden a un cortocircuito en elextremo del circuito protegido, considerando laconfiguracin de la red y al tipo de cortocircuito demenor aporte. En las instalaciones de baja tensin los

tipos de cortocircuito de menor aporte son el fase-neutro (circuitos con neutro) o entre dos fases(circuitos sin neutro).

Estas corrientes se utilizan para determinar:

- El ajuste de los dispositivos de proteccin para laproteccin de los conductores frente a cortocircuito.


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Por ltimo las corrientes de cortocircuito fase-tierra, seutilizan para elegir los dispositivos de proteccin contralos contactos elctricos indirectos, y para disear losconductores de tierra de proteccin.


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ORIGEN DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO

- Factores mecnicos: rotura de conductores, conexinelctrica accidental entre dos conductores producidapor un objeto conductor extrao, como herramientas oanimales

- Sobretensiones elctricas de origen interno oatmosfrico

- La degradacin del aislamiento provocada por elcalor, la humedad, acumulacin de polvo o unambiente corrosivo

- Errores humanos

- Otras causas desconocidas


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OCURRENCIAS DURANTE EL CORTOCIRCUITO

En el punto de falla se puede presentar un fenmeno de

arco elctrico o fusin de los metales mismos. Las corrientes de cortocircuito circulan de las fuentes

(alimentacin de la red y maquinas rotatorias) hacia elpunto de la falla.

Todas las componentes de la instalacin por dondecirculan las corrientes de cortocircuito se ven sujetas aesfuerzos trmicos y dinmicos, estos varan con elcuadrado de la corriente y de su duracin.

Las cadas de tensin en el sistema estn en proporcin

a la magnitud de las corrientes de cortocircuito. La cadade tensin mxima se presenta en el punto deocurrencia de la falla. (es prcticamente cero para elvalor mximo de falla)


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CONSECUENCIAS DE LOS CORTOCIRCUITOS

Depende de la naturaleza y duracin de los defectos, delpunto de la instalacin afectado y de la magnitud de la

intensidad:segn el lugar del defecto, la presencia de un arcopuede:

degradar los aislantes,

fundir los conductores, provocar un incendio o representar un peligro paralas personas.

segn el circuito afectado, pueden presentarse:

sobreesfuerzos electrodinmicos, con:deformacin de los JdB (juegos de barras),arrancado o desprendimiento de los cables;

sobrecalentamiento debido al aumento de prdidas por

efecto Joule, con riesgo de deterioro de los aislantes


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Explicando estos efectos:

TRMICOS:La corriente muy elevada produce calentamiento de losconductores por efecto Joule.

En el cortocircuito, por su pequea duracin, el calor

producido se utiliza exclusivamente en elevar latemperatura del conductor (que alcanza su temperaturamxima admisible en milisegundos) sin ceder calor alexterior, provocando la destruccin del conductor.


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ELECTRODINMICOS:

Las fuerzas de atraccin o repulsin que aparecenentre conductores por efecto del campo magnticocreado a su alrededor por la corriente que los recorre,son directamente proporcionales al producto de esascorrientes e inversamente proporcionales a la distanciaentre conductores.

Las corrientes de cortocircuito, de valor muy elevado,hacen que estas fuerzas electrodinmicas seantambin muy elevadas, pudiendo destruir las barras deconexin.

Las corrientes de corto circuito tambin generanperturbaciones de orden mecnico, afectandoprincipalmente en las barras, llaves y conductores,ocasionando rupturas de los apoyos y deformacin enla estructura de los tableros.


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OTRAS CONSECUENCIAS

Para los otros circuitos elctricos de la red afectada o deredes prximas:

bajadas de tensin durante el tiempo de laeliminacin del defecto, de algunos milisegundos avarias centenas de milisegundos

desconexin de una parte ms o menosimportante de la instalacin, segn el esquema y laselectividad de sus protecciones

inestabilidad dinmica y/o prdida de sincronismode las mquinas

perturbaciones en los circuitos de mando y control

etc.


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RESULTADOS OBTENIDOS DEL CLCULO DECORTOCIRCUITO

La corriente en los diferentes componentes del

sistema. Las tensiones despus de la falla en todas las

barras del sistema elctrico.

Cualquier instalacin elctrica debe de estar protegida

contra los cortocircuitos y esto, salvo excepcin, encada punto que se presenta una discontinuidadelctrica, lo que corresponde casi siempre con uncambio de seccin de los conductores.

La intensidad de la corriente de cortocircuito debe

calcularse para cada uno de los diversos niveles de lainstalacin para poder determinar las caractersticas delos componentes que debern soportar o cortar lacorriente de defecto.


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4.2 ANLISIS DE LAS CORRIENTES DECORTOCIRCUITO

La principales caractersticas de loscortocircuitos son:

Por su duracin:subtransitorio, transitorio, permanente,

Por su localizacin:

dentro o fuera de una mquina o untablero elctrico.


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FORMAS DE ONDA DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO

a) Corriente Simtrica de Corto Circuito Es aquella en que su componente senoidal de la

corriente se forma simtricamente en relacin al eje dela corriente. Esta forma de onda es caracterstica de las

corrientes de corto circuito permanente, se utiliza en losclculos para determinar la capacidad que debe poseerlos equipos para soportar los efectos trmicos.


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b) Corriente Asimtrica deCorto Circuito

La componente senoidalse forma de maneraasimtrica con respecto aleje de la corriente, puedeasumir las siguientescaractersticas, (verfigura).

En este caso en losprimeros instantes de lafalla la corriente de corto

circuito asume la formaasimtrica paraenseguida adquirir laforma simtrica debido alos efectos atenuante


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La corriente de corto circuito asimtrica presenta 2componentes:

Componente alterna simtrica Componente continua

Adems en un corto circuito se puede observar los

siguientes componentes: Corriente alterna de corto circuito simtrico

Corriente eficaz inicial de corto circuito (Icis)

Corriente eficaz de corto circuito simtrico permanente

(Ics) Impulso de la corriente de corto circuito (Icim)

Potencia de corto circuito simtrico (Pcs)


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Adems en un corto circuito se puede observar lossiguientes componentes:Corriente alterna de corto circuito simtricoCorriente eficaz inicial de corto circuito (Icis)Corriente eficaz de corto circuito simtrico permanente (Ics)Impulso de la corriente de corto circuito (Icim)Potencia de corto circuito simtrico (Pcs)


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FUENTES DE LAS CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

Para evaluar la corriente de cortocircuito de un sistema

de potencia es necesario identificar los diferentesequipos que van a contribuir a la corriente de falla. Alproducirse un cortocircuito, las corrientes defrecuencia fundamental que circulan por el sistema dedistribucin, provienen del sistema de transmisin y delas mquinas elctricas conectadas.

Hay que tener presente que los condensadoresutilizados para compensar reactivos, generancorrientes de falla que pueden llegar a tener unaamplitud elevada, pero su frecuencia de descarga esalta, razn por la cual el tiempo de permanencia en elsistema de distribucin es bajo y no se consideran enel clculo de cortocircuitos.

Las principales fuentes que contribuyen a aumentarlas corrientes de cortocircuito son las siguientes:


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a) Los generadores

b) Los motores sncronosc) Los motores de induccin

d) La compaa suministradora de energa


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a) Generador sincrnico.

Si se produce un cortocircuito en algn punto delsistema, al cual esta conectado, el generador se

comporta de la siguiente manera: La corriente de estator generada tiene la forma de una

seal sinusoidal amortiguada pero de frecuencia fija. Como el generador despus del cortocircuito sigue

recibiendo potencia por su eje mecnico, y el circuito de

campo se mantiene excitado con corriente continua, latensin inducida se mantiene constante. La corriente en el devanado estator alcanza grandes

magnitudes al punto del cortocircuito, permanece hastaalcanzar estado estacionario o ser despejada por el

sistema de protecciones. El valor de esta corriente se encuentra limitada por laimpedancia del generador y la del circuito entre la falla yel generador.


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El circuito equivalente del generador al ocurrir unafalla en sus terminales queda representado por unafuente de voltaje alterno de valor 1 p.u constante,

conectada en serie a una impedancia principalmentereactiva,

Para efecto de calcular las corrientes de cortocircuitoen sistemas industriales, las normas respectivas handefinido tres nombres y valores especficos para lareactancia. Estas son:


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Reactancia subtransitoria (Xd): Limita la amplitud de la

corriente de falla en el primer ciclo despus de ocurrido elcortocircuito. Esta se define como el valor de reactanciade estator en el intervalo de tiempo transcurrido entre elinstante en que se produce la falla y 0.1 segundos.

Reactancia transitoria (Xd): Limita la corriente de falladespus de varios ciclos de producido el cortocircuito. Sedefine como la reactancia que presenta el generador enel intervalo de tiempo transcurrido entre 0.5 a 2

segundos.

Reactancia sincrnica (Xd ): Limita la amplitud de lacorriente de falla una vez que se ha alcanzado estadoestacionario.


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b) Motores y condensadores sincrnicos.

La corriente de cortocircuito generada por un motor

sincrnico puede llegar a tener la misma amplitud quela aportada por un generador sincrnico.

Al producirse un cortocircuito en la barra dealimentacin de un motor sincrnico, la tensin delsistema disminuye reduciendo el flujo de potencia

activa que entrega al motor. Al mismo tiempo, la tensininducida hace que se invierta el sentido de giro de lacorriente de estator, circulando por lo tanto desde elmotor hacia el punto de falla. La inercia tanto del motorcomo de la carga, junto a la mantencin de la corriente

de campo, hace que el motor se comporte como ungenerador aportando corriente al cortocircuito.

La corriente de cortocircuito aportada por el motordisminuye su amplitud conforme el campo magnticoen el entrehierro de la mquina se reduce, producto de

la desaceleracin del motor.


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c) Motores de induccin.

Tanto los motores de induccin con rotor jaula deardilla y como los de rotor bobinado pueden contribuir ala corriente de falla.

Esta corriente es generada debido a la existencia deenerga cintica almacenada en el rotor y la carga, msla presencia de la tensin inducida producto del campo

magntico giratorio presente en el entrehierro. Debidoa que el campo magntico inducido en el motor deinduccin no es mantenido en forma externa, este sehace nulo rpidamente, razn por la cual la corrienteaportada a la falla slo dura algunos ciclos.

El circuito equivalente es similar al del generador, y lacorriente de falla queda definida por las reactanciassubtransitorias, transitorias, y sincrnicas para los

diferentes instantes de tiempo.


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La corriente de cortocircuito aportada por un motor de

induccin en rgimen estacionario es cero. El circuito

equivalente del motor es similar al el generadorsincrnico.

La corriente de cortocircuito aportada por un motor deinduccin, est limitada solamente por su reactancia

subtransitoria, Xd,este valor es similar a la reactanciade rotor bloqueado del motor.

En el caso de motores de induccin de alta potenciaque trabajen con resistencia externa conectada al

rotor, su contribucin al cortocircuito se puededespreciar.


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d) Empresa elctrica.

Se representa a travs de una impedancia de valorconstante referida al punto de conexin.

El valor de la corriente de cortocircuito con quecontribuye, depende de las caractersticas de la red

misma, se la expresa por lo general como lacapacidad interruptiva en MVA, tambin en KA.


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Diagrama decortocircuito

de las

distintasfuentes dealimentacin


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monofsicos: 80% de los casos,

bifsicos: 15% de los casos. Los de este tipo, suelendegenerar en trifsicos,trifsicos: de origen, slo el 5% de los casos.

En la figura se representan estos diferentes tipos de

cortocircuitos.

Desde otro punto de vista, los cortocircuitos pueden ser:


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CORTO CIRCUITO TRIFSICO

Ocurre cuando las tensiones en las 3 fases se unen en

un punto de falla. Por ser generalmente de valores muy grandes lascorrientes de corto circuito trifsico son de fundamentalimportancia toda vez que estos se aplican en l:

Ajuste de dispositivos de proteccin contra sobrecorrientes.

Capacidad de interrupcin de los disyuntores.

Capacidad trmica de los conductores y equipos

Capacidad dinmica de los equipos Capacidad dinmica de las barras


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CORTO CIRCUITO BIFSICO

Se puede dar por el contacto entre 2 conductores de

fases diferentes o tambin por el contacto directo entrelos ya citados conductores y la participacin delelemento tierra.

Corto circuito bifsico Corto circuito bifsico con tierra


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CORTO CIRCUITO BIFSICO A TIERRA

Se da por el contacto simultaneo entre 2 conductoresde fase a tierra.

MONOFASICO A TIERRA

Se puede dar por el contacto de una fase a tierra

Estas corrientes de corto circuito monopolares seutilizan para:

Ajustar los valores mnimos de los dispositivos deproteccin contra sobre corriente.

Seccin mnima de los conductores de una mallade tierra.

Limites de las tensiones de paso y de contacto.

Dimensionamiento de los resistores de

aterramiento.


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Las corrientes de corto circuito monopolaresgeneralmente son mayores que las corrientes de cortocircuito trifsico, de los terminales del transformador

en condiciones de falla mxima. Si las impedancias del sistema son pequeas los

valores de las corrientes de corto circuito son elevadosdaando trmica y mecnicamente a los equipos por

lo que se puede optar soluciones para reducir losvalores de esas corrientes entre ellas estn:

Dimensionar los transformadores con unaimpedancia porcentual elevada.

Dividir la carga de la instalacin en circuitosparciales alimentados por varios transformadores.

Insertar una reactancia en serie en el circuitoprincipal o en el neutro del trafo cuando se trata de

corrientes monopolares elevadas.

PROCEDIMIENTO DE CLCULO DE I PARA EL


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En el clculo de cortocircuito es conveniente efectuar

las siguientes aproximaciones: El generador se modela por una fuente de tensin de

valor 1.0 en p.u, en serie con su impedancia. Todos los clculos se realizan en por unidad.

Las cargas se representan por su impedanciaequivalente, independiente de la tensin. El sistema elctrico se analiza como si estuviera en

rgimen estable.

El siguiente flujograma indica el proceso lgico quehay que seguir para conocer las diferentes corrientesde cortocircuito y los parmetros que permiten realizarlos clculos para cada uno de los diferentesdispositivos de proteccin.

PROCEDIMIENTO DE CLCULO DE Icc PARA ELPROYECTO DE UNA INSTALACIN

P di i t d l l d I l t d i t l i


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Procedimiento de clculo de Icc para el proyecto de una instalacin


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4.3. DISPOSITIVOS DE PROTECCIN

Los diferentes elementos de la red, deben serprotegidos contra las sobrecorrientes provocadas porsobrecargas y cortocircuitos. Adems, la proteccincontra sobrecargas y cortocircuitos deben sercoordinadas adecuadamente

Los dispositivos de proteccin, se deben seleccionarentre los siguientes:

1) Dispositivos que aseguran a la vez la proteccin contralas corrientes de sobrecargas y proteccin contra lascorrientes de cortocircuito.


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Los dispositivos de proteccin deben poder interrumpirtoda sobrecorriente inferior o igual a la corriente decortocircuito presunta en el punto de instalacin deldispositivo.

Estos dispositivos pueden ser:

Fusibles: protegen ante cortocircuito y sobrecargasde larga duracin

Fusible + Rel Trmico: protege contra cortocircuito ysobrecargas

Interruptores automticos Termomagneticos: la partemagntica protege contra cortocircuito y la partetrmica ante sobrecargas


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2) Dispositivos que brindan proteccin nicamentecontra corrientes de sobrecarga.Son dispositivos que poseen generalmente unacaracterstica de funcionamiento a tiempo inverso, ypuedan tener un poder de ruptura inferior a la corrientede cortocircuito presunta en el punto de instalacin.

Fusibles lentos

Interruptores automticos de corte trmico


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3) Dispositivos que brindan proteccin nicamentecontra corrientes de cortocircuito.

Estos dispositivos pueden ser utilizados cuando laproteccin contra las sobrecargas, es realizada porotros medios; o cuando se admite la dispensacin de laproteccin contra las sobrecargas.

Deben poder interrumpir toda corriente de cortocircuitoinferior o igual a la corriente de cortocircuito presunta.Estos dispositivos pueden ser:

Disyuntores con disparo a mxima corriente, de corteelectromagntico

Fusibles rpidos


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LOS INTERRUPTORES AUTOMTICOS

son aparatos destinados a establecer e interrumpircircuitos elctricos, con la particularidad de que precisan

una fuerza exterior que los conecte pero que sedesconectan por s mismos, sin deteriorarse, cuando elcircuito en que se hallan presenta ciertas anomalas alas que son sensibles.Normalmente dichas anomalas son:

- Sobreintensidades.- Cortocircuito.- Sobretensiones o bajas tensiones.- Descargas elctricas a las personas.

Los automticos que reaccionan ante estas anomalasse denominan :- Trmicos- Magnticos,- Diferenciales

INTERRUPTORES TRMICOS


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INTERRUPTORES TRMICOS

Son interruptores automticos que reaccionan antesobreintensidades ligeramente superiores a la nominal,asegurando una desconexin en un tiempo losuficientemente corto para no perjudicar ni a la red ni a losreceptores asociados con l.

Para provocar la desconexin,aprovechan la deformacin

de una lmina bimetlica, quese curva en funcin del calorproducido por la corrienteal pasar a travs de ella.


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INTERRUPTORES MAGNTICOS

Son interruptores automticos que reaccionan antesobreintensidades de alto valor, cortndolas entiempos lo suficientemente cortos como para noperjudicar ni a la red ni a los aparatos asociados aella.

Para iniciar la desconexin se sirven del movimientode un ncleo de hierro dentro de un campomagntico proporcional al valor de la intensidad quecircula.

La curva caracterstica de un disparo magntico esla representada en la figura siguiente.


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El lmite inferior de la curva (unos 4 milisegundos), vienedeterminado por el tiempo que transcurre desde el instantede establecimiento de la

intensidad, hasta laextincin del arco.

Este tiempo marca lainercia mecnica y

elctrica propia deestos aparatos

El dispositivo permite trabajar en la zona A pero no en la B.La desconexin se efecta cuando las condiciones delcircuito llegan a la zona rayada de separacin entre ambas.

INTERRUPTORES TERMOMAGNETICO


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INTERRUPTORES TERMOMAGNETICO

Poseen tres sistemas de desconexin: manual, trmicoy magntico. Cada uno puede actuarindependientemente de los otros, estando formada sucurva de disparo por la superposicin de ambascaractersticas, magntica y trmica.


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En el grfico de lafigura puede verse lacurva de desconexin

de un trmomagnetico,en la que se apreciauna zona A,claramente trmica,una zona B quecorresponde a lareaccin magntica, yla zona de solape C,en donde el disparopuede ser provocadopor el elemento

magntico o trmicoindistintamente


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Mecnicamente, podemos decir que estos interruptoresdisponen de desconexin libre, es decir, que cuando seproduce una desconexin, ya sea por sobrecarga ocortocircuito, el aparato desconecta aunque se sujete lamanecilla de conexin.

LOS FUSIBLES


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Un fusible es un dispositivo de proteccin contra sobrecorriente, que opera fundiendo el elemento sensor de

corriente por efecto de Joule, debido a la circulacin deuna corriente superior al valor especificado.

Las principales caractersticas de operacin de unfusible son las siguientes:

Combina el elemento sensor y de interrupcin en unasola unidad.

Su operacin depende de la magnitud y duracin de lacorriente que fluye a travs de l.

Es un dispositivo monofsico. Slo el fusible de la fasedaada operar, quedando las otras fases activas.

Despus de haber operado debe cambiarse, ya seacompletamente o slo el elemento sensor de corrientey las tres fases.

LOS FUSIBLES


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Los fusibles son de formas y tamaos muy diferentessegn sea la intensidad para la que deben fundirse, latensin de los circuitos donde se empleen y el lugardonde se coloquen.

El conductor fusible tiene seccin circular cuando lacorriente que controla es pequea, o est formado porlminas si la corriente es grande. En ambos casos el

material de que estn formados es siempre un metal oaleacin de bajo punto de fusin a base de plomo,estao, zinc, etc.


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Corriente de Interrupcin:

Los fusibles de baja tensin tienen capacidades de

ruptura elevadas, lo que les permite interrumpir con altaeficiencia y confiabilidad altas corrientes decortocircuitos.En resumen, para los diferentes tipos de fusiblesexistentes para uso en baja tensin, las capacidades de

ruptura son las siguientes:

Fusibles Clase H: Inferior a 10 KA. Fusibles Clase K: 50, 100 o 200 KA. Fusibles Clase RK 1 y RK 5 : 200 KA. Fusibles Clase RK 1 y

RK 5 con tiempo de retardo: 200 KA Fusibles Clase J, CC, T y L: 200 KA.

Los fusibles de BT con indicador de fusin superior y/o


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Los fusibles de BT con indicador de fusin, superior y/ocombinado, estn disponibles en una amplia gama detensiones, tamaos y clases de operacin:

Tamaos: 000, 00, 0, 1, 2, 3 y 4Tensiones Nominales: CA 400 / 500 / 690/ 1000 / 1500 V

CC 220 / 400 / 440 V

Clase de Operacin: gG: Fusible de rango completo paraaplicacin general

gB: Fusible de rango completo para aplicacin en minera

aM: Fusible de curva parcial para proteccin de motores.

gTr: Fusible de rango completo para proteccin detransformadores.

gTF: Fusible de rango completo para aplicacin general

C t ti Ti


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Caractersticas Tiempo-Corriente:

Las curvas tiempo-corrienteentregadas por los fabricantesmuestran los tiempos deoperacin de los fusibles paradiferentes valores de corrientes.

El valor de tiempo indicado enlas curvas puede corresponder altiempo mnimo de fusin delfusible, o bien tiempo promediode fusin, o tiempo total de

apagado de la corriente. En casode no indicarse especficamentea que valor corresponde, seasume un valor promedio detiempo de fusin.

4.4 MTODO DE CLCULO DE LAS CORRIENTES DE


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CORTOCIRCUITO

Las normas proponen diversos mtodos:

1.- El mtodo de las impedancias,Permite calcular las corrientes de defecto en cualquierpunto de una instalacin, con una precisin aceptable.Consiste en sumar separadamente las diferentesresistencias y reactancias del bucle del defecto,aadiendo tambin el de los generadores, hasta el puntoconsiderado, calculando tambin la impedanciacorrespondiente.La Icc se obtiene aplicando la ley de Ohm:

Para aplicar este mtodo es imprescindible conocertodas las caractersticas de los diferentes elementos delbucle de defecto (fuentes y conductores).


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2.- el mtodo de composicin que se puede utilizar cuando no se conocen las

caracterizas de la alimentacin. La impedancia aguas

arriba del circuito considerado se calcula a partir unaestimacin de la corriente de cortocircuito en su origen.El cos cc= R / Z se toma igual tanto en el origen delcircuito como en el punto del defecto. En otraspalabras, consiste en admitir que las impedancias

elementales de dos partes sucesivas de la instalacintienen los valores de sus argumentos suficientementeprximos como para justificar la sustitucin de lassumas vectoriales de las impedancias por sumasalgebraicas de las mismas.

Esta aproximacin permite obtener el valor del mdulode las corrientes de cortocircuito, con unaaproximacin suficiente para calcular el circuito.

Este mtodo aproximado slo se aplica a instalacionesde potencia inferior a 800 kVA.

3 Mt d ll d i l


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3.- Mtodo llamado convencional,

Permite calcular las corrientes de cortocircuitomnimas y las corrientes de defecto en el extremo de

una red, sin conocer las impedancias o la Icc de lainstalacin aguas arriba del circuito considerado. Se basa en la hiptesis de que la tensin en el origen

del circuito, durante el tiempo de cortocircuito odefecto, es igual al 80% de la tensin nominal. Este

mtodo no tiene en cuenta la resistencia de losconductores para secciones importantes; se aplica uncoeficiente corrector

para incluir su inductancia (1,5 para 150 mm2, 1,20para 185 mm2, ...).

Este mtodo se usa sobre todo para los circuitosfinales suficientemente alejados de las fuentes dealimentacin (red o grupo).

4.- Mtodo llamado simplificado


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4. Mtodo llamado simplificado

Utilizando unas tablas con diversas hiptesissimplificadas, da directamente, para cada seccin deconductor:

la corriente asignada del dispositivo, que asegura laproteccin contra las sobrecargas,

las longitudes mximas de conductores protegidoscontra contactos indirectos,

las longitudes admisibles, teniendo en cuenta lascadas de tensin.En realidad, estas tablas estn confeccionadas con losresultados de los clculos obtenidos al aplicar losmtodos de composicin y convencional.

Este mtodo permite adems determinar lascaractersticas de un circuito que forma parte de unainstalacin ya existente cuyas caractersticas no seconocen suficientemente.Se aplica directamente a las instalaciones BT, y concoeficientes correctores, si la tensin no es 230/400 V.


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5.- Mtodo de aplicacin a todas las redes,radiales o malladas, hasta 230 kV.

Basada en el teorema de Thevenin, consiste en calcularuna fuente de tensin equivalente en el punto decortocircuito, para, seguidamente, determinar lacorriente en este mismo punto.

Todas las alimentaciones de la red y las mquinassincrnicas y asncronas se sustituyen por susimpedancias (directa, inversa y homopolar). Con estemtodo se desprecian todas las capacidades de lnea ylas admitancias en paralelo de las cargas no giratorias,salvo las del sistema homopolar.


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Iccsegn losdiferentestipos decortocircuito

EL MTODO DE LAS IMPEDANCIAS


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EL MTODO DE LAS IMPEDANCIAS

Cortocircuito trifsico

el defecto que corresponde a la unin de las tres

fases. La intensidad de cortocircuito Icc3 es:

siendo: U (tensin compuesta entre fases) la que correspondea la tensin de vaco del transformador, cuyo valor essuperior entre un 3% y 5% a la tensin en bornes de lacarga.

El clculo de la intensidad de cortocircuito se reduceentonces al clculo de la impedancia Zcc, impedanciaequivalente a todas las impedancias (de la fuente y laslneas) recorridas por Icc desde el generador hasta elpunto de defecto).


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Es, de hecho, la impedancia directa por fase:

siendo: R = suma de todas las resistencias en serie, X = suma de todas las reactancias en serie.

Se considera normalmente que el defecto trifsico esel que provoca las corrientes ms elevadas.El clculo de Icc 3 es pues indispensable para elegirlos materiales (intensidades y esfuerzoselectrodinmicos mximos a soportar).


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Cortocircuito bifsico aislado

La intensidad Icc2 que circular es inferior a la provocadapor un defecto trifsico:

C t i it f i i l d


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Cortocircuito monofsico aislado

Corresponde a un defecto entre una fase y el neutro,

alimentado por una tensin simple V =U/ 3 La intensidad Icc1, que circular en este caso ser:

En algunos casos concretos de defecto monofsico, laimpedancia homopolar del generador es menor queZcc (por ejemplo, en los bornes de un transformador

en conexin estrella-zig zag o de un alternador enrgimen

subtransitorio). En este caso, la intensidad monofsicapuede llegar ser mayor que la de un defecto trifsico.


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Cortocircuito a tierra (monofsico o bifsico)

Este tipo de defecto provoca la intervencin de laimpedancia homopolar Zo.

Salvo en presencia de mquinas rotativas, en las quela impedancia homopolar se encuentra reducida, laintensidad Icch que circular es siempre inferior a la

del defecto trifsico. El clculo de esta intensidad puede ser necesariosegn el rgimen de neutro (esquema de conexin atierra) para la eleccin de los niveles de regulacin delos

dispositivos de proteccin homopolar (AT) o diferencial(BT).


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DETERMINACIN DE LAS DIVERSAS IMPEDANCIASDE CORTOCIRCUITO

impedanc ias de la red aguas arr iba

En la mayor parte de los clculos no se va ms all delpunto de suministro de energa.El conocimiento de la red aguas arriba se limita

generalmente a las indicaciones facilitadas por lacompaa distribuidora, es decir, nicamente a lapotencia de cortocircuito Scc (en MVA) en el punto deconexin a la red.La impedancia equivalente a la red aguas arriba es:


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siendo U la tensin lnea de la red, en vaco. Larelacin entre la resistencia y la reactancia del circuitoaguas arriba se deducen a partir de Ra/Za en AT,

tomando:

Obtenindose:

Para 20 kV, se tiene por tanto que:


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Impedancia interna del transform ador

Esta impedancia se calcula a partir de la tensin decortocircuito ucc expresada en %:

siendo: U = tensin de lnea, en vaco, del transformador, Sn = potencia aparente del transformador, U . ucc = tensin que debemos aplicar al primario del

transformador para que el secundario sea recorrido porla intensidad nominal In, estando los bornes delsecundario BT en cortocircuito


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Impedanc ia de las lneas de B.T.

La impedancia de las lneas ZL depende de suscomponentes, resistencia y reactancia unitarias, y de sulongitud.- la resistencia unitaria RL de las lneas reas, cables y

juegos de barras se calcula con la ecuacin:

donde: S = seccin del conductor, = su resistividad, teniendo en cuenta que el valor

a adoptar depende de la corriente decortocircuito calculada, mxima o mnima.

La reactancia unitaria de las lneas areas, cables y


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, yjuegos de barras, se calcula mediante:

Expresada en mW/km para un sistema de cablesmonofsicos o trifsicos en tringulo, con dimensionesen mm de:

r = radio de los conductores, d = distancia media entre los conductores; Log = logaritmo decimal.

Para las lneas areas, la reactancia crece ligeramente

con la separacin entre conductores y, por tanto, con latensin de utilizacin. Valores medios que se pueden recordar:

X = 0,3 /km (lneas BT o MT), X = 0,4 /km (lneas MT o AT).

L i d i d l i t t l


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La impedancia de las conexiones cortas entre elpun to de distr ibu cin y el transfo rmador MT/BT Puede despreciarse si se admite un error, en exceso,

en la corriente de cortocircuito; error tanto mayorcuanto mayor sea la potencia del transformador

Impedanc ia de las mqu inas g irato rias

Alternadores asncronos Las impedancias de las mquinas se expresan

generalmente bajo la forma de un porcentaje,

M t d


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Moto res y compensado res asnc rono s

El comportamiento de estas mquinas encortocircuito es semejante al de los alternadores;

suministran a la red una intensidad que es funcin desu reactancia en %

Moto res asncro nos

Un motor asncrono, separado bruscamente de lared, mantiene en sus bornes una tensin que seamortigua en pocas centsimas de segundo.

El motor asncrono es, pues, ante un cortocircuito, ungenerador al que podemos atribuir una impedancia

(slo subtransitoria) del 20% al 25%.


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METODO DE CLCULO DE LAS ICC EN LASREDES RADIALES

Se aplica a redes elctricas con una tensin deservicio que sea inferior a 230 kV.

Desarrolla el clculo de las corrientes de

cortocircuito mximas y mnimas. Las primeras, las mximas, permiten

determinar las caractersticas que hay queasignar a los materiales elctricos.

Las segundas, las mnimas, son necesariaspara ajustar el calibre de las protecciones desobreintensidad.

Procedimiento


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1Clculo de la tensin equivalente en el punto de defecto,

igual a: Ueq= c.Un/ 3 .Se introduce un factor "c" de la tensin porque esnecesario para tener en cuenta: las variaciones de tensin en el espacio y en el tiempo,

los cambios eventuales en las conexiones de lostransformadores, el comportamiento subtransitorio de los alternadores y

de los motores.

Segn los clculos a efectuar y los mrgenes de tensinconsiderados, los valores normativos de este factor detensin estn indicados en la figura:


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2 Determinacin y suma de las impedancias


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2.- Determinacin y suma de las impedanciasequivalente, directa, inversa y homopolar, aguas arribadel punto de defecto.

3.- Calculo de la corriente de corto circuito inicial, conayuda de las componentes simtricas. En la practica,segn el tipo de defecto, las frmulas a emplear para elclculo de Icc estn indicadas en la tabla siguiente.

4.- A partir del valor de Icc (Ik''), se calculan otrasmagnitudes como Icc de cresta, Icc permanente o,incluso, Icc permanente mxima.


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4.5. SELECCIN DE LA PROTECCIN


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El sistema de proteccin de los equipos y/oinstalaciones del sistema elctrico tiene como

objetivos:

1. Detectar las fallas para aislar los equipos oinstalaciones falladas tan pronto como sea posible

2. Detectar y alertar sobre las condiciones indeseadasde los equipos para dar las alertas necesarias; y deser el caso, aislar al equipo del sistema

3. Detectar y alertar sobre las condiciones anormalesde operacin del sistema; y de ser el caso, aislar a losequipos que puedan resultar perjudicados por talessituaciones

El sistema de proteccin se estructura en base a:


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1. Protecciones primarias: responsabilidad de despejar lafalla en primera instancia

2. Protecciones de respaldo

El sistema de proteccin debe ser concebido para atender unacontingencia doble; es decir:

La falla que se presenta en el sistema elctrico, y falla del sistema de proteccin,

Por tal motivo, se debe establecer las siguientesinstancias:


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instancias:

1. Las protecciones principales (primaria y secundaria) queconstituyen la primera lnea de defensa en una zona de

proteccin y deben tener una actuacin lo ms rpidaposible (instantnea).

2. Las protecciones de respaldo que constituyen la segundainstancia de actuacin de la proteccin y debern tenerun retraso en el tiempo, de manera de permitir laactuacin de la proteccin principal en primera instancia.Estas protecciones son las siguientes:A. La proteccin de falla de interruptor que detecta que

no ha operado correctamente el interruptor que debeinterrumpir la corriente de falla; y por tanto, procedecon la apertura de los interruptores vecinos para aislarla falla.

B. La proteccin de respaldo, la cual detecta la falla yacta en segunda instancia cuando no ha actuado laproteccin principal.

las protecciones son diseadas para operar en dos formas


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distintas:Las Protecciones Unitarias:

1. Son totalmente selectivas porque slo detectan fallas ensu zona de proteccin.2. No pueden desempear funciones de proteccin de

respaldo porque no son sensibles a fallas fuera de suzona de proteccin.

3. Operan bajo el principio diferencial calculando ladiferencia entre las corrientes que entran y salen de lazona protegida, ya que esta diferencia indica que hayuna corriente que fluye por una falla dentro de esta zona.

Las Protecciones Graduadas se caracterizan por losiguiente:


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siguiente:1. Son relativamente selectivas porque detectan fallas en

ms de una zona de proteccin.

2. Desempean funciones de proteccin de respaldo porqueson sensibles a fallas en las zonas vecinas a su zona deproteccin.

3. Operan midiendo las corrientes, tensiones, impedancias,

etc., cuya graduacin establece el tiempo de respuesta dela proteccin.4. Requieren la graduacin de su tiempo de actuacin.

SELECTIVIDAD


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En una instalacin elctrica al presentarse una fallacomo un cortocircuito, todas las protecciones que se

encuentren entre la fuente de alimentacin y el puntofallado Detectaran el defecto, pero solo el dispositivomas cercano a la falla deber eliminarla para nosacrificar la continuidad del servicio.

La selectividad consiste en cortar la alimentacin a la

parte afectada por el defecto y solamente a sta. La selectividad se refiere a la proteccin que debe

operar frente a una falla desde aguas abajo haciaaguas arriba.

La selectividad que se obtiene al lograr que laproteccin que este mas cerca del punto de falla opereprimero, delimita la falla a la menor rea posible, demodo que las perturbaciones que esta introduce alresto de la instalacin sean mnimas, logrndose lacontinuidad de servicio deseada.

4.6. COORDINACIN DE PROTECCIN


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Coordinar la proteccin significa definir lostiempos de operacin de la proteccin para

permitir la actuacin debidamente priorizada delos dispositivos de proteccin, minimizando lostiempos de actuacin y garantizando unaapropiada graduacin en los tiempos de

actuacin de todas las protecciones, tanto lasprincipales como las de respaldo.

La coordinacin de la proteccin estdeterminada por la necesaria graduacin detiempos y magnitudes medidas para la correctay oportuna actuacin de todas las protecciones.

Por lo general en las instalaciones siempre hay dos o


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mas protecciones conectadas en serie, entre el punto dealimentacin y los posibles puntos de falla.

Para delimitar la falla al menor rea posible y reducir lasperturbaciones al mnimo, la proteccin que este masprximo al punto de falla deber operar primero y si estapor cualquier motivo no opera dentro de su tiemponormal, la que sigue inmediatamente detrs deberhacerlo y asi sucesivamente, presentndose unfuncionamiento escalonado partiendo del punto de fallahacia el punto de alimentacin.

Las protecciones debern entonces elegirse y regularse,de acuerdo a sus curvas caractersticas, de modo quepuedan operar frente a cualquier falla.

Las protecciones entonces sern selectivas y el estudiopara conseguirlo se denomina coordinacin de

protecciones

A d d j l t l di i d


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A modo de ejemplo se muestra la coordinacin dedisyuntores o interruptores automticostermomagnticos, para ello se muestra las curvas deoperacin de dichos dispositivos mostrando su posicinselectiva.

En la figura (a) se muestra la coordinacin entre un


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En la figura (a) se muestra la coordinacin entre unfusible y disyuntor.

En la figura (b) se presenta el caso en que no se logra

la coordinacin de los dispositivos de proteccin.

figura (a) figura (b)

EJEMPLO


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J O

La coordinacin de protecciones

debe hacerse observando elflujo de corriente desde laacometida hasta las cargas, dela siguiente manera:

Camino I, II, III, V y 1 Camino I, II, III, VI y 2 Camino I, II, III, VII y 3 Camino I, II, IV, VIII y 4

La coordinacin de losdispositivos de proteccin seestablece al relacionar laselectividad de cada uno deellos frente a la falla que ven.

En la Figura se


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En la Figura semuestra a escaladoble logartmica las

caractersticasTiempo-Corrientelinealizadas de las

protecciones desobrecorriente de la

rama I, II, III, V,evidentemente lasdems sern muyparecidas

inst indutriales 4

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