Prevención de incendios eléctricos en la industria Parte Nº2
Icendios eléctricos - Circuitos de potencia y distribución3.1. Protección contra fallas de aislamiento de conductores
Autor: Federico Alejandro Vazquez Saraullo.
La mayoría de los cortocircuitos eléctricos en instalaciones de BT son fallas de aislamiento de línea a tierra. Las medidas de protección contra descargas eléctricas asegurarán la desconexión automática del suministro en caso de una falla entre un conductor de línea y una parte conductora accesible que pueda ser peligrosa. Sin embargo, también es posible una falla entre un conductor de línea y tierra con una amplitud menor que el umbral de protección de sobrecorriente del cable (y sin riesgo de contacto indirecto).
3.1.1. Dispositivos de corriente residual (para sistemas de tierra TT, TN-S e IT)
En cuanto a los equipos de protección para fallas de aislamiento de cables, se puede mencionar en primer lugar a los dispositivos de corriente residual (RCD). La serie IEC 60364 (para Argentina: AEA 90364) reconoce el uso de RCD con sensibilidad por debajo de 300 mA para proteger contra la ignición de fuego.
La solución de Schneider Electric: productos Vigi
SE ofrece una amplia gama de soluciones para asegurar la funcionabilidad provista por los RCD en circuitos de potencia y distribución:
- Interruptor de circuito con función de sobrecorriente y función RCD integrada (ComPact NSX MicroLogic Vigi 4, por ejemplo).
- Complemento de RCD para interruptor de circuito (complemento Vigi).
- Interruptor con función de relé de fuga a tierra independiente (cualquier interruptor de circuito con gama VigiPact).
Figura 7: relé independiente de fuga a tierra VigiPact RH99 (izquierda) e interruptor de caja moldeada NSX250 con protección de fuga a tierra integrada (derecha).
3.1.2. Dispositivos de falla a tierra (para sistemas de tierra TN)
En los sistemas TN-S, y particularmente cuando los cables se instalan en ductos metálicos, un enfoque de protección contra fallas de aislamiento que sea menos sensible que un RCD, pero más sensible que la corriente de cortocircuito, ofrece un buen compromiso para la protección contra incendios.
En los sistemas TN-C, la protección RCD no se puede usar, ya que la medición de la corriente de falla a tierra por un sensor alrededor de los conductores de línea y PEN (neutro más tierra) conducirá a mediciones incorrectas permanentes y disparos no deseados. Como resultado, se recomienda un dispositivo de falla a tierra (GFD) con un valor de disparo igual al valor nominal del interruptor. Vale aclarar que en la República Argentina el esquema de puesta a tierra TN-C no está permitido.
Se pueden usar diferentes tipos de GFD, dependiendo del dispositivo de medición instalado:
- Retorno a tierra de la fuente (SGR).
- Detección residual (RS).
La protección contra fallas a tierra puede incluirse en el interruptor o realizarse mediante un relé independiente.
La solución de Schneider Electric: MicroLogic 6 y TeSys GV4
Los dispositivos ComPact NSX, ComPact NS y MasterPact MTZ equipados con unidades de control MicroLogic tipo 6, y el TeSys GV4 PEM, incluyen protección de falla a tierra con configuraciones ajustables. El TeSys GV4 P incluye protección de falla a tierra con configuraciones fijas. Un ejemplo de estos equipos de aprecia en la Figura 8.
Figura 8: ejemplo de ComPact NSX630F con protección de falla a tierra RS integrada MicroLogic 6.3E (derecha) y transformador de corriente de neutro externo (izquierda).
3.1.3. Dispositivos de monitoreo de aislamiento (para sistemas de tierra IT)
Un dispositivo de monitoreo de aislamiento (IMD) es obligatorio para mantener los valores principales de los sistemas tipo IT. El equipo permite activar una alarma si hay una falla de aislamiento, lo que permitirá al personal de mantenimiento resolver rápidamente el problema y hacer que el sistema de distribución eléctrica vuelva a un estado saludable.
El IMD proporciona:
- Medición permanente de la resistencia del aislamiento y la capacitancia de fuga.
- Alarma preventiva, en caso de que la resistencia de aislamiento del sistema comience a caer por debajo del umbral establecido.
La solución de Schneider Electric: Vigilohm y software de la arquitectura EcoStruxure
Cuando la funcionalidad de Ubicación de Fallas de Aislamiento (IFL) se combina con un IMD de SE −ambos de la familia Vigilohm−, se reduce el tiempo de diagnóstico al proporcionar:
- Medición permanente de cada rama/alimentador individual, en términos de resistencia de aislamiento y capacitancia de fuga.
- Alarma en caso de que la resistencia de aislamiento de una de las ramas caiga por debajo de un umbral establecido.
- Monitoreo continuo del aislamiento mediante el software EcoStruxureTM Power Monitoring Expert, visualizando la corriente total de fuga (A) o la resistencia (k) en diagramas, tendencias e informes. También se pueden conocer eventos y alarmas por fallas de aislamiento y la ubicación de estas.
En la Figura 9 se puede apreciar un IMD de SE a modo de ejemplo.
3.2. Monitoreo de fugas a tierra (para sistemas de tierra TN)
El aumento de la sensibilidad de un sistema de protección reducirá el riesgo de incendio, pero también puede aumentar el riesgo de disparos inesperados por perturbaciones que no son fallas reales. Cuando el equilibrio entre la sensibilidad y la continuidad del servicio es un desafío, el monitoreo de las fugas a tierra sin disparos puede ser la solución adecuada.
El monitoreo y las alarmas de fugas a tierra permiten:
- Detección temprana del deterioro del aislamiento.
- Seguimiento de corrientes anormales de fuga.
La solución de Schneider Electric: ComPact NSX, TeSys T, TeSys island y software de la arquitectura EcoStruxure
SE ofrece diversos productos con monitoreo de fugas a tierra. Por ejemplo, en la Figura 10 se aprecia a uno de sus interruptores automáticos MCCB de 250 A que incluye dicho monitoreo.
Figura 10: ComPact NSX250H con MicroLogic Vigi 7.2 AL.
En la Figura 11 se aprecia un ejemplo de un sistema de gestión inteligente de motor TeSys y de arrancadores digitales de motor conectados TeSys island.
Figura 11: ejemplo de TeSys (izquierda) y TeSys island (derecha) con funcionalidad de detección de falla a tierra.
Para monitoreo permanente de fugas a tierra, el software EcoStruxure™ Power Monitoring Expert permite visualizar:
- Datos en vivo y tendencias de corriente de fuga a tierra.
- Eventos y alarmas por fallas de aislamiento.
3.3. Selección de conductores3.3.1. Dimensionamiento y protección de conductores
El dimensionamiento de los conductores y la selección de protección contra sobrecorriente relacionada es un paso clave en el diseño de una instalación. Los cables de tamaño insuficiente pueden generar sobrecalentamiento y estrés mecánico en caso de cortocircuito: el primero puede producir la destrucción del aislamiento y el segundo puede dañar la conexión del cable.
Se debe prestar especial atención al dimensionamiento del conductor de neutro cuando hay terceros armónicos y múltiplos de estos presentes en la corriente. Se debe proporcionar protección a los conductores de neutro para evitar el sobredimensionamiento del cable.
La solución de Schneider Electric: EcoStruxure™ Power Design - Ecodial
Se puede usar el software EcoStruxure Power Design – Ecodial para calcular las dimensiones de la instalación eléctrica. Este programa permite a los diseñadores optimizar la elección del equipo, teniendo en cuenta las curvas de disparo y las dimensiones del cable. También tiene en cuenta los requisitos de la guía IEC 60364, numerosos estándares de países y cumple con el informe técnico CENELEC TR50480.
3.3.2. ¿Barras de potencia o cables?
El cable presenta varios desafíos para el instalador. Entre ellos se encuentra la necesidad de conectar varios cables en los tableros de distribución. Por el contrario, la barra de potencia es mucho más sencilla. Un solo tramo de barra de potencia reemplaza a varios tramos de cable, junto con las bandejas de cables asociadas. La barra de potencia también necesita menos fijaciones que la longitud equivalente de cable. Otra ventaja importante de la barra de potencia es el uso de unidades de derivación en lugar de una caja de derivación. Estas incorporan dispositivos de protección que permiten que la barra alimente a otros subcircuitos del edificio.
La solución de Schneider Electric: Canalis
En la Figura 12 se puede apreciar un ejemplo del sistema de canalización de barras Canalis y varias de sus unidades de derivación ofrecidas por SE.
Figura 12: sistema de canalización de barras Canalis (izquierda) y sus diferentes tipos de unidades de derivación (derecha).