Instalaciones Electricas Industriales

Instalaciones electricas industriales

El alcance de trabajo de las instalaciones electricas industriales inicia con la construccion de la acometida electrica, esta puede ser de media, alta o baja tension. En instalaciones electricas industriales, la totalidad de los circuitos de fuerza, de iluminacion y de sistemas especiales tanto en nuevas construcciones como en remodelaciones, son responsabilidad del contratista electrico industrial.

Remodelacion de Instalaciones Electricas Industriales

Cuando se requiere proveer capacidad adicional en edificios industriales ya construidos que requieren ampliarse, las instalaciones electricas industriales requieren de un analisis de cargas para proveer racionalmente los requerimientos crecientes de estos nuevos equipos, mediante modificaciones a la subestacion o grupos motor generador.

Dentro de esta sub especialidad se planea el servicio de mantenimiento a las instalaciones electricas industriales y a los equipos electricos utilizados en una planta industrial o edificio. De una instalacion electrica industrial, el componente distintivo es la subestacion electrica, y es que las empresas suministradoras de energia electrica comunmente abastecen asi a los grandes consumidores en media y alta tension.

La Subestacion Electrica de una Instalacion Electrica Industrial

En este tipo de instalacion electrica, el cliente es propietario del transformador reductor, y del equipo de switcheo necesario para operar los circuitos de esa instalacion electrica industrial; todo este equipo es alojado en un gabinete denominado subestacion compacta unitaria.

Esta subestacion unitaria, esta conformada por tres secciones o compartimientos a saber, el de alta tension, el de transformador reductor y el de baja tension. Este es el nucleo de la instalacion electrica de una nave industrial.

Instalaciones electricas industriales de alta tension

La seccion o compartimiento de alta tension en primer termino recibe los conductores de la instalacion electrica de la acometida principal mediante terminales adecuadas las cuales estan sujetas a la estructura del compartimiento por medio de un yugo de madera.

En esta seccion se instalan los transformadores de potencial y de corriente propiedad del suministrador seguidos por cuchillas desconectadoras de operacion sin carga que obligatoriamente tienen un bloqueo mecanico que impide que sean abiertas con el interruptor principal en posicion de cerrado, brindando seguridad al operario de esta instalacion electrica industrial.

Otro componente importante de la instalacion electrica industrial es el apartarrayos, se conecta al bus principal en las terminales de las cuchillas desconectadoras y brinda a la instalacion electrica la proteccion contra voltajes transitorios y voltajes elevados sostenidos.

Para toda instalacion electrica de acometida de media tension, se debe de instalar un apartarrayos en cada conductor no puesto a tierra de la acometida aerea o subterranea, conforme lo estipula la NOM – 001- SEDE – 2005 en la Seccion 280. Los conductores entre el apartarrayos y la red y entre el apartarrayos y la conexion de puesta a tierra no deben ser de un calibre inferior a 13,3 mm2 en cobre o 21,2 mm2 en aluminio (equivalente a 6 AWG y 4 AWG respectivamente).

En cualquier instalacion electrica de subestacion industrial se utilizan fusibles limitadores de corriente para media tension, los cuales son utilizados como dispositivos de proteccion contra sobrecorriente en la instalacion electrica, La seleccion adecuada de un fusible se basa en varios factores incluyendo entre otros la corriente nominal del circuito a proteger, el voltaje de operacion, la frecuencia del sistema, la capacidad Interruptiva y la necesidad de una adecuada coordinación con otros dispositivos de proteccion contra sobrecorriente de la misma instalacion electrica.

Fusibles de Potencia tipo Limitadores de corriente

Fusibles de potencia tipo bayoneta contra altas corrientes

En la instalacion electrica de una planta industrial se utilizan los fusibles limitadores de corriente para media tension, los cuales son usados como dispositivos de proteccion contra sobrecorriente dentro de la subestacion compacta de acometida y dentro de las subestaciones compactas unitarias para la proteccion de circuitos alimentadores, motores, transformadores y capacitores.

Los factores que determinan la seleccion del fusible limitador adecuado son:

  • La corriente nominal de la carga alimentada (amperaje continuo).
  • El voltaje maximo de operacion del circuito.
  • La frecuencia del sistema.
  • La capacidad Interruptiva necesaria.
  • La necesidad de coordinacion de las protecciones de la propia instalacion electrica.

Los voltajes de operacion van desde los 2,400 Volts a los 34,500 Volts en 50 y 60 Hertz los cuales son los voltajes de distribucion y frecuencias comunes en instalaciones electricas para plantas industriales y edificios comerciales.

Amperaje Continuo del Fusible

Los fusibles de media y alta tension tienen una caracteristica llamada amperaje continuo que consiste en el valor de la corriente que este puede conducir sin sufrir deterioro ni exceder los limites de temperatura especificados para ese fusible particular. Esta caracteristica es conocida como el valor rms (root – mean – square) o equivalente de corriente directa. El fusible seleccionado debera conducir toda la corriente nominal del circuito o equipo a proteger en esa instalacion electrica industrial sin sobrecalentamientos, sin alterarse su caracteristica de respuesta tiempo – corriente y sin sufrir daño mecanico.

Transformadores de corriente

Por definicion un fusible limitador de corriente es aquel que cuando su elemento sensible es fundido por una corriente dentro de su rango especificado, introduce abruptamente una alta resistencia para reducir la magnitud y duración de la intensidad de la corriente resultando en una interrupción total.

Ademas el fusible interrumpe en menos de medio ciclo pero al presentarse la fusion se produce un arco de alto voltaje a traves de sus terminales. Normalmente el rango limitador abarca hasta 25 veces su corriente nominal restringiendo en este rango el flujo de energia y el pico de corriente.

En Instalaciones Electricas Industriales el pico de voltaje resultante de la operacion del fusible limitador debe ser tomado en cuenta al hacer uso de este tipo de fusibles. El arco de voltaje entre las terminales del fusible es un transitorio y se asemeja a otros del mismo tipo como los que son producidos por los rayos o descargas atmosfericas y de switcheo de interruptores de potencia.

En instalaciones electricas industriales los fusibles limitadores de corriente son usados en combinacion con apartarrayos de oxidos metálicos o de silicon para descargar a tierra el transitorio de voltaje producido durante la operacion de apertura del fusible y prevenir el daño por sobretension del equipo protegido.

La ventaja que ofrecen los fusibles de potencia tipo limitadores de corriente para saber si han operado es la facilidad de validar que el percutor que emerge del cuerpo del fusible no deja lugar a dudas de su funcionalidad.

Este percutor al salir del cuerpo del fusible acciona el mecanismo de disparo del desconectador de operacion tripolar simultanea que normalmente es un mecanismo de energia almacenada por medio de resorte que hace la apertura del desconectador.

Al aplicar los fusibles limitadores de corriente a una instalacion electrica industrial debemos conocer las caracteristicas de tiempo – corriente del fusible (TCC) especificamente la de tiempo minimo de fusión (minimum melting time) y tiempo total de despeje de la falla (total clearing time). Cuando se grafican sobre papel logaritmico con tiempo en el eje de las ordenadas y corriente sobre las abscisas el fusible opera entre el area de las dos curvas.

Criterios de Seleccion de Fusibles de Potencia en Instalaciones Electricas Industriales

Cuando se trata de la proteccion de un transformador de la instalacion electrica por medio de fusibles de potencia del tipo limitador de corriente, las recomendaciones son las siguientes:

  • Seleccione el fusible de menor tamaño que soporte con un tiempo minimo de fusion de 0,1 seg una corriente 12 veces la nominal del transformador a proteger.
  • Selecciona un fusible que soporte de forma continua 1,6 veces la corriente nominal del transformador a proteger.
  • Cumpla siempre los criterios de la seccion 450 – 3 (a) (1) de la NOM-001-SEDE-2005.

En una instalacion electrica industrial son generalmente preferidos los fusibles limitadores de corriente, sobre los interruptores de potencia en vacio o en SF6 por su precio y su bajo costo de mantenimiento y por ser extremadamente confiables en su operacion. Hay que acotar que la minima capacidad Interruptiva permitida para el fusible es la maxima potencia disponible de corto circuito en la instalacion electrica industrial y se expresa en Amperes Simetricos.

En la Republica Mexicana se pueden conocer los valores de corrientes de corto circuito monofasica o trifasica por medio de una solicitud por escrito a la Jefatura de Distribucion de la Zona de Distribucion de la Comision Federal de Electricidad donde se encuentra la instalacion electrica en cuestion.

Proteccion contra Sobrecorriente de Transformadores en Instalaciones Electricas Industriales

El ajuste maximo de un dispositivo de proteccion contra sobrecorriente para un transformador de mas de 600 V se establece en la Seccion 450 – 3 (a) (1) de la NOM-001-SEDE-2005.

Para la utilizacion de esta tabla se requiere conocer el %Z del transformador a proteger, el dato viene en la placa de caracteristicas de todos los transformadores de una potencia igual o mayor a 25 kVA. En la seccion 450-11 de la NOM-001-SEDE-2005 Marcado. Se establece que cada transformador debe estar provisto de una placa de datos en la que se indique el nombre del fabricante, la capacidad nominal en kVA, la frecuencia, la tension electrica en el primario y en el secundario, la impedancia para transformadores de 25 kVA y mayores y el espacio requerido para transformadores con aberturas de ventilacion, la cantidad y clase de liquido aislante cuando se use.

La impedancia de un transformador es un factor determinante para predecir en una instalacion electrica industrial el comportamiento del voltaje entre terminales bajo condiciones de carga plena y no carga asi como para conocer la corriente en condiciones de corto circuito.

La impedancia de un transformador es determinada por su construccion fisica tal como el calibre del alambre en el devanado, el numero de vueltas y el tipo de acero utilizado en el nucleo y la eficiencia magnetica de la construccion del nucleo. El porcentaje de impedancia es un valor empirico que puede utilizarse para predecir el comportamiento del transformador en condiciones anormales de operacion. Comunmente se utiliza el simbolo %Z para representar la impedancia. Los valores en porcentaje deben ser convertidos a forma decimal antes de ser utilizados en la formula matematica. El valor porcentual de la impedancia se convierte a un valor numerico utilizable en las formulas moviendo el punto decimal dos lugares hacia la izquierda, esto es si tenemos un transformador con 5.75 % de Z el valor decimal se convierte en 0.0575. Los valores de impedancia son adimensionales y solo representan un cociente.

Por definicion el %Z se mide cortocircuitando el secundario de un transformador y aplicando voltaje al devanado primario por medio de una fuente de poder variable de tal forma que cuando el secundario cortocircuitado tenga una circulacion de corriente igual a la nominal del transformador se tome la lectura del voltaje aplicado y esta se divida entre el voltaje nominal del primario del transformador y luego expresada esta lectura como porcentaje.

Determinacion del tamaño de un fusible en una Instalacion Electrica Industrial

A manera de ejemplo para un transformador trifasico de 112,5 kVA con un secundario de 208/120V la corriente nominal sera de:

I = kVA/1.732*.208
I = 312,27 Amperes

La corriente de corto circuito trifásico será:

Icc= In/%Z
Icc = 312,27/0.055
Icc = 5,678 A
Si él %Z de este transformador fuese 5,5 %

Pongamos ahora por caso que se tiene que seleccionar el fusible para proteger una instalación eléctrica con un transformador de 1,000 kVA con 23,000 Volts en el lado fuente y 480 Volts en el lado carga; y con 5,75 de %Z. En 450 – 3 (a) (1) de la NOM-001-SEDE-2005 se establece que el tamaño máximo de un fusible para un primario de 600 V o más y cuya impedancia es menor al 6%, debe ser el 300% de la corriente nominal como máximo.
In = 1000 /1.732*23
In = 25.10 A

Por corriente nominal el tamaño mínimo será 25.10 A x 1.6 lo cual nos da 40.16 A de tamaño de fusible.

Ahora: In x 300% = 25.10 x 3 = 75.3 pero en el mercado el fusible comercial inmediato es de 80 A.

Con lo anterior inferimos que nuestro fusible estará entre los 40 Amperes y los 80 A. Ahora buscaremos en las curvas tiempo – corriente del fabricante y trazaremos una línea en 0.10 Segundos y otra sobre el valor de 12 x 25.10 = 301.2 A y en el cruce de estas dos líneas deberá ser un punto en la gráfica que represente la corriente de magnetización máxima que se presentará en el primario del transformador en el momento de su energización.

Nuestro objetivo será encontrar una curva que esté ligeramente arriba de este punto de inrush current (corriente de magnetización) para evitar que el fusible opere al conectar el transformador pero que sea de un fusible no mayor de In x 3.

En nuestro caso esta condición se cumple con el fusible de xxxxxxxxxxx

La Seccion de Transformador en una subestacion compacta unitaria de una Instalacion Electrica Industrial