El objetivo principal de un sistema eléctrico es prevenir el daño a las personas, minimizar el daño a los elementos del sistema y limitar la duración de la interrupción del servicio cuando se presentan fallas ya sea por error humano, o por situaciones externas que actúan sobre el sistema.
- El sistema eléctrico deberá ser diseñado y mantenido para protegerse a sí mismo.
- La prevención al daño humano es el objetivo más importante del sistema de protección.
La NOM-001-SEDE-2012 (en adelante NOM) establece claramente que su objetivo es el de ofrecer condiciones adecuadas de seguridad para las personas y sus propiedades, en lo referente a los diferentes fenómenos eléctricos que enlista en el título 1.
Los dispositivos de protección deben tener una capacidad de interrupción adecuada y las partes energizadas deben estar encerradas o aisladas para que no estén expuestas a las personas en caso de explosión, fuego, arqueo o descarga eléctrica.
La coordinación es la selección o ajuste (o ambos) de los dispositivos de protección para aislar la parte del sistema eléctrico cuando ocurren anormalidades.
Principales incidencias contra las que hay que proteger un sistema eléctrico:
• Cortocircuitos. Ocasionados por una falla de aislamiento debido a exceso de humedad, daño mecánico al equipo eléctrico y/o por una falla del equipo debido a sobrecargas o mala utilización.
Los cortocircuitos pueden ser entre dos conductores de fase, entre todas las fases o entre una fase o fases y tierra.
• Sobrecargas. Producidas por conectar equipos con cargas mayores a las que un circuito es capaz de soportar, o por adicionar más equipos de los previstos por diseño. Pueden también ser ocasionadas por una instalación o mantenimiento inadecuado, no seguir los procedimientos de operación, éstas pueden ocurrir en el arranque, períodos de aceleración y ventilación obstruida.
Para aislar los cortocircuitos y las sobrecargas se requiere de la aplicación de los dispositivos de protección que detecten cuando una corriente anormal esté fluyendo por el circuito, estos dispositivos deben operar para limitar los efectos de una falla únicamente a la zona afectada y no afectar el resto del sistema.
Hay tres tipos de dispositivos fundamentales diseñados para detectar sobrecorrientes:
- Relevadores.
- Interruptores automáticos.
- Fusibles.
Consideraciones de diseño
Para el diseño de un sistema eléctrico de protección y coordinación, se deberá determinar:
- Los requerimientos de la carga.
- La corriente de cortocircuito que se presentará en caso de que pudiera ocurrir una falla.
- Los ajustes y las curvas tiempo-corriente.
La coordinación de protecciones es una aplicación secuenciada de la corriente con la que actúan los dispositivos de protección en un sistema eléctrico, los cuales responden a una falla o a una sobrecarga, aislando solamente una cantidad mínima de equipo del servicio.
El estudio de coordinación de protecciones de un sistema eléctrico consiste en organizar la respuesta de las curvas tiempo-corriente de todos los dispositivos en serie desde los equipos a la fuente.
El objetivo de la coordinación de protecciones es determinar las características, rangos, y ajustes de los dispositivos de protección contra sobrecorriente que aseguren que cuando exista una falla mínima en la carga se interrumpa cuando los dispositivos de protección aíslen la falla o la sobrecarga.
Consideraciones primarias
Corrientes de cortocircuito. Se debe tener la siguiente información:
- Corriente de cortocircuito máxima y mínima momentánea (primer ciclo).
- Corriente de cortocircuito máxima y mínima (5 ciclos a 2 s).
- Corriente de falla a tierra máxima y mínima.
- Coordinación de los intervalos de tiempo.
Cuando se grafican las curvas para la coordinación se deben mantener ciertos intervalos de tiempo entre las curvas de varios dispositivos de protección en orden para asegurar la operación secuencial correcta de los dispositivos.
El interruptor automático No.2, tiene la capacidad interruptiva adecuada para interrumpir un cortocircuito cuando se presente en el punto B.
El interruptor automático No.1 debe tener la característica de no abrir cuando ocurra un cortocircuito en el punto B, pero si ocurre un cortocircuito en el punto A, el interruptor No.1 debe abrir.
De acuerdo con la explicación anterior se dice que existe una coordinación entre el interruptor automático No.2 y el interruptor automático No.1.
Las curvas tiempo-corriente de un dispositivo de protección son diferentes para cada modelo, y se debe asegurar para una correcta coordinación, que se estén considerando las curvas correspondientes a cada dispositivo.
El objetivo será entonces ajustar la posición de la curva de cada interruptor, de tal manera que se logre establecer una secuencia ordenada y congruente de operación de cada dispositivo, abriendo únicamente el circuito en condición de falla, y evitando que se afecten partes del sistema eléctrico que no presentan problemas.
Para evitar “disparos” simultáneos de los dispositivos de protección, se procurará que no existan traslapes entre las curvas de los interruptores, como se muestra en la imagen.
En el artículo 240 de la NOM, en la sección 240-12. “Coordinación del sistema eléctrico”, se establece lo siguiente:
“Cuando se requiere una interrupción ordenada para minimizar el riesgo o riesgos para las personas y equipos, se permite un sistema de coordinación basado en las dos condiciones siguientes:
- Coordinación de protecciones contra cortocircuito.
- Indicación de sobrecarga basada en sistemas o dispositivos de monitoreo.
Adicionalmente, en el capítulo 1, artículo 100 “definiciones” la NOM hace la siguiente definición de “coordinación”:
Coordinación (selectiva): Localización de una condición de sobrecorriente para restringir interrupciones del circuito o del equipo afectado, lo cual se logra con la selección de los dispositivos de protección contra sobrecorriente y sus ajustes o valores nominales.
Con lo anterior, podemos concluir que una correcta coordinación entre los dispositivos de protección contra fallas y sobrecorrientes es deseable, tanto para proteger a las personas que interactúan con un sistema eléctrico, como para evitar desconexiones y pérdidas innecesarias de servicio.
Si deseas realizar una correcta coordinación de tus protecciones eléctricas, nosotros te apoyamos ¡Contáctanos!
David Monroy
Experto Eléctrico
Ingeniero eléctrico y en electrónica. Especialista en uso eficiente de la energía. Como profesional, se ha dedicado al diseño de instalaciones eléctricas en media y baja tensión, participando en importantes proyectos en la Ciudad de México, así como en varios estados de la República y en el exterior, en colaboración con importantes empresas nacionales e internacionales del sector eléctrico.
