Coordinación de protecciones

Tener un buen sistema de protecciones que opere de manera rápida y selectiva, permite mantener una instalación eléctrica segura y confiable.

La coordinación de protecciones es una aplicación sistemática de dispositivos de protección que actúan por corriente en el sistema eléctrico; como respuesta a una falla o sobrecarga, sacará de servicio sólo una mínima cantidad de equipo. Su objetivo principal será proteger al personal de los efectos de estas fallas, minimizar el daño al equipo eléctrico y reducir los costos por salidas de servicio de la carga asociada.

El estudio de coordinación de protecciones de sobrecorriente es una comparación tiempo-corriente; es decir, el tiempo que toma cada uno de los dispositivos individuales para operar cuando ciertos niveles de corriente normal o anormal pasa a través de ellos.

El objetivo de dicho estudio es determinar las características, valores nominales y ajustes de los dispositivos de protección que aseguren que la mínima carga no fallada se interrumpa cuando aislen una falla en cualquier parte del sistema eléctrico. Al mismo tiempo, los dispositivos y ajustes de protección deberán proporcionar satisfactoriamente seguridad contra sobrecargas e interrumpir corrientes de cortocircuito tan rápidamente como sea posible.

Los estudios de coordinación de protecciones son necesarios para seleccionar o verificar las características de liberación de fallas de los dispositivos de protección, tales como fusibles, interruptores y relevadores.

El siguiente video trata sobre el tema de la coordinación de protecciones:

En una instalación eléctrica simple como la residencial los estudios de cortocircuito no se realizan, sin embargo se debe contar con un sistema coordinado de protecciones. La principal razón es que cuando en un circuito eléctrico unimos o se unen accidentalmente los extremos o cualquier parte metálica de dos conductores de diferente polaridad que hayan perdido su recubrimiento aislante, la resistencia en el circuito se anula y la relación dada por la Ley de Ohm se pierde, es decir si la resistencia disminuye entonces la corriente aumenta.

Por ejemplo: La resistencia de un motor que se alimenta a 120V es de aproximadamente 400Ω, entonces la corriente según la Ley de Ohm I=E/R= 120V/400Ω= 0.3A, si la resistencia del devanado del motor disminuye a 5Ω, es decir el devanado se pone en cortocircuito, la corriente según la Ley de Ohm será: I= 120V/5Ω=24A. Este resultado se traduce en una elevación brusca de la intensidad de la corriente y un incremento violentamente excesivo de calor en los conductores.

Ver también: 6 consejos para la instalación de protecciones en las instalaciones eléctricas residenciales

Instalaciones eléctricas residenciales

La temperatura que produce el incremento de la intensidad de corriente en Amperes cuando ocurre un cortocircuito es tan grande que puede llegar a derretir el forro aislante de los cables o conductores, quemar el dispositivo o equipo de que se trate si éste se produce en su interior, o llegar, incluso, a producir un incendio. Para evitar lo anterior, se debe dimensionar un sistema de protecciones coordinadas para operar de manera selectiva ante situaciones de sobrecorriente y cortocircuito. Para el caso de la instalación eléctricas residencial este sistema ya está propuesto, tanto por parte de la empresa suministradora de energía eléctrica como por parte de la NOM-001-SEDE-2012.

El interruptor termomagnético incorpora un dispositivo que abre el mecanismo de conexión al circuito cuando la intensidad de la corriente sobrepasa los límites previamente establecidos.

Esta coordinación inicia por la preparación para recibir el servicio de energía eléctrica, la cual CFE nos indica las características según el tipo:

• Para una instalación monofásica de dos hilos (120V) y hablando específicamente de la protección solicitada para ello, indica que debe colocarse preferentemente un interruptor termomagnético de 40A únicamente para el cable de fase.
• Para una monofásica de tres hilos (240V) deben instalarse dos interruptores termomagnéticos de 40A cada uno e instalados en los cables de fase.
• Para una instalación trifásica se deben instalar tres interruptores termomagnéticos de 100A cada uno, instalados también únicamente en los cables de fase.

Después de la protección principal se instalan interruptores termomagnéticos de valores inferiores a las principales para proteger los circuitos derivados de manera individual dentro de un gabinete conocido comúnmente como centro de carga, es posible entender lo anterior observando el siguiente diagrama unifilar:

Tomando en cuenta el diagrama, cuando existe un cortocircuito, por ejemplo en el circuito A3, su protección de 20A opera y deja sin energía a todos los contactos conectados a él, sin afectar los demás circuitos ni disparar a la protección principal de 40A.

Caso contrario si se coloca un interruptor termomagnético como protección principal de 30A y otro del mismo valor dentro del centro de carga para el circuito A3, es posible que cuando se presente una falla en este circuito se active la protección del derivado, pero también existe la posibilidad de que opere la principal, en cuyo caso la coordinación de protecciones no existe.