¿Qué es un estudio de coordinación de protecciones y por qué es necesario?
Los dispositivos de protección en un sistema eléctrico ofrecen gran seguridad en todo el esquema, sin importar el tamaño o complejidad; de cualquier manera, un estudio de coordinación de protecciones y cortocircuito son necesarios para estabilizar el sistema. Esto incluye hacer los cambios necesarios, como agregar cargas, reconfigurar el diseño o expandir el sistema.
Asegurarse de que el servicio de un sistema eléctrico permanezca ininterrumpido y eficiente es una prioridad para el diseño y mantenimiento. Debido a que los cortocircuitos no pueden ser eliminados del todo, realizar estos estudios exhaustivamente, así como llevar a cabo la coordinación necesaria por parte de un ingeniero calificado, siempre son prácticas bienvenidas.
¿Qué es un cortocircuito?
Un sistema eléctrico tiene cinco estados operativos: normal, alerta, emergencia, in extremis y recuperación. Generalmente, un sistema puede experimentar una violación de restricciones o inestabilidad en la transmisión o generación, lo que puede hacer que el esquema cambie de normal a falla. La ocurrencia de un cortocircuito indica una condición anormal en la que la corriente va más allá de los límites permisibles en repetidas ocasiones.
En suma, un cortocircuito es un tipo de sobrecorriente que resulta de una baja impedancia entre los conductores energizados que tienen un potencial diferente mientras están operando normalmente.
Una corriente de cortocircuito tiene dos componentes: el estado estable de corriente alterna y el transitorio de la corriente continua. Si bien el primero es asimétrico, el segundo disminuye exponencialmente, dependiendo de la relación entre la reactancia del sistema y la resistencia.
La corriente de cortocircuito depende de la fuente del voltaje y el ángulo de fase de la falla, lo cual determina el grado de la asimetría de la corriente de falla.
El estudio de coordinación de protecciones
Consiste en la selección y configuración de la serie de dispositivos de protección desde la carga corriente arriba hasta la fuente de energía. Esto se logra con una comparación de los tiempos de operación como respuesta ante distintos niveles de sobrecorriente en todos los dispositivos. El objetivo es diseñar un sistema eléctrico coordinado selectivamente. Un estudio de coordinación de protecciones debe hacerse cuando la corriente de cortocircuito disponible de la fuente de energía se incrementa, cuando nuevas cargas grandes se agregan o los equipos existentes son reemplazados por unos de mayor tamaño, cuando una falla apaga gran parte del sistema, y cuando los dispositivos de protección se actualizan.
¿Por qué debe realizarse?
Un estudio de coordinación de protecciones asegura que los sistemas reaccionen de manera predecible ante una falla, así como saber cuánto tiempo estará presente antes de que se tome una acción de protección. Este último dato es muy importante para un estudio de energía incidental, y afectará enormemente la severidad de un arc flash.
Mantener la confiabilidad del sistema eléctrico es crucial para cerciorarse de que el servicio no se verá interrumpido y que los accidentes podrán evitarse.
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¿Cómo se realiza?
Estos son los pasos que deben seguirse:
- Estudio de cortocircuito: se hace un análisis de las corrientes de falla disponibles en un sistema.
- Recolección de datos: recoge información adicional sobre la configuración y clasificación de los dispositivos de protección.
- Datos del fabricante: cada dispositivo de protección cuenta con características de respuesta, las cuales están documentadas en las curvas de tiempo-corriente del fabricante.
- Análisis de computadora: si bien un estudio de coordinación de protecciones puede hacerse manualmente, resulta más sencillo realizarlo con un software especializado. Estos programas cuentan con una librería de curvas de tiempo-corriente para la mayoría de los dispositivos presentes en los sistemas eléctricos. Los que no están en la librería pueden ingresarse para usarse posteriormente. El software permite al ingeniero determinar la configuración óptima que proveerá la mejor protección para el sistema. En algunos casos, la coordinación entre dos dispositivos no es posible. En este caso, el criterio de ingeniería se utiliza para fijar la configuración apropiada que minimizará el daño en el equipo.
- Tabulación de resultados: la configuración y clasificación de cada dispositivo de protección determinadas a partir del análisis se representan en una tabla para compararlas con las de campo.
- Reporte final: describe el alcance del estudio, todos los supuestos, el origen de los datos, los resultados tabulados y las acciones correctivas recomendadas.
¿Cuándo debe hacerse?
El estudio debe realizarse durante la fase de diseño de las instalaciones; sin embargo, este tiene que revisarse cada cierto tiempo, al menos cada cinco años. Así como con otros estudios eléctricos, la protección debe verificarse si han existido cambios en el sistema. Otro momento en el que debe evaluarse es cuando los equipos han experimentado disparos, los cuales pueden haber sido causados por corrientes anormales o un relé defectuoso.
Beneficios de un estudio de coordinación de protecciones
- Reduce el tiempo de inactividad del sistema y evita la interrupción del servicio.
- Previene del daño en equipos y la ocurrencia de cualquier falla.
- Identifica puntos vulnerables en el sistema y corrige segmentos con poca protección.
- Aísla circuitos defectuosos y asegura que no exista más pérdida de energía en el sistema.
- Refuerza la seguridad del personal.
