Capitulo n Gene Rad Ores Cargas Especificas

8/8/2019 Capitulo n Gene Rad Ores Cargas Especificas

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Schneider Electric Gua de diseo de instalaciones elctricas 08

Captulo NGeneradores y cargasespecficas

ndice

Grupos electrgenos: N2proteccin e instalaciones BT1.1 Proteccin del grupo N21.2 Proteccin de la red de BT aguas abajo N51.3 Funciones de control N51.4 Conexin en paralelo del grupo N10Sistemas de alimentacinininterrumpida (SAI) N112.1 Disponibilidad y calidad de la alimentacin elctrica N112.2 Tipos de SAI estticos N122.3 Bateras N15

2.4 Montajes de tomas de tierra para instalaciones con SAI N162.5 Eleccin de esquemas de proteccin N182.6 Instalacin, conexin y adaptacin de cables N202.7 Los SAI y su entorno N222.8 Equipo complementario N22Proteccin de transformadores de BT/BT N243.1 Transformador - Corriente de conexin N243.2 Proteccin para el circuito de alimentacin de untransformador BT/BT N243.3 Caractersticas elctricas tpicas de transformadores BT/BTde 50 Hz N253.4 Proteccin de transformadores BT/BT que utilizaninterruptores automticos Merlin Gerin N25Circuitos de iluminacin N274.1 Las diferentes tecnologas de lmparas N274.2 Caractersticas elctricas de las lmparas N294.3 Problemas de los dispositivos de iluminaciny recomendaciones N344.4 Iluminacin de zonas pblicas N40Motores asncronos N425.1 Funciones para el circuito del motor N42

5.2 Normas N445.3 Aplicaciones N455.4 Valores mximos admisibles de motores instalados en BT N495.5 Compensacin de energa reactiva (correccin del factorde potencia) N49

1

2

3

4

5


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N - Generadores y cargas espec ficas

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Schneider ElectricGu a de dise o de instalaciones el ctricas 08

1 Grupos electr genos:protecci n e instalaciones BT

La mayor a de las instalaciones el ctricas terciarias de gran tama o e industrialescuentan con determinadas cargas importantes para las que deben mantenerse entensi n, en caso de que la alimentaci n el ctrica de la instalaci n falle:c Bien sea por la presencia de sistemas de seguridad (alumbrado de emergencia,equipos autom ticos de protecci n contra incendios, ventiladores de dispersi n dehumos, alarmas y se ales, etc.) o bienc Por tratarse de circuitos prioritarios, como los de algunos equipos, cuya paradasupondr a una p rdida de productividad o da os en m quinas-herramientas, etc.Uno de los medios actuales para mantener la alimentaci n en las llamadas cargasde prioridad , en el caso de que otras fuentes fallen, es instalar un grupo generadorconectado, a trav s de un inversor de redes, a un cuadro auxiliar de alimentaci n deemergencia, desde el que se alimentan los servicios prioritarios (ver Figura N1 ).

G

Inversor de redes

Circuitos con prioridadCircuitos sin prioridad

ATBT

Fig. N1: Ejemplo de circuitos alimentados desde un transformador o un generador.

1.1 Protecci n del grupoLa Figura N2 muestra los par metros de adaptaci n el ctrica de un grupo.P n, Un e I n son, respectivamente, la potencia del motor t rmico, la tensi n nominal yla corriente nominal del grupo.

Fig. N2: Diagrama de bloque de un grupo.

Motortrmico

R

U n , n

P n

S

G

N

I

Protecci n contra las sobrecargasDebe analizarse la curva de protecci n del grupo (ver Figura N3 ).Las normas y los requisitos de las aplicaciones tambi n pueden ocasionarcondiciones de sobrecarga espec ficas. Por ejemplo:

t (s)

1

0

0

32

1,1

71012

100

1.000

Sobrecargas1,2 1,5 2 3 4 5

I

n I

Fig. N3: Ejemplo de una curva de sobrecarga t = f( I / I n ).

I / I n t1,1 > 1 h1,5 30 s

Las posibilidades de ajuste de los dispositivos de protecci n contra las sobrecargas(o temporizaci n de larga duraci n) seguir n de cerca estos requisitos.Nota acerca de las sobrecargas:c Por razones econ micas, el motor t rmico de un grupo electr geno debe estarestrictamente adaptado a su potencia nominal. Si hay una sobrecarga de potenciaactiva, el motor generador se calar . El equilibrio de potencia activa de las cargas deprioridad debe tenerse en cuenta.c Un conjunto de producci n debe ser capaz de resistir sobrecargas defuncionamiento:v Sobrecarga de una hora.v 10% de sobrecarga de una hora cada 12 horas (potencia principal).


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Schneider Electric Gu a de dise o de instalaciones el ctricas 08


Protecci n contra las corrientes de cortocircuitoCorriente de cortocircuitoLa corriente de cortocircuito es la suma de:c Una corriente aperi dica.c Una corriente sinusoidal amortiguada.

La ecuaci n de corriente de cortocircuito muestra que se hace en tres fases(ver Figura N4 ):

Fig. N4: Nivel de corriente de cortocircuito durante las 3 fases.

I rms

0,3 n

3 n

n

Generador con excitaci no sobreexcitaci n

Generador con excitaci nserie

t (s)

Aparece el defecto

10 a 20 ms0

0

0,1 a 0,3 s

1 - Condiciones transitoriassecundarias

2 - Condiciones transitorias3 - Condiciones de estado fijo

1 2 3

I

I

I

c Fase subtransitoria:Cuando aparece un cortocircuito en los terminales de un grupo, la corriente segenera al principio en un valor relativamente alto comprendido entre 6 y 12 I ndurante el primer ciclo (de 0 a 20 ms).Tres par metros definen la amplitud de la corriente de salida del cortocircuito:v La reactancia subtransitoria del grupo.v El nivel de excitaci n anterior al tiempo del defecto.v La impedancia del circuito defectuoso.La impedancia del cortocircuito del grupo que se tendr en cuenta es la reactanciasubtransitoria que el fabricante X'' d expresa como porcentaje de Uo (tensi n fase aneutro). El valor t pico es del 10 al 15%.Determinaci n de la impedancia subtransitoria del cortocircuito del grupo:

c Fase transitoria.La fase transitoria se sit a entre 100 y 500 ms despu s del momento del defecto.Partiendo del valor de la corriente de defecto del per odo subtransitorio, la corrientecae de 1,5 a 2 veces la corriente I n.La impedancia del cortocircuito que debe tenerse en cuenta para este per odo esla reactancia transitoria que el fabricante X'd expresa como un porcentaje de Uo.El habitual es del 20 al 30%.c Fase fija.La fase fija tiene lugar por encima de 500 ms.Cuando persiste el defecto, la tensi n de salida establecida cae y la regulaci n delexcitador intenta alcanzar la tensi n de salida. El resultado es una corriente decortocircuito mantenida y estabilizada:v Si la excitaci n del grupo no aumenta durante un cortocircuito (no haysobreexcitaci n de campo), pero se mantiene en el nivel previo al defecto, lacorriente se estabiliza en un valor proporcionado por la reactancia s ncrona X d delgrupo. El valor t pico de X d es mayor del 200%. Por lo tanto, la corriente final ser menor que la corriente de m xima carga del grupo, generalmente alrededorde 0,5 I n.v Si el grupo est equipado con excitaci n de campo m xima (cancelaci nde campo) o con excitaci n de componente, la sobretensi nde excitaci nprovocar que la corriente de defecto se incremente 10 segundos, generalmentehasta 2 a 3 veces la corriente de m xima carga del grupo.

X'' d (ohmios) = ; donde S = 3 Un I nU2 d

100 S


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C lculo de la corriente de cortocircuitoLos fabricantes, por regla general, especifican los valores de impedancia y lasconstantes de tiempo necesarias para el an lisis de operaciones en condicionesfijas o transitorias (ver la Figura N5 ).

Fig. N5: Ejemplo de tabla de impedancia.

Las resistencias siempre son inapreciables en comparaci n con las reactancias.Los par metros para el estudio de la corriente de cortocircuito son:c Valor de la corriente de cortocircuito en los terminales del grupo.La resistencia de la corriente de cortocircuito en condiciones transitorias es:

( X d en ohmios)

o

( X d en %)

Un es la tensi n compuesta de salida del grupo (fuente principal).Nota: Este valor puede compararse con la corriente de cortocircuito en losterminales de un transformador. Por tanto, a igual potencia, las corrientes de uncortocircuito pr ximas al grupo ser n entre 5 y 6 veces m s d biles que las quepuedan producirse con un transformador (fuente principal).

Esta diferencia se acent a todav a m s por el hecho de que la potencia establecidadel grupo es habitualmente menor que la del transformador (ver la Figura N6 ).

Fig. N6: Ejemplo de un cuadro de servicios prioritarios suministrados (en caso de emergencia)desde un grupo auxiliar.

Cuando la fuente principal suministra a la red BT 1 de 2.000 kA, la corriente decortocircuito es de 42 kA en la canalizaci n del cuadro BT principal. Cuando elgrupo suministra a la red BT 2 de 500 kVA con reactancia transitoria del 30%, lacorriente de cortocircuito se produce a aproximadamente 2,5 kA; por ejemplo, a unvalor 16 veces m s d bil que con la fuente principal.


GS

Circuitos con prioridadCircuitos sin prioridad

MT

Fuente 1

Principal/auxiliar

NC NA

NC: normalmente cerradoNA: normalmente abierto

NC

D1 D2

2.000 kVA

42 kA

500 kVA

2.5 kA

BT

I sc3

n

d

=1

3

U X

I I

sc3n

d

= 100 x

(kVA) 75 200 400 800 1.600 2.500 X d (%) 10,5 10,4 12,9 10,5 18,8 19,1 X d (%) 21 15,6 19,4 18 33,8 30,2 X d (%) 280 291 358 280 404 292


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1.2 Protecci n de la red de BT aguas abajoProtecci n del circuito prioritarioElecci n de la capacidad de corteDebe comprobarse sistem ticamente con las caracter sticas de la fuente principal(transformador de alta/baja tensi n).Elecci n y ajuste de las bobinas de temporizaci n de corta duraci nc Cuadros de distribuci n secundaria.El calibre de los dispositivos de protecci n para los circuitos de distribuci nsecundaria y final siempre son menores que la corriente nominal del grupo.Por lo tanto, excepto en casos especiales, las condiciones de suministro deltransformador son similares.c Cuadro de distribuci n principal de BT:v La adaptaci n de los dispositivos de protecci n de las unidades de alimentaci nprincipales suele ser parecida a la del grupo. El ajuste de la temporizaci n de cortaduraci n (ISD) debe adaptarse a las caracter sticas de cortocircuito del grupo (ver elapartado anterior Protecci n contra las corrientes de cortocircuito ).v

La selectividad de los dispositivos de protecci n de las unidades de alimentaci nprioritarias debe proporcionarse en la operaci n del grupo (incluso puede serobligatoria para las unidades de alimentaci n de seguridad). Es necesario verificarla alternancia correcta del ajuste ISD de los dispositivos de protecci n de lasunidades de alimentaci n principales con la de los dispositivos de protecci n dedistribuci n secundaria aguas abajo (generalmente se establece en 10 I n para loscircuitos de distribuci n).Nota: Al operar en el grupo, la utilizaci n de un dispositivo de corriente residual debaja sensibilidad permite gestionar el defecto de aislamiento y garantiza unaselectividad muy sencilla.

Seguridad de las personasEn los sistemas inform ticos (2. defecto) y de conexi n a tierra TN, la protecci n delas personas contra los contactos indirectos se proporciona mediante la protecci nISD de los interruptores autom ticos. Ante un defecto debe garantizarse sufuncionamiento, ya sean la fuente principal (transformador) o la fuente de sustituci n(grupo) las que proporcionen la instalaci n.C lculo de la corriente de defecto de aislamientoReactancia de secuencia cero que el fabricante X'o formula como un porcentajede Uo. El valor t pico es el 8%.La corriente de cortocircuito monof sica de fase a neutro viene dada por:

La corriente de defecto de aislamiento en el esquema TN es ligeramente mayor quela corriente de defecto trif sica. Por ejemplo, en el caso de un defecto deaislamiento del sistema del ejemplo anterior, la corriente de defecto de aislamientoequivale a 3 kA.

1.3 Funciones de controlDebido a las caracter sticas espec ficas del grupo y a su regulaci n, debecontrolarse el correcto mantenimiento de sus par metros de funcionamiento cuandose apliquen cargas especiales.El comportamiento del grupo difiere con respecto al del transformador:c La potencia activa que suministra est optimizada para un factor de potencia = 0,8.c Cuando el factor de potencia es menor de 0,8, el grupo puede, por un incrementode la excitaci n, suministrar parte de la potencia reactiva.

Bater a de condensadoresLa entrada en funcionamiento de un grupo estando en tensi n la bater a decondensadores, puede generar un aporte de reactiva desmesurado que aumentar aconsiderablemente la tensi n en bornas del grupo.Por lo que, al entrar el grupo, las bater as de condensadores deben estardesconectadas; esto se consigue actuando sobre el circuito de alimentaci n delregulador o sobre el interruptor de entrada a la bater a de condensadores.

Rearranque y reaceleraci n del motorUn grupo puede suministrar como m ximo en per odo transitorio una corriente deentre 3 y 5 veces su corriente nominal.Un motor absorbe aproximadamente 6 I n en un tiempo que var a entre 2 y 20 sdurante el arranque.

I f

n

d 0

=U

2X' X'3

+


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Si el valor de P motores es alto, el arranque simult neo de las cargas genera unacorriente de rearme elevada que puede resultar perjudicial: ca da de tensi nelevada debido al elevado valor de las reactancias transitorias y subtransitorias del

propio grupo (del 20 al 30%), con riesgo de:c Defecto de arranque de los motores.c Aumento de la temperatura asociado al tiempo de arranque prolongado debidoa la ca da de tensi n.c Disparo de los dispositivos de protecci n trmica.Por otra parte, la red y los accionadores se ven alterados por la ca da de tensi n.

Aplicaci n (ver la Figura N7 ).Un grupo suministra a un conjunto de motores.Caracter sticas de cortocircuito del grupo:P n = 130 kVA a un factor de potencia de 0,8, I n = 150 A. X'd = 20% (por ejemplo) por consiguiente I cc = 750 A.c El valor de P motores es 45 kW (45% de la potencia del grupo).Clculo de la ca da de tensi n al arrancar:S motores = 45 kW, I m = 81 A, de ah un I d de corriente de arranque = 480 Adurante 2 a 20 s.Ca da de tensi n en la barra de bus para arranque simult neo del motor: U = 55%que no es tolerable para motores (defecto al arrancar).c El valor de P motores es 20 kW (20% de la potencia del grupo).Clculo de la ca da de tensi n al arrancar: Motores = 20 kW, I m = 35 A, de ah un I d de corriente de arranque = 210 Adurante 2 a 20 s.Ca da de tensi n en el embarrado: U = 10%que es aceptable (seg n el tipo de cargas) pero alta.


Fig. N7: Rearranque de los motores prioritarios ( P > 1/3 P n ).

Sugerencias para el rearranquec Si la P mx. del motor m s elevada > , se debe instalar un arrancadorprogresivo en este motor.

c Si el valor de P motores > , el rearranque en cascada del motor debe ser

gestionado por un PLC.

c Si el valor de P motores < , no hay problemas de rearranque.

G

Cargas resistivasMotores

PLC

FN

Control remoto 1

Control remoto 2

F F F

13 n

P

13 n

P

1

3nP


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Cargas no lineales: ejemplo de un SAICargas no linealesSon principalmente:c Circuitos magn ticos saturados.c Lmparas de descarga, luces fluorescentes.c Convertidores electr nicos.c Sistemas de proceso inform tico: PC, ordenadores, etc.Estas cargas generan corrientes arm nicas: suministrado por un grupo, esto puedecrear distorsi n de tensi n alta debido a la poca potencia de cortocircuito del grupo.Fuente de alimentaci n sin interrupci n (SAI) (ver la Figura N8 )La combinaci n de un SAI y un grupo es la mejor soluci n para garantizarun suministro de calidad con gran autonom a para la alimentaci n decargas prioritarias.Al mismo tiempo una carga no lineal debido al rectificador de entrada. En el cambiode fuente, la autonom a del SAI debe permitir el arranque y la conexi n delgrupo.

Alimentaci n SAILa alimentaci n de entrada del SAI debe permitir:c La potencia nominal de las cargas aguas abajo. Es la suma de las potenciasaparentes P a absorbidas por cada aplicaci n. Adem s, para no sobredimensionar lainstalaci n, se deben considerar las capacidades de sobrecarga a nivel SAI (porejemplo: 1,5 I n durante 1 minuto y 1,25 I n durante 10 minutos).c La potencia necesaria para recargar la bater a: esta corriente es proporcional a laautonom a necesaria para una alimentaci n determinada. La dimensi n S r de unSAI viene dada por la f rmula:S r = 1,17 P nEn la Figura N9 de la p gina siguiente se definen las corrientes de rearme y losdispositivos de protecci n para el suministro del rectificador (Red el ctrica 1)y de la red auxiliar (Red el ctrica 2).

Fig. N8: Grupo - Combinaci n SAI para energ a de calidad.


G

Cargasprioritarias

Alimentador 2red el ctrica

Alimentador 1red el ctrica

Fuente de alimentaci nsin interrupci n

Cargas noprioritarias

Instalaci n el ctricaEntrada AT

NC NA

N/S


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Fig. N9: Corriente de rearme y dispositivo de protecci n de suministro al rectificador y red

auxiliar.

Potencia nominal Valor de corriente (A) P n (kVA) Red 1 con bater a 3 P h Red aplicaci n 2 o 3 P h

400 V - I1 400 V - Iu40 86 60,560 123 9180 158 121100 198 151120 240 182160 317 243200 395 304250 493 360300 590 456400 793 608500 990 760600 1.180 912800 1.648 1.215

Fig. N10: Arranque progresivo de un rectificador de tipo 2 SAI.


Grupo/SAIc Rearranque del rectificador de un grupo.El SAI puede estar equipado con un sistema de arranque progresivo con objeto deevitar corrientes de rearme nocivas cuando en la instalaci n existan interruptorespara el grupo (ver la Figura N10 ).

c Distorsi n de arm nicos y tensi n.La distorsi n de la tensi n total t viene definida por:

donde Uhn es el arm nico de tensi n de orden n .Este valor depende de:v Las corrientes de arm nicas que genera el rectificador (proporcionales a la

potencia S r del rectificador).v La reactancia X d subtransitoria longitudinal del grupo.v La potencia S g del grupo.

Definimos la tensi n de cortocircuito relativa del grupo, distribuida

en la potencia del rectificador; por ejemplo, t = f (URcc ).

20 ms 5 a 10 s

t (s)

Red el ctrica 1

Inicio GS

Inicio cargadorUPS

(%) = h2

f

UU

n

U X SSRcc d

r

g

(%) =


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Fig. N11: Gr fico para calcular distorsi n de arm nica de tipo 3.

Nota 1: Cuando la reactancia subtransitoria es grande, la distorsi n arm nica es,generalmente, demasiado elevada en comparaci n con el valor tolerado (7 a 8%)para una amortizaci n econ mica razonable del grupo: una soluci n rentable yapropiada ser a la utilizaci n de un filtro.Nota 2: La distorsi n arm nica no es nociva para el rectificador pero puede sernociva para el resto de cargas suministradas en paralelo con el rectificador.

Aplicaci nGrfico para encontrar la distorsi n en funci n de URcc (ver la Figura N11 ).

El gr fico da:c Ya sea como una funci n de U' Rcc .c O U' Rcc como una funci n de .A partir de ah se determina la adaptaci n del grupo, S g.Ejemplo: Adaptaci n del grupoc 300 kVA SAI sin filtro, reactancia subtransitoria del 15%.La potencia S r del rectificador es S r = 1,17 300 kVA = 351 kVA.

Para un < 7%, el gr fico da una U' Rcc = 4%, la potencia S g es:

c 300 kVA SAI con filtro, reactancia subtransitoria del 15%.Para un = 5%, el c lculo da una U' Rcc = 12%, la potencia S g es:

Nota: Con un transformador aguas arriba de 630 kVA del SAI de 300 kVA sin filtro,se obtendr a una relaci n de 5%.El resultado es que esta operaci n estar continuamente controlada en el grupo enrelaci n con las corrientes de arm nicos.Si la distorsi n arm nica de tensi n es elevada, el uso de un filtro en la red es lasoluci n m s efectiva para devolver los valores tolerados por cargas prioritarias.

(%) (distorsi n de tensi n arm nica)

U RCC = X dS rS g1 20

01

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Sin filtro

Con filtro(incorporado)

12

13

14

15

16

17

18

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Sg = 351

154

1.400 kVA.

S

g = 3511512

500kVA.


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(1) El esquema est en TN-C para los grupos que se ven como elgrupo y en TN-S para los que se ven como cargas .

Fig. N12: Defecto de aislamiento dentro de un grupo.

Fig. N13: Direcci n de transferencia de energ a - Grupo como grupo.

Fig: N14: Direcci n de transferencia de energ a - Grupo comouna carga.

1.4 Conexi n en paralelo del grupoConexi n en paralelo del grupo independientemente del tipo de aplicaci n fuente

de seguridad, fuente de sustituci n o fuente de producci n requiere una gesti nms precisa de la conexi n; por ejemplo, funciones de control adicionales.Funcionamiento en paraleloMientras los grupos producen energ a en paralelo con la misma carga, deben estarbien sincronizados (tensi n, frecuencia) y la distribuci n de carga debe estarcorrectamente equilibrada. Esta funci n la lleva a cabo el regulador de cada grupo(regulaci n trmica y de excitaci n). Los par metros (frecuencia, tensi n) secontrolan antes de la conexi n: si los valores de estos par metros son correctos,puede establecerse la conexi n.Defectos de aislamiento (ver la Figura N12 )Un defecto de aislamiento en el interior de la carcasa met lica de un conjunto degrupos puede deteriorar gravemente el grupo de este juego si ste se parece a uncortocircuito de monof sico a neutro. El defecto puede detectarse y eliminarserpidamente, de lo contrario los otros grupos generar n energ a en el defecto y sedisparar n durante una sobrecarga: no se podr garantizar la continuidad delsuministro a la instalaci n.La protecci n de defectos a tierra (GFP) integrada en el circuito del grupo se utilizapara:c Desconectar r pidamente el grupo defectuoso y mantener la continuidad delsuministro.c Actuar en los circuitos de control del grupo defectuoso para detenerlo y reducir elriesgo de da os.Si este GFP es del tipo Sensibilidad residual y debe instalarse lo m s cerca posibledel dispositivo de protecci n seg n un esquema TN-C/TN-S (1) en cada grupo conconexi n a tierra de marcos mediante un PE separado, este tipo de protecci n sedenomina normalmente Defecto a tierra limitado .

Defectos del grupo como una carga (ver las Figuras N13 y N14 )Uno de los grupos conectados en paralelo puede dejar de funcionar como un grupoy hacerlo como un motor (por la p rdida de excitaci n por ejemplo). Esto puedegenerar sobrecarga en el otro grupo (o grupos) y, por consiguiente, dejar lainstalaci n el ctrica sin funcionamiento.Para comprobar que el grupo est suministrando realmente potencia a la instalaci n(funcionamiento como grupo), es necesario verificar la correcta direcci n de flujo dela energ a en la canalizaci n de acoplamiento mediante una verificaci n dealimentaci n inversa espec fica. Si se produjera un defecto; por ejemplo, el grupofunciona como un motor, esta funci n eliminar el grupo defectuoso.

Conexi n a tierra de los grupos conectados en paraleloLa conexi n a tierra de los grupos conectados puede conllevar la circulaci n decorrientes defectuosas de tierra (arm nicos de 3. er orden y m ltiplos de 3) por laconexi n de neutros en la conexi n a tierra com n (la aparamenta a tierra de tipoTN o TT). Por lo tanto, para evitar que estas corrientes fluyan entre los grupos, esrecomendable instalar una resistencia de desacoplamiento en el circuito deconexi n a tierra.

reaprotegida

Grupo n. 1

Fases

N

PE

PENPEN PE

PE

PE

Grupo n. 2

rea sinproteger

RS RS

G

Entrada MT

BT

Barraconductora AT

F F

G

Entrada MT

BT

Barraconductora AT

F F


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2 Sistemas de alimentacinininterrumpida (SAI)

2.1 Disponibilidad y calidad de la alimentacinelctricaLas perturbaciones descritas anteriormente pueden afectar a:c La seguridad de la vida humana.c La seguridad de los bienes.c La viabilidad econmica de una compaa o de un proceso de produccin.Por lo tanto, las perturbaciones deben eliminarse.Determinadas soluciones tcnicas contribuyen a este objetivo con distintos gradosde efectividad. Pueden compararse estas soluciones segn dos criterios:c Disponibilidad de la energa suministrada.c Calidad de la energa suministrada.Puede pensarse en la disponibilidad de energa elctrica como el tiempo por aoque esta est presente alimentando la carga. La disponibilidad se ve principalmenteafectada por interrupciones de energa debidas a cortes en la instalacin o defectoselctricos.Para limitar el riesgo, existen varias soluciones:c Divisin de la instalacin de manera que se utilicen varias fuentes diferentes envez de una sola.c Subdivisin de la instalacin en circuitos prioritarios y no prioritarios, donde, sifuera necesario, otra fuente disponible puede obtener energa de la suministrada alos circuitos prioritarios.c Deslastrado, segn convenga, de modo que pueda utilizarse una energa nominalreducida disponible para suministrar potencia auxiliar.c Seleccin de un montaje de toma de tierra adecuado en pro de la continuidad delservicio; por ejemplo, sistemas informticos.c Selectividad de dispositivos de proteccin (disparo selectivo) para limitar lasconsecuencias de un defecto en una parte de la instalacin.Debe observarse que el nico modo de garantizar la disponibilidad de laalimentacin respecto a los cortes en la instalacin es proporcionar, adems de lasmedidas indicadas anteriormente, una fuente alterna autnoma, al menos para lascargas prioritarias (ver laFigura N15).

Fig. N15: Disponibilidad de energa elctrica.

Circuitos prioritariosCircuitos no prioritarios

Fuente alterna2,5 kA G

Esta fuente sustituye a la principal en caso de problema, pero deben tenerseen cuenta dos factores:c El tiempo de transferencia (tiempo requerido para el cambio) que debe seraceptable para la carga.c El tiempo de funcionamiento durante el que puede suministrar a la carga.La calidad de la energa elctrica est determinada por la eliminacin de lasperturbaciones que se muestran en la tabla de la pgina anterior en bornes decarga.Una fuente alterna es un medio de garantizar la disponibilidad de energa enbornes de carga, sin embargo, no garantiza, en muchos casos, la calidad respectode las perturbaciones anteriormente citadas.


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Hoy en d a, muchas aplicaciones electr nicas sensibles requieren un suministro deenerg a el ctrica que no contenga estas perturbaciones, es decir sin cortes, contolerancias m s estrictas que las de la instalaci n.

En este caso, por ejemplo, para centros inform ticos, intercambios telef nicosy muchos controles de procesos industriales y sistemas de control.Estas aplicaciones requieren soluciones que garanticen tanto la disponibilidad comola calidad de la energ a el ctrica.La soluci n SAILa soluci n para aplicaciones sensibles es proporcionar una interfaz de potenciaentre la instalaci n y las cargas sensibles, suministrando tensi n que est :c Libre de todas las perturbaciones presentes en la instalaci n y sea compatible conlas estrictas tolerancias que requieren las cargas.c Disponible en caso de corte en la instalaci n, dentro de las toleranciasespecificadas.Los SAI (sistemas de alimentaci n ininterrumpida) satisfacen estos requisitos entrminos de disponibilidad y calidad de energ a mediante:c Suministro de tensi n adaptada a las estrictas tolerancias a trav s del uso de uninversor.c

Suministro de una fuente alterna aut noma a trav s del uso de una bater a.c Reemplazamiento de la energ a, de la instalaci n, sin interrupci n, mediante eluso del contactor est tico.Estas caracter sticas convierten a SAI en la fuente ideal para todas las aplicacionessensibles, porque garantizan disponibilidad y calidad de energ a sea cual sea elestado de la instalaci n.Un SAI est formado por:c Rectificador/cargador, genera la CC para cargar una bater a y dar suministro a uninversor.c Inversor, que produce energ a el ctrica de calidad, por ejemplo:v Sin ninguna perturbaci n de la instalaci n, especialmente microcortes.v Dentro de tolerancias compatibles con los requisitos de dispositivos electr nicossensibles (por ejemplo, para el SAI Galaxy, tolerancias en amplitudes de 1% yfrecuencia de 0,5%, comparadas a 10% y 5% en las fuentes est ndar de lasinstalaciones, lo que corresponde a factores de mejora de 10).c Bater a, proporciona tiempo de seguridad suficiente (de 8 minutos a 1 horao m s) para garantizar la seguridad de vidas y bienes durante el tiempoestablecido.c Interruptor est tico, dispositivo basado en un semiconductor que transfiere lacarga desde el inversor a la instalaci n y viceversa, sin interrupci n en el suministrode energ a.

2.2 Tipos de SAI est ticosLos tipos de SAI est ticos est n definidos en la norma IEC 62040.La norma distingue tres modos de funcionamiento:c SAI pasivo (antes off-line).c SAI interactivo.c SAI doble conversi n (antes on-line).Estas definiciones se refieren al funcionamiento de los SAI respecto de la fuente deenerg a, incluyendo el sistema de distribuci n aguas arriba del SAI.La norma IEC 62040 define los t rminos siguientes:c

Energ a primaria: energ a disponible, generalmente de forma continua, que suelesuministrar una compa a el ctrica, pero que a veces procede de la generaci npropia del usuario.c Energ a auxiliar: energ a que sirve para sustituir a la primaria en caso de que stafalle.c Energ a derivada: energ a suministrada a trav s de la red de apoyo.Hablando de forma pr ctica, un SAI est equipado con dos entradas de CA, que enesta gu a se denominan entrada CA normal y entrada CA de apoyo.c La entrada CA normal, entrada de red 1, recibe suministro de la potencia primaria;por ejemplo, mediante un cable conectado a una unidad de alimentaci n de lainstalaci n aguas arriba o del sistema de distribuci n privado.c La entrada CA de apoyo, entrada de red 2, generalmente recibe suministro de laenerg a auxiliar; por ejemplo, mediante un cable conectado a una unidad dealimentaci n aguas arriba distinta de la que da suministro a la entrada CA normal, yproviene de una fuente alterna (por ejemplo, un grupo electr geno, otro SAI, etc.).Cuando no hay disponibilidad de energ a auxiliar, la entrada CA de puenteo recibesuministro de la energ a primaria (segundo cable paralelo al conectado a la entradaCA normal).La entrada CA de puenteo se utiliza para dar suministro a la(s) l nea(s) de apoyo delSAI si existiera(n). Por consiguiente, la(s) l nea(s) de apoyo recibe(n) suministro dela energ a primaria o auxiliar, en funci n de la disponibilidad de una fuente deenerg a auxiliar.

2 Sistemas de alimentaci nininterrumpida (SAI)


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N 13


Funcionamiento del SAI en modo pasivo (off-line)Principio de funcionamientoEl inversor est conectado en paralelo a la entrada CA en espera (ver la Figura N16 ).c Modo normal.La carga recibe suministro de potencia de la instalaci n a trav s de un filtro queelimina determinadas perturbaciones seg n la norma configuraci n UFD, tensi n yfrecuencias dependientes de la entrada. El inversor funciona en modo pasivo.c Modo de bater a de reserva.Cuando la tensi n de entrada CA no cumple las tolerancias especificadas para elSAI o bien la instalaci n falla, el inversor y la bater a se ponen en funcionamientopara garantizar un suministro continuo de energ a a la carga despu s de un tiempode transferencia muy corto (


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N 14

c Modo de apoyo.Este tipo de SAI est generalmente equipado con un sistema de apoyo, al que sedenomina interruptor est tico (ver la Figura N18 ).

La carga puede transferirse sin interrupci n a la entrada CA de apoyo (que recibesuministro de la instalaci n o fuente auxiliar, en funci n del tipo de instalaci n), encaso de que ocurra lo siguiente:v Fallo del SAI.v Transitorios de corriente de carga (corrientes de entrada o de defecto).v Carga m xima.No obstante, la presencia de un sistema de apoyo considera que las frecuencias deentrada y de salida son id nticas, y si los niveles de tensi n no son los mismos, senecesitar un transformador.Para determinadas cargas, el SAI debe estar sincronizado con la potencia derivadapara garantizar continuidad en el suministro de carga. M s a n, cuando el SAI seencuentra en modo de apoyo, una perturbaci n de la fuente de entrada CA puedetransmitirse directamente a la carga porque el inversor ya no entra enfuncionamiento.Nota: Otra l nea de apoyo, a la que suele denominarse apoyo de mantenimiento,est disponible con este fin. Su cierre se efect a mediante un interruptor manual.

Modo normal

Bater a

Si s lo una entrada de CA

Inversor

Entrada CAnormal

Entrada CAderivada

Interruptorest tico(derivaci nest tica)

Derivaci n demantenimientomanual

Carga

Modo de reserva de bater aModo de derivaci n

Fig. N18: Funcionamiento del SAI en modo de doble conversi n (on-line).

Utilizaci nEn esta configuraci n, el tiempo necesario para transferir la carga al inversor esinapreciable debido al interruptor est tico.Por otra parte, la tensi n y frecuencia de salida no dependen de las condiciones dela tensi n y frecuencia de entrada. Esto quiere decir que, cuando se dise a con esteprop sito, el SAI puede funcionar como un conversor de frecuencia.Hablando de forma pr ctica, sta es la configuraci n principal que se utiliza pararangos de potencia entre media y alta (de 10 kVA en adelante). En el resto de estecap tulo se considerar solamente esta configuraci n.Nota: A este tipo de SAI tambi n se le suele denominar on-line , lo que significa queel inversor da suministro constante a la carga, independientemente de las condicionesde la fuente de entrada CA. No obstante, este t rmino es enga oso porque tambi nsugiere con suministro de potencia de la instalaci n cuando, en realidad, la cargarecibe suministro de la potencia restituida por el sistema de conversi n doble. Por eso,la norma IEC 62040 recomienda el t rmino doble conversi n.



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N 15


2.3 Bater asSelecci n de un tipo de bater aUna bater a est compuesta de celdas interconectadas, que pueden ser abiertas,cerradas o herm ticas.Existen dos familias de bater as principales:c Bater as de n quel-cadmio.c Bater as de plomo, de las que distinguimos dos tipos:v Bater as de plomo abiertas, equipadas con una v lvula para liberar a la atm sferael ox geno e hidr geno producidos durante las diferentes reacciones qu micas, ypara rellenar el electrolito a adiendo agua destilada o desmineralizada.v Bater as de plomo herm ticas, en las que la tasa de recombinaci n de los gasesinternos generados en los procesos de carga y descarga es >95%, por lo que norequieren que se les a ada agua durante su vida til..Los principales tipos de bater as que se utilizan con los SAI son:c Bater as de plomo herm ticas, utilizadas en el 95% de los casos, ya que sonfciles de mantener y no necesitan mucho espacio.c Bater as de plomo abiertas.c Bater as de n quel-cadmio abiertas.Seg n los factores econ micos y los requisitos de funcionamiento de la instalaci n,pueden proponerse los tres tipos de bater as que acaban de mencionarse con todaslas duraciones de vida til disponibles.Los niveles de capacidad y los tiempos de respaldo pueden adaptarse a lasnecesidades del usuario. Las bater as propuestas tambi n se adaptanperfectamente a las aplicaciones SAI porque son el resultado de la colaboraci n conlos fabricantes l deres del mercado.

Selecci n del tiempo de apoyo (autonom a)La selecci n depende de:c La duraci n media de los fallos del sistema de potencia.c Cualquier potencia auxiliar de larga duraci n (generador de motores, etc.).c El tipo de aplicaci n.El rango t pico que se suele proponer es:c Tiempos de apoyo (autonom a) 10, 15 o 30 minutos.c Tiempos de apoyo (autonom a) personalizados.Se aplican las siguientes reglas generales:c Aplicaciones inform ticas.La autonom a de la bater a debe ser suficiente para que se puedan guardar losarchivos y llevar a cabo los procedimientos de apagado del sistema necesarios paragarantizar una desconexi n controlada del sistema inform tico.Por regla general, el departamento de inform tica determina el tiempo de apoyonecesario en funci n de sus necesidades espec ficas.c Procesos industriales.El clculo de la autonom a deber a tener en cuenta el coste econ mico que suponeuna interrupci n del proceso y el tiempo necesario para volver a iniciarlo.

Tabla de selecci nEn la Figura N19 de la p gina siguiente se resumen las principales caracter sticasde los diferentes tipos de bater as.Cada vez m s, las bater as herm ticas parecen ser la elecci n del mercado por lassiguientes razones:c No necesitan mantenimiento.c Fcil instalaci n.c Instalaci n en cualquier tipo de espacio (salas inform ticas, espacio t cnico noespec ficamente pensado para bater as, etc.).En algunos casos, sin embargo, son preferibles las bater as abiertas, especialmentepor:c Larga vida til.c Amplios tiempos de autonom a.c Potencias nominales altas.Las bater as abiertas deben instalarse en habitaciones especiales que cumplanrequisitos precisos, y requieren de un mantenimiento apropiado.


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N 16

M todos de instalaci nEn funci n de la gama de SAI, de la capacidad de la bater a y del tiempo deautonom a, la bater a es:c De tipo herm tico y alojada en el armario de SAI.c De tipo herm tico y alojada en armarios (de uno a tres).c De tipo abierta o herm tica y montada en un rack. En este caso, el m todode instalaci n puede ser:v En estanter as (ver la Figura N20 ).Este m todo de instalaci n es posible para bater as herm ticas sin mantenimientoque no necesiten rellenar el electrolito.v Montaje en grada (ver la Figura N21 ).Este m todo de instalaci n es adecuado para todos los tipos de bater as yespecialmente para las abiertas, dado que la verificaci n de niveles y el rellenadoson sencillos.v En armarios (ver la Figura N22 ).Este m todo de instalaci n es adecuado para bater as herm ticas. Es f cil demontar y ofrece m xima seguridad.

2.4 Montajes de tomas de tierra para instalacionescon SAILa aplicaci n de sistemas de protecci n, que se estipulan en las normas, parainstalaciones con SAI requiere tomar determinadas precauciones por las siguientesrazones:c El SAI desempe a dos papeles:v Uno de carga para el sistema aguas arriba.v Otro de fuente de energ a segura para el sistema aguas abajo.c Cuando la bater a no esta instalada en un armario, un defecto de aislamientoen el sistema de CC puede provocar el flujo de un componente CC residual.ste puede perturbar el funcionamiento de determinados dispositivos de protecci n,especialmente RCD utilizados para la protecci n de personas.

Protecci n contra los contactos directos (ver la Figura N23 )Todas las instalaciones satisfacen los requisitos aplicables porque el equipo est alojado en armarios que proporcionan un grado de protecci n IP20. Incluso parauna bater a alojada en un armario.Cuando las bater as no est n instaladas en un armario, sino, por ejemplo, en unahabitaci n especial, deber an aplicarse las medidas que se muestran al final de estecap tulo.Nota: El sistema TN (versi n TN-S o TN-C) es el que se recomienda con mayorfrecuencia para el suministro de sistemas inform ticos.

Fig. N19: Principales caracter sticas de los diferentes tipos de bater as.

Fig. N20: Montaje en estanter a.

Fig. N21: Montaje en grada.

Fig. N22: Montaje en armario.

Fig. N23: Principales caracter sticas de los montajes de tomas de tierra del sistema.

Tipo de montaje Sistema IT Sistema TT Sistema TNFuncionamiento c Se aliz. del primer defecto de aislamiento c Desconexi n en el primer defecto c Desconexi n en el primer defecto

c Localizac. y eliminaci n del primer defecto de aislamiento de aislamientoc Desconex. en el segundo defecto de aislam.

Tcnicas para la protecci n c Interconexi n y conexi n a tierra c Conexi n a tierra de piezas conduc. c Interconexi n y conexi n a tierra dede personas de piezas conductoras combinada con el uso de RCD piezas conductoras e imperativo neutro

c Supervisi n del primer defecto mediante un c El primer defecto de aislamiento c El primer defecto de aislamientodispositivo de control de aislamiento (IMD) provoca la interrupci n al detectar provoca la interrupci n al detectarc El segundo defecto provoca la interrupci n corrientes de fugas sobreintensidades (interruptor autom ticodel circuito (interruptor autom tico o fusible) o fusible)

Ventajas e inconvenientes c Soluciones que ofrecen la mejor continuidad c Es la soluci n m s sencilla en c Soluci n econom. en t rminos de instalaci ndel servicio (se indica el primer defecto) t rminos de dise o e instalaci n c Dise o complejo (c lculo de lasc Requiere personal de supervisi n c No se requiere dispositivo de control impedancias de bucle)competente (localizaci n del primer defecto) de aislamiento (IMD) c Se requiere personal cualificado para su

c No obstante, cada defecto provoca funcionamientola interrupci n del circuito afectado c Flujo de corrientes de defecto elevadas

Vida til Compacto Tolerancias de Frecuencia de Habitaci n Costetemperatura de mantenimiento especial

funcionamientoHerm tica de plomo 5 o 10 a os + + Baja No BajoAbierta de plomo 8 o 12 a os ++ ++ Media S MedioNquel-cadmio 15 a os ++ +++ Alta No Alto



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N 17


Puntos esenciales que deben verificarse en los SAI

La Figura N24 muestra todos los puntos esenciales que deben estarinterconectados as como los dispositivos que tienen que instalarse(transformadores, RCD, etc.) para garantizar que la instalaci n cumple con lasnormas de seguridad.

Fig. N24: Puntos esenciales que deben estar conectados en los montajes de toma de tierra del sistema.

N

CB0

T0

IMD 1

IMD 2

Tierra 2

Tierra3

Tierra 1

CB1

CB3

T1 T2

CB2

Q1 Q4S

Q5N

Q3BP

T0 neutro

T1 neutro

T2 neutro

Neutro dederivaci n

PartesconductorasexpuestasSAI

Salida SAI

Neutro aguasabajo

Partesconductorasexpuestasa carga


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N 18

2.5 Elecci n de esquemas de protecci nLos interruptores autom ticos desempe an un papel relevante en unainstalaci n, pero su importancia aparece a menudo en el momento de sucesosaccidentales, que no son frecuentes. La mejor adaptaci n de SAI y la mejorelecci n de configuraci n pueden verse comprometidas si se escoge mal unsolo interruptor autom tico.

Selecci n de interruptor autom ticoLa Figura N25 muestra c mo seleccionar los interruptores autom ticos.

Fig. N25: Los interruptores autom ticos est n sometidos a un amplio abanico de situaciones.

CB1 CB2

CB3

CB3

CB2

1010,1 100

0,1

0,01

0,001

1

10

100

U c

GE

I raguasabajo

Seleccione las capacidadesde corte de CB1 y CB2 parala corriente de cortocircuitode la fuente m s potente(generalmente el transformador)

Sin embargo, CB1 y CB2deben dispararse en uncortocircuito suministradopor la fuente menos potente(generalmente el generador)

CB2 debe proteger el interruptorest tico SAI si se produceun cortocircuito aguasabajo del interruptor

La corrienteIm de CB2 debe calcularse para la puesta en tensi nsimult nea de todas las cargas aguas abajo del SAI

Si la alimentaci n de derivaci n no se utiliza para tratar las sobrecargas, la corrientede SAI debe disparar el interruptor autom tico CB3 con la especificaci n m s alta

La unidad de disparo de CB3 no debe ajustarse en disparo para la m xima intensidadcuando la carga se pone en tensi n

Para los cortocircuitos a distancia, el ajuste de la unidad CB3 no debe tener comoresultado una tensi n de contacto peligrosa. Si fuera necesario, instale un RCD

La capacidad de sobrecarga delinterruptor est tico es de 10 a 12 I n durante 20 ms, donde I n representala corriente que fluye a trav s delSAI a plena carga nominal

T i e m p o

d e

d i s p a r o

( e n s e g u n

d o s

)

Puesta entensi n de untransformador

Puesta en tensi nde todas las cargas

I / I n del interruptorautom tico

aguas arriba

I raguas arriba

I raguasabajo

I raguas arriba

I raguasabajo

Curva CB2

Curva CB3

Cortocircuitodel generador

Lmite t rmico decorriente est tica



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N 19


EspecificacionesLa especificaci n seleccionada (corriente nominal) para los interruptoresautom ticos debe ser la que est situada justo por encima de la corriente nominaldel cable aguas abajo protegido.

Capacidad de corteLa capacidad de corte debe seleccionarse justo por encima de la corriente decortocircuito que puede producirse en el momento de la instalaci n.

Umbrales I r e I mLa tabla siguiente indica c mo determinar los umbrales de I r (sobrecarga; t rmicao larga duraci n) e I m (cortocircuito; corta duraci n o magn tica) para garantizarla selectividad en funci n de las unidades de disparo aguas arriba y aguas abajo).Observaci n (ver la Figura N26 )c La selectividad de tiempo debe instalarla personal cualificado porque lastemporizaciones previas a los disparos aumentan la tensi n trmica ( I2t) aguasabajo (cables, semiconductores, etc.). Hay que tener precauci n si el disparode CB2 se temporiza mediante el umbral I m.c La selectividad de energ a no depende de la unidad de disparo, sino nicamentedel interruptor autom tico.

Fig. N26: Umbrales I r e I m en funci n de las unidades de disparo aguas arriba y aguas abajo.

Fig. N27: Generador durante cortocircuito.

I rms

t

3 I n

I n

0,3 I n

Condicionestransitorias secundariasde 10 a 20 ms

Condiciones transitoriasde 100 a 300 ms

Generador consobreexcitaci n

Generador conexcitaci n serie

Tipo de circuito Aguas arriba I r / Aguas arriba I m / Aguas arriba I m /aguas abajo relaci n aguas relaci n aguas relaci n aguas

abajo I r abajo I m abajo I mUnidad de disparo Todos los tipos Magn tica Electr nicaaguas abajoDistribuci n > 1,6 >2 >1,5Motor as ncrono >3 >2 >1,5

Caso particular de cortocircuitos del generadorLa Figura N27 muestra la reacci n de un generador ante un cortocircuito.Para evitar cualquier incertidumbre en relaci n con el tipo de excitaci n,dispararemos en el primer pico (de 3 a 5 I n seg n X d) utilizando el ajuste deprotecci n I m sin temporizaci n.


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N 20

2.6 Instalaci n, conexi n y adaptaci n de cablesUnidades SAI listos para usarLos SAI de baja potencia, para sistemas de ordenadores personales, por ejemplo,son equipos compactos listos para usar. El cableado interno se realiza en la f bricay est adaptado a las caracter sticas de los dispositivos.Unidades SAI no listos para usarPara el resto de SAI no se incluyen las conexiones por cable al sistema de suministrode potencia, a la bater a y a la carga.Las conexiones por cable dependen del nivel de corriente, como se indica m sabajo en la Figura N28 .

Fig. N28: Corriente que debe tenerse en cuenta para la selecci n de las conexiones por cable.

Interruptoresttico SW

Rectificador/ cargador

Capacidad dela batera C10

I b

InversorCarga

Red elctrica 2

Red elctrica 1

I u

I 1

I u

C lculo de las corrientes I 1, I uc La corriente de entrada I u de la red de suministro el ctrico es la corriente de carga.c La corriente de entrada I 1 del cargador/rectificador depende de:v La capacidad de la bater a (C10) y del modo de carga ( I b).v Las caracter sticas del cargador.v La eficiencia del inversor.c La corriente I b es la corriente de la conexi n de la bater a.Los fabricantes facilitan estas corrientes.

Aumento de la temperatura del cableado y ca das de tensi nLa secci n transversal de los cables depende de:c Aumento de temperatura admisible.c Ca da de tensi n admisible.Para una carga dada, cada uno de estos par metros supone una secci ntransversal admisible m nima. Debe utilizarse la mayor de las dos.Al dirigir los cables, hay que tener cuidado de mantener las distancias requeridasentre los circuitos de control y los circuitos de alimentaci n para evitar que lascorrientes HF causen perturbaciones.

Aumento de la temperaturaEl aumento de la temperatura admisible en los cables est limitado por la capacidadde resistencia del aislamiento del cable.El aumento de la temperatura en los cables depende de:c El tipo de n cleo (Cu o Al).c El mtodo de instalaci n.c El nmero de cables que puede tocarse.Las normas estipulan, para cada tipo de cable, la corriente m xima admisible.

Ca das de tensi nLas ca das de tensi n m ximas admisibles son:c 3% para circuitos de CA (50 o 60 Hz).c 1% para circuitos de CC.



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N 21


Tablas de selecci nLa Figura N29 indica la ca da de tensi n en porcentaje para un circuito compuestopor 100 m de cable. Para calcular la ca da de tensi n en un circuito con una longitudL, multiplique el valor de la tabla por L /100.c S ph : Secci n transversal de los conductores.c I n: Corriente nominal de los dispositivos de protecci n del circuito.Circuito trif sicoSi la ca da de tensi n es superior al 3% (50-60 Hz), aumente la secci n transversalde los conductores.Circuito CCSi la ca da de tensi n es superior al 1%, aumente la secci n transversal de losconductores.

a - Circuitos trif sicos (conductores de cobre)50-60 Hz - 380 V / 400 V / 415 V trif sicos, cos = 0,8, trif sico de sistema compensado + N I n S ph (mm 2 )(A) 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300

10 0,915 1,220 1,6 1,125 2,0 1,3 0,932 2,6 1,7 1,140 3,3 2,1 1,4 1,050 4,1 2,6 1,7 1,3 1,063 5,1 3,3 2,2 1,6 1,2 0,970 5,7 3,7 2,4 1,7 1,3 1,0 0,880 6,5 4,2 2,7 2,1 1,5 1,2 0,9 0,7100 8,2 5,3 3,4 2,6 2,0 2,0 1,1 0,9 0,8125 6,6 4,3 3,2 2,4 2,4 1,4 1,1 1,0 0,8160 5,5 4,3 3,2 3,2 1,8 1,5 1,2 1,1 0,9200 5,3 3,9 3,9 2,2 1,8 1,6 1,3 1,2 0,9250 4,9 4,9 2,8 2,3 1,9 1,7 1,4 1,2

320 3,5 2,9 2,5 2,1 1,9 1,5400 4,4 3,6 3,1 2,7 2,3 1,9500 4,5 3,9 3,4 2,9 2,4600 4,9 4,2 3,6 3,0800 5,3 4,4 3,81.000 6,5 4,7Para un circuito trif sico de 230 V, multiplique el resultado por e .Para un circuito monof sico de 208/230 V, multiplique el resultado por 2.

b - Circuitos de CC (conductores de cobre) I n S ph (mm 2 )(A) - - 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300100 5,1 3,6 2,6 1,9 1,3 1,0 0,8 0,7 0,5 0,4125 4,5 3,2 2,3 1,6 1,3 1,0 0,8 0,6 0,5160 4,0 2,9 2,2 1,6 1,2 1,1 0,6 0,7200 3,6 2,7 2,2 1,6 1,3 1,0 0,8250 3,3 2,7 2,2 1,7 1,3 1,0320 3,4 2,7 2,1 1,6 1,3400 3,4 2,8 2,1 1,6500 3,4 2,6 2,1600 4,3 3,3 2,7800 4,2 3,41.000 5,3 4,21.250 5,3

Fig. N29 : Ca da de tensi n en porcentaje para [a] circuitos trif sicos y [b] circuitos de CC.

Caso particular para conductores neutrosEn sistemas trif sicos, los arm nicos de tercer orden (y sus m ltiplos) decargas monof sicas se a aden al conductor neutro (suma de las corrientes delas tres fases).Por ello, se aplica la regla siguiente:secci n transversal de neutro = 1,5 secci n transversal de la fase.


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N 22

Ejemplo

Imagine un circuito trif sico de 70 m y 400 V, con conductores de cobre y unatensi n nominal de 600 A.La norma IEC 60364 indica, en funci n del m todo de instalaci n y de la carga, unasecci n transversal m nima.Vamos a asumir que la secci n transversal m nima es de 95 mm 2.En primer lugar es necesario verificar que la ca da de tensi n no sobrepase el 3%.La tabla para circuitos trif sicos de la p gina siguiente indica, para un flujo decorriente de 600 A en un cable de 300 mm 2 , una ca da de tensi n del 3% para100 m de cable, por ejemplo, para 70 m:

3 70100

2,1% =

Por lo tanto, menos del 3%.

Puede realizarse un c lculo id ntico para una corriente CC de 1.000 A.En un cable de 10 m, la ca da de tensi n para un cable de 100 m y 240 mm 2 esdel 5,3%, por ejemplo, para 10 m:

5, 10100

0,53%3 =

Por lo tanto, menos del 3%.

2.7 Los SAI y su entorno

Los SAI pueden establecer comunicaci n con el entorno el ctrico e inform tico.Pueden recibir algunos datos y proporcionar informaci n sobre su funcionamientocon objeto de:c Optimizar la protecci n.Por ejemplo, el SAI proporciona informaci n esencial al sistema inform tico sobre elestado de funcionamiento (carga en el inversor, carga en el sistema de puenteoest tico, carga en la bater a, advertencia de bater a baja).c Realizar un control remoto.El SAI proporciona informaci n sobre mediciones y el estado de funcionamientopermitiendo a los operadores que ejecuten acciones espec ficas.c Gestionar la instalaci n.El operador dispone de un sistema de gesti n de energ a y edificaciones quepermite obtener y guardar informaci n de los SAI para emitir alarmas, anunciarsucesos y tomar las medidas necesarias.Esta tendencia hacia la compatibilidad entre equipos inform ticos y SAI conlleva laincorporaci n de nuevas funciones de SAI integrados.

2.8 Equipo complementario

TransformadoresUn transformador de doble devanado incluido en el lado aguas arriba del contactorest tico del circuito 2 permite:c Cambiar el nivel tensi n cuando la tensi n de la red el ctrica es diferente dela de la carga.c Cambiar el sistema de conexi n a tierra entre las redes.Adem s, un transformador de este tipo:c Reduce el nivel de la corriente de cortocircuito en el lado secundario(por ejemplo, carga) en comparaci n con el del lado de la red el ctrica.c Evita que corrientes de arm nicos de tercer orden, que pueden presentarse en elsecundario, pasen a la red el ctrica del sistema, haciendo que el devanado primarioest conectado en delta.

Filtro antiarm nicosEl sistema de SAI incluye un cargador de bater a controlado por tiristores o

transistores. Los ciclos de corriente resultantes, regularmente cortados, generan componentes de arm nicos en la red de suministro el ctrico.Estos componentes no deseados se filtran en la entrada del rectificador y, en lamayor a de los casos, esto reduce el nivel de corriente de arm nicos lo suficientepara todos los fines pr cticos.Sin embargo, en algunos casos espec ficos, especialmente en instalaciones muygrandes, puede ser necesario un circuito de filtrado adicional.



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N 23


Por ejemplo, cuando:c La potencia nominal del sistema de SAI es grande con respecto al transformadorde alta o baja tensi n que le da suministro.c Las canalizaciones de BT suministran cargas que son especialmente sensiblesa los arm nicos.c Existe un generador de turbina de gas, etc., como suministro de potencia auxiliar.En estos casos, debe consultarse al fabricante del sistema de SAI.

Equipo de comunicaci nLa comunicaci n con el equipo asociado a los sistemas inform ticos puedenecesitar instalaciones adaptadas en el sistema de SAI. Tales instalaciones puedenincorporarse en un dise o original (ver la Figura N30a ) o bien a adirsea los sistemas existentes por encargo (ver la Figura N30b ).

Fig. N30b: Unidad SAI logrando disponibilidad y calidad del suministro el ctrico del sistema inform tico. Fig. N30a: Unidad SAI listo para usar (con m dulo DIN).


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N - Generadores y cargas especficas

Schneider ElectricGua de diseo de instalaciones elctricas 08

N 24

3 Proteccin de transformadoresde BT/BT

Estos transformadores, por regla general, suelen utilizarse para:c Cambiar el nivel de baja tensin de:v Suministros auxiliares para circuitos de control y sealizacin.v Circuitos de iluminacin (230 V creados cuando el sistema primario es de 400 V3-fases 3-cables).c Cambiar el mtodo de conexin a tierra de determinadas cargas que tienen unacorriente capacitiva relativamente alta a tierra (equipos informticos) o una corrientede fugas resistiva (hornos elctricos, procesos industriales de calentamiento,instalaciones de cocina masiva, etc.).Los transformadores de BT se suministran generalmente con sistemas deproteccin incorporados, y se debe consultar a los fabricantes para obtener msdetalles. La proteccin contra las sobreintensidades siempre debe estar en el ladoprimario. La explotacin de estos transformadores requiere conocer sus funcionesparticulares, adems de un nmero de cuestiones que se describen ms abajo.Nota: En los casos particulares de transformadores BT/BT de aislamiento deseguridad a tensin ultrabaja, se requiere a menudo, segn las circunstancias, unapantalla de metal conectada a tierra entre los devanados primario y secundario,como se recomienda en la norma europea EN 60742.

3.1 Transformador - Corriente de conexinEn el momento de poner en tensin un transformador, se producen valoreselevados de corriente transitoria (lo que incluye un componente de CC importante) ydebe tenerse en cuenta al pensar en los esquemas de proteccin(ver laFigura N31).

Fig. N31: Transformador - Corriente de entrada de puesta en tensin.

I n

I

i 1.er pico de10 a 25 I n

t

Valor Rmsdel 1. picoer

t

20ms

5 s

I n I i

I I r

Fig. N32: Caractersticas de disparo de tipo Compact NS STR(electrnico).

Fig. N33: Caractersticas de disparo de multi 9 curva D.

La magnitud del pico de corriente depende de:c El valor de la tensi n en el momento de la puesta en tensi n.c La magnitud y polaridad del flujo residual que exista en el n cleo deltransformador.c Las caracter sticas de la carga en el transformador.El primer pico de corriente puede alcanzar un valor equivalente entre 10 y 15 vecesla corriente rms de m xima carga, pero en transformadores peque os (< 50 kVA)puede alcanzar valores de entre 20 y 25 veces la corriente nominal de m ximacarga. Esta corriente transitoria disminuye r pidamente, con una constante detiempo del orden de varios ms a varias decenas de ms.

3.2 Proteccin para el circuito de alimentacinde un transformador BT/BTEl dispositivo de protecci n del circuito de alimentaci n de un transformador BT/BTdebe evitar la posibilidad de funcionamiento incorrecto debido a una sobretensi nde corriente de entrada magnetizante, indicada anteriormente. Por lo tanto, es

necesario utilizar:c Interruptores autom ticos selectivos (por ejemplo, de peque a temporizaci n) detipo Compact NS STR (ver la Figura N32).c Interruptores autom ticos que tengan un ajuste de disparo magn tico muy alto, detipo Compact NS o multi 9 curva D (ver la Figura N33).

Valor Rmsdel 1. picoer

I n 10 20

t

I n I n

I


25/50



N 25

3 Protecci n de transformadoresde BT/BT

Ejemplo:Un circuito trif sico de 400 V da suministro a un transformador de 125 kVA400/230 V ( I n = 190 A) para el que el primer pico de corriente de entrada puede

alcanzar 17 I n, por ejemplo, 17 190 = 3.230 A. Por lo tanto, un interruptorautom tico NS 250N con un ajuste I r de 200 A puede ser un dispositivo deprotecci n adecuado.Caso particular: protecci n contra las sobrecargas instalada en el ladosecundario del transformador (ver la Figura N34 ).Una ventaja de la protecci n contra las sobrecargas situada en el lado secundarioes que la protecci n contra los cortocircuitos del lado primario puede establecerseen un valor elevado o, de forma alternativa, puede utilizarse un interruptorautom tico de tipo MA. El ajuste de protecci n contra los cortocircuitos del ladoprimario debe, no obstante, ser lo suficientemente sensible como para garantizar sufuncionamiento en caso de que se produzca un cortocircuito en el lado secundariodel transformador.Nota: A veces, la protecci n primaria se proporciona mediante fusibles de tipo aM.Esta pr ctica tiene dos inconvenientes:c Los fusibles deben estar ampliamente sobredimensionados (como m nimo 4 vecesla corriente nominal de m xima carga del transformador).c Para proporcionar instalaciones de aislamiento en el lado primario, es necesarioasociar a los fusibles un seccionador para ruptura de carga o un contactor.

3.3 Caracter sticas el ctricas t picas detransformadores BT/BT a 50 Hz

400/230 V125 kVA

NS250Nunidadde disparoTM200D

3 70 mm 2

Fig. N34: Ejemplo.

3.4 Protecci n de transformadores BT/BT queutilizan interruptores autom ticos Merlin GerinInterruptor autom tico multi 9

Trif sicosEspec. kVA 5 6,3 8 10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800Sin carga 100 110 130 150 160 170 270 310 350 350 410 460 520 570 680 680 790 950 1.160 1.240 1.485 1.855 2.160prdidas (W)Mx. carga 250 320 390 500 600 840 800 1.180 1.240 1.530 1.650 2.150 2.540 3.700 3.700 5.900 5.900 6.500 7.400 9.300 9.400 1.140 1.140prdidas (W)

Tensi n SC 4,5 4,5 4,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5 5 4,5 5 5 5,5 4,5 5,5 5 5 4,5 6 6 5,5 5,5(%)

Monof sicosEspecificaciones kVA 8 10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160Sin p rdidas de carga (W) 105 115 120 140 150 175 200 215 265 305 450 450 525 635Prdidas de m xima carga (W) 400 530 635 730 865 1.065 1.200 1.400 1.900 2.000 2.450 3.950 3.950 4.335Tensi n SC (%) 5 5 5 4,5 4,5 4,5 4 4 5 5 4,5 5,5 5 5

Potencia nominal del transformador (kVA) Interruptor autom tico Tama o230/240 V 1-f 230/240 V 3-f 400/415 V 3-f curva D o K (A)

400/415 V 1-f0,05 0,09 0,16 C60, NG125 0,50,11 0,18 0,32 C60, NG125 10,21 0,36 0,63 C60, NG125 20,33 0,58 1,0 C60, NG125 30,67 1,2 2,0 C60, NG125 61,1 1,8 3,2 C60, C120, NG125 101,7 2,9 5,0 C60, C120, NG125 162,1 3,6 6,3 C60, C120, NG125 202,7 4,6 8,0 C60, C120, NG125 253,3 5,8 10 C60, C120, NG125 324,2 7,2 13 C60, C120, NG125 405,3 9,2 16 C60, C120, NC100, NG125 50

6,7 12 20 C60, C120, NC100, NG125 638,3 14 25 C120, NC100, NG125 8011 18 32 C120, NC100, NG125 10013 23 40 C120, NG125 125


26/50



N 26

3 Protecci n de transformadoresde BT/BT

Interruptores autom ticos Compact NS100... NS250 con unidad de disparo TM-D

Interruptores autom ticos Compact NS100... NS1600 y Masterpact con unidadde disparo STR o Micrologic

Potencia nominal del transformador (kVA) Interruptor autom tico Unidad230/240 V 1-f 230/240 V 3-f 400/415 V 3-f de disparo

400/415 V 1-f3 5 6 912 NS100N/H/L TM16D5 8 9 14 16 NS100N/H/L TM05D79 13 16 22 28 NS100N/H/L TM40D1215 20 25 35 44 NS100N/H/L TM63D1619 26 32 45 56 NS100N/H/L TM80D1823 32 40 55 69 NS160N/H/L TM100D2329 40 50 69 87 NS160N/H/L TM125D2937 51 64 89 111 NS250N/H/L TM160D3746 64 80 111 139 NS250N/H/L TM200D

Potencia nominal del transformador (kVA) Interruptor autom tico Unidad de disparo Ajuste230/240 V 1-f 230/240 V 3-f 400/415 V 3-f I r m x.

400/415 V 1-f47 613 11 22 NS100N/H/L STR22SE 40 0,8919 16 30 27 56 NS100N/H/L STR22SE 100 0,81530 5 50 44 90 NS160N/H/L STR22SE 160 0,82346 40 80 70 139 NS250N/H/L STR22SE 250 0,83765 64 112 111 195 NS400N/H STR23SE / 53UE 400 0,73755 64 95 111 166 NS400L STR23SE / 53UE 400 0,65883 100 144 175 250 NS630N/H/L STR23SE / 53UE 630 0,658150 100 250 175 436 NS800N/H - NT08H1 Micrologic 5,0/6,0/7,0 174184 107 319 222 554 NS800N/H - NT08H1 - NW08N1/H1 Micrologic 5,0/6,0/7,0 190230 159 398 277 693 NS1000N/H - NT10H1 - NW10N1/H1 Micrologic 5,0/6,0/7,0 1115 288 200 498 346 866 NS1250N/H - NT12H1 - NW12N1/H1 Micrologic 5,0/6,0/7,0 1147 368 256 640 443 1.108 NS1600N/H - NT16H1 - NW16N1/H1 Micrologic 5,0/6,0/7,0 1184 460 320 800 554 1.385 NW20N1/H1 Micrologic 5,0/6,0/7,0 1230 575 400 1.000 690 1.730 NW25N2/H3 Micrologic 5,0/6,0/7,0 1294 736 510 1.280 886 2.217 NW32N2/H3 Micrologic 5,0/6,0/7,0 1


27/50


28/50



N 28

Lmparas de descarga (ver la Figura N36 )La luz se produce mediante una descarga el ctrica que se crea entre dos electrodosque est n dentro de un gas incluido en una bombilla de cuarzo. Por lo tanto, estaslmparas necesitan una resistencia que limite la corriente en el arco. Se handesarrollado diversas tecnolog as para diferentes aplicaciones.Lmparas de vapor de sodio de baja presi nCuentan con la mejor salida lum nica, sin embargo, el rendimiento de color es muypobre en la medida en que s lo proporcionan una radiaci n naranja monocrom tica.Las l mparas de vapor de sodio de alta presi n producen una luz blanca con untinte naranja.En las l mparas de vapor de mercurio de alta presi n, la descarga se produce enuna bombilla de cuarzo o cer mica a altas temperaturas. stas se llaman lmparasde descarga de mercurio fluorescente . Producen una luz blanca azuladacaracter stica. Las l mparas de haluro met lico son la ltima tecnolog a. Producenuna tonalidad de amplio espectro de colores. El uso de un tubo cer micoproporciona una mejor eficacia lum nica y una mejor estabilidad de color.Diodos emisores de luz (LED)El principio de los diodos emisores de luz es la emisi n de luz por parte de unsemiconductor mientras una corriente el ctrica lo atraviesa. Los LED se encuentranen numerosas aplicaciones, pero el desarrollo reciente de diodos blancos o azulescon una alta salida lum nica abre nuevas perspectivas, especialmente parase alizaciones (sem foros, indicaciones de salida o alumbrado de emergencia).Los LED son dispositivos de baja tensi n y baja corriente, por lo tanto, son adecuadospara su uso con bater as. Se necesita un transformador para el suministro mediantecorriente el ctrica. La ventaja de los LED es su bajo consumo de energ a. Por ello,funcionan a muy baja temperatura, lo que les confiere una vida til muy larga. Por elcontrario, un simple diodo tiene una intensidad lum nica d bil. Por lo tanto, unainstalaci n de luz de alta potencia requiere la conexi n de un amplio n mero deunidades en serie o en paralelo. Fig. N36: Lmparas de descarga.

Tecnolog a Aplicaci n Ventajas InconvenientesIncandescencia Uso dom stico Conexi n directa sin Eficacia lum nica baja y altoest ndar Iluminaci n decorativa aparatos el ctricos intermedios consumo de electricidad

localizada Precio razonable Alta disipaci n de calor

Tama o compacto Corta vida til Iluminaci n instant nea Buen rendimiento de color

Incandescencia Iluminaci n dirigida a Conexi n directa Eficacia lum nica mediahal gena puntos precisos Eficacia instant nea

Iluminaci n intensa Rendimiento de color excelenteTubo fluorescente Tiendas, oficinas, talleres Eficacia lum nica alta Intensidad lum nica baja de una

Exteriores Rendimiento de color medio sola unidad Sensible a temperaturas extremas

Lmpara Uso dom stico Eficacia lum nica buena Inversi n inicial alta enfluorescente Oficinas Buen rendimiento de color comparaci n con las l mparascompacta Sustituci n de l mparas incandescentes

incandescentesVapor de mercurio Talleres, vest bulos, hangares Eficacia lum nica buena Tiempo de iluminaci n yde alta presi n Fbricas Rendimiento de color aceptable reiluminaci n de algunos minutos

Tama o compacto Larga vida til

Sodio de Exteriores Eficacia lum nica muy buena Tiempo de iluminaci n yalta presi n Amplios vest bulos reiluminaci n de algunos minutosSodio de Exteriores Buena visibilidad en condiciones Tiempo de iluminaci n largo (5 min.)baja presi n Alumbrado de emergencia de bruma Rendimiento de color mediocre

Uso econ micoHaluro met lico reas amplias Eficacia lum nica buena Tiempo de iluminaci n y

Vest bulos con techos altos Buen rendimiento de color reiluminaci n de algunos minutos Larga vida til

LED Se alizaci n (sem foros, Insensibles al n mero de Nmero de colores limitadoindicaciones de salida operaciones de apagado Baja iluminaci n de un sola unidady alumbrado de emergencia) y encendido

Bajo consumo de energ a Baja temperatura

Tecnolog a Potencia (vatios) Eficacia (l menes/vatios) Vida til (horas)Incandescencia est ndar 3 - 1.000 10 - 15 1.000 - 2.000Incandescencia hal gena 5 - 500 15 - 25 2.000 - 4.000Tubo fluorescente 4 - 56 50 - 100 7.500 - 24.000Lmpara fluorescente compacta 5 - 40 50 - 80 10.000 - 20.000Vapor de mercurio de alta pres. 40 - 1.000 25 - 55 16.000 - 24.000Sodio de alta presi n 35 - 1.000 40 - 140 16.000 - 24.000Sodio de baja presi n 35 - 180 100 - 185 14.000 - 18.000Haluro met lico 30 - 2.000 50 - 115 6.000 - 20.000LED 0,05 - 0,1 10 - 30 40.000 - 100.000

Fig. N37: Caractersticas tcnicas y de uso de los dispositivos de iluminacin.

4 Circuitos de iluminaci n


29/50



N 29


4.2 Caracter sticas el ctricas de las l mparasLmparas incandescentes con suministro el ctrico directoComo consecuencia de la alt sima temperatura del filamento durante sufuncionamiento (hasta 2.500 C), su resistencia var a en gran medida en funci n desi la l mpara est apagada o encendida. Como la resistencia en fr o es baja, seproduce un pico de corriente en la ignici n que puede alcanzar de 10 a 15 veces lacorriente nominal durante unos pocos milisegundos o incluso varios milisegundos.Este problema afecta tanto a las l mparas comunes como a las hal genas: estolimita el n mero m ximo de l mparas que pueden alimentarse por medio dedispositivos como interruptores de control remoto, contactores modulares y rel spara canalizaci n el ctrica.

Lmparas hal genas de muy baja tensi n (MBT)c Algunas l mparas hal genas de baja tensi n reciben suministro con MBT de 12 o24 V a trav s de un transformador o un convertidor electr nico. Con untransformador, el fen meno de la magnetizaci n se combina con el fen meno devariaci n de resistencia del filamento en el momento del encendido. La corriente deentrada puede alcanzar de 50 a 75 veces la corriente nominal durante unos pocosmilisegundos. El uso de atenuadores situados aguas arriba reducesignificativamente este problema.c Los convertidores electr nicos, con la misma potencia nominal, son m s costososque las soluciones con un transformador. Este inconveniente se ve compensado porla mayor facilidad de instalaci n, dado que su baja disipaci n de calor hace quepuedan colocarse en un soporte inflamable. Adem s, suelen contar con protecci ntrmica incorporada.Las nuevas l mparas hal genas de MBT ya vienen con un transformador integradoen su base. Pueden recibir suministro directamente desde la l nea de BT y puedensustituir a las l mparas normales sin ning n tipo de adaptaci n especial.

Atenuaci n para l mparas incandescentesPuede obtenerse variando la tensi n aplicada a la l mpara.Esta variaci n de tensi n suele llevarla a cabo un dispositivo como un atenuador

Triac, variando el ngulo de fuego en el per odo de tensi n de la l nea el ctrica. Laforma de la onda de la tensi n aplicada a la l mpara se muestra en la Figura N38a .Esta t cnica, que se conoce como control de corte , es adecuada para darsuministro a circuitos resistivos o inductivos. Se ha desarrollado otra t cnicaadecuada para dar suministro a circuitos capacitivos con componente electr nicosMOS o IGBT. Esta t cnica var a la tensi n mediante el bloqueo de la corriente antesdel final del per odo medio (ver la Figura N38b ) y se conoce como control de corte .Encender la l mpara gradualmente tambi n puede reducir, o incluso eliminar, el picode corriente en la ignici n.Como la corriente de la l mpara se ve distorsionada por la conmutaci n electr nica,se producen corrientes de arm nicos. Predominan los arm nicos de tercer orden,y el porcentaje de corriente de terceros arm nicos en relaci n con la corrientefundamental m xima (en m xima potencia) se representa en la Figura N39 .Observe que, en la pr ctica, la potencia que un atenuador aplica a la l mparasolamente puede variar en el rango del 15 al 85% de la potencia m xima de lalmpara.

300

200

100

0

0

t (s)

t (s)

0,01 0,02

100

200 300

300

a

b

200

100

0

0 0,01 0,02

100

200

300

Fig. N38: Forma de la tensin que suministra un atenuador al50% de la potencia mxima con las siguientes tcnicas:

a - control cut-on. b - control cut-off.

0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0

50,0

45,0

40,0

35,0

30,0

25,0

20,0

15,0

10,0

5,00

i 3 (%)

Alimentaci n (%)

Fig. N39: Porcentaje de corriente de terceros armnicos como funcin de la potencia aplicada auna lmpara incandescente utilizando un atenuador electrnico.


30/50



N 30

Seg n la norma IEC 61000-3-2 que establece los l mites de emisi n de arm nicospara sistemas el ctricos o electr nicos con corriente i 16 A, se aplican lassiguientes disposiciones:

c A los atenuadores independientes para l mparas incandescentes con unapotencia nominal menor o igual a 1 kW no se les aplica ning n lmite.c En caso contrario, o para equipos de iluminaci n incandescente con un atenuadorincorporado o con un atenuador en una caja, la corriente de terceros arm nicosaceptable es igual a 2,30 A.

Lmparas fluorescentes con balasto magn ticoLos tubos fluorescentes y las l mparas de descarga requieren que se limite laintensidad del arco; esta funci n se lleva a cabo con una inductancia o balastomagn tico situado en serie con la propia bombilla (ver la Figura N40 ).Este montaje se utiliza con mayor frecuencia en instalaciones dom sticas con unnmero de tubos limitado. No se aplican restricciones especiales a los interruptores.Los variadores de luminosidad no son compatibles con los balastos magn ticos: lainterrupci n de la tensi n durante una fracci n del per odo interrumpe la descargay apaga completamente la l mpara.El cebador tiene una doble funci n: precalentar los electrodos del tubo y, acontinuaci n, generar una sobretensi n para encenderlo. Esta sobretensi n segenera mediante la apertura de un contacto (controlado por un interruptor t rmico)que interrumpe la corriente que circula por el balasto magn tico.Durante el funcionamiento del cebador (1 segundo m s o menos) la corriente quegenera la luminaria es aproximadamente el doble de la corriente nominal.Dado que la corriente del conjunto formado por el tubo y balasto es esencialmenteinductiva, el factor de potencia es muy bajo (una media entre 0,4 y 0,5).En instalaciones con gran n mero de tubos, es necesario compensar para mejorarel factor de potencia.En las grandes instalaciones de iluminaci n, una soluci n posible es lacompensaci n centralizada con bater as de condensadores, pero estacompensaci n se incluye m s a menudo en cada luminaria seg n diferentesdisposiciones (ver la Figura N41 ).

Fig. N40: Balastos magnticos.

a

a] b] c]C

Resistencia L mpara

Resistencia L mpara

C

a

Resistencia

LmparaC a

Resistencia

L mpara

Fig. N41: Diferentes disposiciones de compensacin: [a] paralela; [b] serie; [c] serie dual,tambin llamada do y sus campos de aplicacin.

Disp. de compensaci n Aplicaci n ComentariosSin compensaci n Dom stica Conexi n nicaParalela [a] Oficinas, talleres, Riesgo de sobreintensidad para

grandes superficies dispositivos de controlSerie [b] Escoja condensadores con alta tensi n

de funcionamiento (de 450 a 480 V)

Dual [c] Evita parpadeo

Por tanto, los condensadores de compensaci n est n adaptados de manera que elfactor de potencia global sea mayor de 0,85. En el caso m s habitual decompensaci n paralela, su capacidad media es 1 F para 10 W de potencia activapara cualquier tipo de l mpara. No obstante, esta compensaci n no es compatiblecon atenuadores.

Problemas que afectan a la compensaci nLa disposici n de compensaci n paralela plantea problemas en el encendido de lalmpara. Dado que el condensador est inicialmente descargado, el encendidoprovoca una sobreintensidad. Tambi n aparece una sobretensi n por lasoscilaciones del circuito formado por el condensador y la inductancia de la fuente dealimentaci n.Puede utilizarse el siguiente ejemplo para determinar los rdenes de magnitud.



31/50



N 31

Imaginemos un montaje de 50 tubos fluorescentes de 36 W cada uno:c Potencia activa total: 1.800 W.c Potencia aparente: 2 kVA.c Corriente rms total: 9 A.c Corriente pico: 13 A.Con:c Capacidad total: C = 175 F.c Inductancia de l nea (correspondiente a una corriente de cortocircuitode 5 kA): L = 150 H.La corriente pico m xima en el encendido equivale a:

Por lo tanto, la corriente pico te rica en el encendido puede alcanzar 27 veces lacorriente pico durante el funcionamiento normal.

La forma de la tensi n y la corriente en el encendido viene dada en la Figura N42para el cierre de interruptor en el pico de corriente de suministro el ctrico.Por lo tanto, existe un riesgo de uni n de contacto en dispositivos de controlelectromec nico (interruptor de control remoto, contactor, interruptor autom tico) oda os en interruptores de estado s lido con semiconductores.

Fig. N42: Tensin de alimentacin elctrica en el encendido y corriente de entrada.

600

400

200

0

200 400

6000

(V)

t (s)

0,02 0,04 0,06

300

200

100

0

100

200 300

0

(A)

t (s)

0,02 0,04 0,06

En realidad, los problemas suelen ser menos importantes, debido a la impedanciade los cables.La ignici n de tubos fluorescentes en grupos implica un problema espec fico.Cuando un grupo de tubos fluorescentes ya est encendido, los condensadores decompensaci n de esos tubos que ya tienen tensi n participan en la corriente deentrada en el momento del encendido de un segundo grupo de tubos: lo hacenamplificando el pico de corriente en el interruptor de control en el momento delencendido del segundo grupo.


I c mx

-6

-6= = 230 2

175 10

150 10= 3 50 AV C

L


32/50



N 32

La tabla de la Figura N43 , que es resultado de mediciones, especifica la magnituddel primer pico de corriente seg n diferentes valores de corriente de cortocircuito I ccprevista. Puede apreciarse que el pico de corriente puede multiplicarse por 2 o 3, en

funcin del n mero de tubos que ya est n en uso en el momento de la conexi n delltimo grupo de tubos.

Fig. N43: Magnitud del pico de corriente en el interruptor de control en el momento delencendido de un segundo grupo de tubos.

Nmero de tubos N mero de tubos Pico de corriente de conexi n (A) ya en uso conectados I cc = 1.500 A I cc = 3.000 A I cc = 6.000 A0 14 233 250 32014 14 558 556 57528 14 608 607 62442 14 618 616 632

No obstante, se recomienda un encendido secuencial de cada grupo de tubos parareducir el pico de corriente en el interruptor principal.A los balastos magn ticos m s recientes se les denomina de baja p rdida . Se haoptimizado el circuito magn tico, pero el principio de funcionamiento sigue siendo elmismo. Esta nueva generaci n de balastos est generaliz ndose en su uso porinfluencia de las nuevas reglamentaciones (Directiva Europea, Ley de pol ticaenerg tica - EE.UU.).En estas condiciones, es probable que el uso de balastos electr nicos seincremente en detrimento de los balastos magn ticos.Lmparas fluorescentes con balastos electr nicosLos balastos electr nicos se utilizan como sustituto de los magn ticos parasuministrar potencia a los tubos fluorescentes (incluidas las l mparas fluorescentescompactas) y las l mparas de descarga. Tambi n proporcionan la funci n delcebador y no necesitan ninguna capacidad de compensaci n.

El principio de funcionamiento de la resistencia electr nica (ver la Figura N44 )consiste en alimentar el arco de la l mpara a trav s de un dispositivo electr nicoque genera una tensi n de corriente alterna de forma rectangular con unafrecuencia entre 20 y 60 kHz.

La alimentaci n del arco con una tensi n de alta frecuencia puede eliminartotalmente el fen meno de parpadeo y los efectos estrobosc picos. El balastoelectr nico es totalmente silencioso.Durante el per odo de precalentamiento de una l mpara de descarga, este tipo debalasto suministra a la l mpara con tensi n creciente, imponiendo una corriente casiconstante. En la fase fija, regula la tensi n que se aplica a la l mparaindependientemente de cualquier fluctuaci n de la tensi n de la l nea el ctrica.Dado que al arco se alimenta en condiciones de tensi n ptimas, se produce unahorro energ tico del 5 al 10% y una mayor vida til de la l mpara. Adem s, laeficacia del balasto electr nico puede ser superior al 93%, mientras que la eficaciade un dispositivo magn tico es s lo del 85%.El factor de potencia es elevado (> 0,9).El balasto electr nico tambi n se utiliza para la funci n de atenuaci n de luz. Alvariar la frecuencia, en realidad, se var a la magnitud de corriente en el arco y, porello, la intensidad lum nica.Corriente de entradaEl principal problema que los balastos electr nicos ocasionan a los suministros delas l neas el ctricas es la alta corriente de entrada en el encendido debido a la cargainicial de los condensadores de filtrado (ver la Figura N45 ).

Fig. N44: Balasto electrnico. Fig. N45: rdenes de magnitud de los valores mximos de corrientes de entrada, en funcin de las tecnologas usadas.

Tecnolog a Corriente de entrada m x. Duraci nRectificador con PFC De 30 a 100 I n i 1 msRectificador con amortiguador De 10 a 30 I

ni 5 ms

Balasto magn tico i 13 I n De 5 a 10 ms



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N 33

En realidad, debido a las impedancias de los cables, las corrientes de entrada paraun conjunto de l mparas es mucho menor que estos valores, del orden de 5 a 10 I npara menos de 5 ms. A diferencia de los balastos magn ticos, esta corriente de

entrada no viene acompa ada de una sobretensi n.Corrientes de arm nicosPara balastos asociados a l mparas de descarga de alta potencia, la corriente quegenera el suministro de l nea el ctrica tiene una tasa de distorsi n de arm nicosbaja (< 20% en general y < 10% para los dispositivos m s sofisticados). Por elcontrario, los dispositivos asociados a l mparas de baja potencia, en particular laslmparas fluorescentes compactas, generan una corriente muy distorsionada (ver laFig. N46 ). La distorsi n de arm nicos total puede alcanzar el 150%. En estascondiciones, la corriente rms que genera l

Capitulo n Gene Rad Ores Cargas Especificas

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