La importancia de la protección de circuitos en el diseño de sistemas de distribución eléctrica

Los ingenieros eléctricos que están a cargo de diseñar sistemas de distribución de energía tienen una gran responsabilidad ya que su trabajo determina la eficiencia operativa, productividad y seguridad de viviendas, oficinas y centros comerciales. Los diseños deben ser infalibles, brindando protección contra fallas y sobrecargas, y al mismo tiempo garantizando la seguridad de los usuarios.

No hay pasos claros para hacer un diseño de este tipo; todo lo que se proporciona es un conjunto de pautas en forma de reglamentos y códigos que deben ser considerados por el ingeniero en cuestión.

La protección de circuitos es un tema candente en los artículos emitidos por el Código Eléctrico Nacional (NEC) , siguiendo los objetivos básicos de:

• Localización y aislamiento de la falla
• Evitar pérdidas de energía innecesarias

Sobrecargas, cortocircuitos, sub/sobretensiones, etc. son solo algunas de las condiciones que pueden ocurrir durante la vida operativa de un edificio. Es necesario aislar o rectificar estas fallas, de lo contrario, pueden tener efectos dañinos en el edificio y en el sistema de red.

Protección contra sobrecorriente

Los equipos de entrada de servicio actúan como la primera línea de defensa contra sobrecargas térmicas y fallas. Los dispositivos de protección contra sobrecorriente o OCPD incluyen disyuntores , relés y fusibles, formando los bloques básicos de protección del sistema de potencia. Estos dispositivos se incorporan dentro del sistema de protección para romper, aislar o desconectar el circuito cuando ocurre una condición de sobrecarga o cortocircuito. Los dispositivos de protección contra sobrecorriente modernos poseen estrategias de comunicación y control que pueden proporcionar un análisis en profundidad basado en la naturaleza de la falla, así como recopilar parámetros vitales como factor de potencia, armónicos, etc.

Los OCPD más básicos son fusibles que contienen una hebra delgada de cable con una clasificación de amperios superior a la corriente nominal máxima. Dado que las condiciones de sobrecorriente aumentan la magnitud varias veces la corriente nominal, el fusible se funde durante las condiciones de falla. La operación es rápida y confiable, sin embargo, es irreversible, lo que significa que el fusible debe reemplazarse manualmente para restaurar la operación.

Para el funcionamiento reversible, se pueden utilizar disyuntores termomagnéticos con funcionamiento de disparo prolongado. Tan pronto como la corriente supera el umbral nominal, los interruptores automáticos aíslan la localidad. Después de un período de tiempo retrasado, cierran nuevamente y dan continuidad a las operaciones. Se supone que la falla se eliminará cuando se vuelvan a cerrar. Si la falla no se elimina, volverían a aislar la localidad, siguiendo este procedimiento un número determinado de veces antes de abrir permanentemente, lo que requiere un restablecimiento manual.

Los interruptores automáticos y los cierres magnéticos modernos pueden complementarse con control digital a través de relés que pueden operarse a través de PLC , microcontroladores, etc. Esto da lugar al concepto de automatización de edificios, ya que los dispositivos de control pueden operarse a través de datos precisos obtenidos de sensores en lugar de sus capacidades inherentes. Dichos sistemas generalmente se implementan en edificios a gran escala, ya que requieren una inversión adicional y tienen costos de funcionamiento adicionales.

Protección de defecto a tierra

Las fallas a tierra de tipo arco requieren una capa adicional de protección, ya que son difíciles de detectar debido a su menor magnitud. Hay dos tipos básicos de protección contra fallas a tierra:

• Protección de falla a tierra del equipo:diseñada para proporcionar protección al equipo contra corrientes de falla línea a tierra dañinas a través de la desconexión.
• Interruptores de circuito de falla a tierra:para protección personal, detección de fallas inferiores a 5 mA

La puesta a tierra es muy importante en el contexto de la protección del sistema de potencia. El concepto simplemente significa la conexión intencional de un conductor que transporta corriente a tierra, lo que limita el voltaje causado por la iluminación o cuando dos conductores entran en contacto y estabiliza el voltaje al permitir que fluyan los armónicos. NEC recomienda la formación de varios puntos de conexión a tierra en todo el edificio para garantizar la redundancia dentro del esquema de protección.

Además de la puesta a tierra y la protección contra sobrecorriente, también se pueden incorporar otros equipos dentro del sistema, como un interruptor de circuito por falla de arco, protección mecánica para alimentadores o circuitos derivados para circuitos de energía de emergencia en hospitales.

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