Artículo técnico
Determinación de la corriente alterna de defecto
Una avería de corriente alterna es el resultado de un flujo intenso de corriente alterna procedente de una fuente eléctrica en condiciones anormales. Esta corriente puede inducirse en una estructura sin conexión metálica con ella, como en el caso de tuberías en un corredor común con líneas eléctricas. La corriente también puede fluir por conducción en los conductores de puesta a tierra, el suelo u otras vías no intencionadas de vuelta a la fuente, afectando a estructuras protegidas catódicamente.
Las distintas aplicaciones implican niveles variables de corriente de defecto de CA, pero en todos los casos debe determinarse algún valor de corriente de defecto de CA de fase a tierra, aunque sólo sea estimado. Algunas aplicaciones pueden no tener una exposición notable a la corriente de defecto de CA, y puede elegirse el valor nominal de defecto estándar más bajo del producto. A continuación se enumeran las aplicaciones, con los métodos sugeridos para determinar la corriente de defecto de CA para cada una de ellas.
Corriente alterna de defecto por aplicación
Para consultar los datos de corriente de defecto de CA, elija la descripción del emplazamiento o la aplicación:
- Protección de Juntas Aisladas
- Mitigación de la tensión de CA en tuberías
- Desacoplamiento del equipo eléctrico (por ejemplo, válvulas motorizadas)
- Desacoplamiento de la toma de tierra de la compañía eléctrica de la toma de tierra del usuario/estación en el transformador
- Desacoplamiento de la toma de tierra de la compañía eléctrica de la toma de tierra del usuario/estación en el panel del usuario
- Mitigación de la tensión parásita en las granjas (aislamiento de primario a secundario)
- Desacoplamiento del cable de alimentación con cubierta de plomo o tipo tubo de la toma de tierra de la subestación
- Bloqueo de GIC/Desacoplamiento de neutro de transformador
Póngase en contacto con Dairyland para obtener ayuda con cualquier aspecto de la determinación de fallos de CA.
Nivel de exposición: Dado que las juntas aisladas no suelen estar directamente conectadas a través de una conexión metálica a una fuente de fallo de CA, las corrientes de fallo suelen ser de bajas a moderadas. La exposición es mayor en el caso de juntas aisladas en tuberías que dan servicio a centrales eléctricas, o cuando la tubería puede convertirse en la vía metálica de retorno de la corriente de fallo a la fuente.
Método de cálculo:
A) Para juntas aisladas en un corredor común con líneas eléctricas, donde se está realizando un estudio de mitigación de CA, el consultor de mitigación puede aconsejar el nivel de corriente de falla esperado o modelado.
B) Para sitios de corredores comunes sin cálculos o datos disponibles, los valores típicos obtenidos por Dairyland de consultores de mitigación en el pasado han indicado que un valor razonable de desacoplador sería de 3,7kA. Para los casos en los que se prevean corrientes de fallo elevadas debido a la proximidad u otros factores, Seleccione una clasificación de producto superior según corresponda.
C) Para emplazamientos que no estén en un pasillo común con líneas eléctricas, y que no estén en contacto metálico con fuentes de fallo de CA, se pueden elegir valores nominales de productos Dairyland inferiores a 3,7kA.
Mitigación de la tensión alterna en tuberías
Nivel de exposición: A menos que la tubería tenga una conexión metálica directa a un sistema de puesta a tierra de líneas eléctricas (lo cual no se recomienda), la corriente de falla se mantiene a niveles moderados en la mayoría de las condiciones debido a la resistencia que ofrecen el revestimiento de la tubería y el suelo, y a las limitaciones del efecto de acoplamiento inductivo que produce este voltaje. La unión metálica directa de la tubería a la torre de transmisión aumentará en gran medida la exposición de la tubería y los revestimientos a la corriente de falla y a los rayos, y no se recomienda.
Método de cálculo:
A) Se utilizan cálculos manuales, o más comúnmente análisis de software, para determinar la magnitud de la corriente de falla que puede ser captada por un sistema de tuberías. Los consultores especializados en mitigación pueden ayudar a realizar este análisis.
B) Un método alternativo de estimación consiste en utilizar un porcentaje de la magnitud máxima de la corriente de falta fase-tierra y de la duración de la misma de la compañía eléctrica. Esto supone que dichos datos pueden obtenerse de la compañía eléctrica, y suele ser más útil si la corriente de falta es relativamente baja, lo que indica que un valor modesto del desacoplador puede ser aceptable. Los valores de avería más altos podrían indicar que se necesita un valor de desacoplador innecesariamente alto. A partir de los datos típicos obtenidos de los consultores de mitigación, un rango común de valores de fallo utilizados en numerosos proyectos anteriores es de 3,7kA a 10kA.
Desacoplamiento de equipos eléctricos (por ejemplo, válvulas motorizadas)
También para: Aislamiento galvánico buque-tierra
Nivel de exposición: El conductor de puesta a tierra de un sistema de voltaje de CA está diseñado para transportar toda la corriente de falla de fase a tierra en caso de falla (por ejemplo, conductores en cortocircuito o fallas en el bobinado del motor). Colocado en este conductor de tierra, el dispositivo de Dairyland sería expuesto a toda la corriente de falla disponible, y debe ser clasificado para tal. Dispositivos de Dairyland PCR, PCRH, PCRX, SSD, OVP, OVP2 y Marine Galvanic Isolator están certificados a las normas estadounidenses y canadienses para uso en conductores de puesta a tierra para equipos eléctricos.
Método de cálculo: Debe utilizarse toda la corriente de defecto disponible en el circuito de CA en cuestión. Los métodos de dimensionamiento incluyen (por orden de preferencia): A) comparación del tamaño del conductor de puesta a tierra con los gráficos de resistencia a fallos de los cables, B) utilización de la curva de despeje del fusible o disyuntor para el circuito en cuestión, o C) cálculo de la corriente de fallo en el transformador (caso más desfavorable).
A continuación se describe cada método.
A) Comparación del tamaño del conductor de puesta a tierra con los gráficos de resistencia a fallos de los cables
Los valores nominales de los dispositivos pueden estimarse indirectamente por comparación con la capacidad de fallo de CA del conductor utilizado en el circuito de interés. Esto se basa en la suposición de que el conductor se dimensionó originalmente de forma correcta para la corriente de falta disponible, y generalmente dará como resultado una selección conservadora. Localice el tamaño del conductor usado en su circuito, luego compare los valores de corriente/tiempo en la gráfica de resistencia con el dispositivo de Dairyland como se muestra en la figura de abajo, escogiendo una clasificación de producto que se aproxime o exceda la clasificación del conductor.
Corrientes de cortocircuito disponibles para conductores de cobre aislados (Ref NACE SP0177)
Como este es un método indirecto de dimensionamiento de falla, puede ser apropiado en algunos casos tener un producto Dairyland clasificado por debajo del valor de resistencia del conductor, si otros factores, como la longitud total del conductor, indican que la corriente de falla es sustancialmente menor que la máxima resistencia del conductor. La siguiente tabla resume los valores de falla más comunes y los tamaños de cable correspondientes.
| Tamaño del cable (AWG) | Clasificación de fallos del producto Dairyland |
| #6 y menores | 3,7 kA |
| #4 | 5kA |
| #2 | 10kA |
| Mayor que #2 | Contactar con Dairyland |
B) Comparación con las curvas de despeje de fusibles/interruptores
El siguiente dispositivo de despeje, como un fusible o disyuntor, aguas arriba (hacia la fuente) del circuito de interés puede ser comparado con los valores nominales de los dispositivos de Dairyland. Se debe utilizar la curva de "tiempo total de despeje" del fusible o disyuntor, y se debe elegir una clasificación de dispositivo de Dairyland que supere estos valores de la curva. En un gráfico de la curva de despeje, los valores nominales del dispositivo de Dairyland deben aparecer a la derecha de la curva de despeje del fusible/interruptor como se muestra en el ejemplo de abajo.
Ejemplo de curva de disparo de un disyuntor comparada con la corriente de defecto nominal de CA del desacoplador
En el caso de un barco en el que no se conozcan los datos del interruptor aguas arriba, se podría utilizar el interruptor principal de tierra del barco para obtener una estimación de la corriente de fallo de CA.
C) Cálculos basados en la corriente de defecto de origen en el transformador
A menos que el usuario disponga de datos de fallo para el circuito exacto de interés, se puede conseguir una estimación conservadora comenzando con la corriente de fallo en el transformador del emplazamiento. Si se desea, se puede afinar aún más calculando las reducciones de corriente debidas a la impedancia del conductor. Este método es más útil para instalaciones eléctricas pequeñas; su uso en instalaciones más grandes puede proporcionar valores demasiado conservadores.
La corriente de defecto máxima disponible en los bornes del transformador se determina mediante la siguiente fórmula, utilizando los datos de la placa de características del transformador, que puede suministrar la compañía eléctrica o un ingeniero de la obra.
Corriente secundaria a plena carga = kVA del transformador monofásico / (kV del secundario)
O
Corriente a plena carga del secundario = kVA del transformador trifásico / (kV del secundario)(√3)
Entonces
Corriente de defecto secundaria = Corriente secundaria a plena carga x 100 / Porcentaje de impedancia del transformador
Se trata de la corriente de defecto máxima en el transformador, que se verá reducida por la impedancia del conductor. Esta reducción puede estimarse utilizando las características del cable para varias secciones y longitudes.
Desacoplamiento de la toma de tierra de la compañía eléctrica de la toma de tierra del usuario en el transformador
Nivel de exposición: Un dispositivo de Dairyland conectado como el único enlace entre un sistema neutro conectado a tierra de la compañía eléctrica y el sistema neutro secundario conectado a tierra en una estación u otro sitio con protección catódica estará expuesto a, y debe ser clasificado para, toda la corriente de falla primaria del sistema de distribución de la compañía eléctrica.
Método de cálculo: La corriente primaria de defecto fase-tierra (magnitud y duración) en el transformador debe solicitarse al departamento de ingeniería de distribución de la compañía eléctrica. Si no se dispone de ella, se puede solicitar a la compañía eléctrica la curva de despeje del fusible. Se debe elegir un producto Dairyland que exceda el "tiempo total de despeje" del fusible o disyuntor. Un gráfico de valores de corriente versus tiempo debe resultar en el dispositivo de Dairyland a la derecha de la curva del dispositivo de despeje.
Desacoplamiento de la toma de tierra de la compañía eléctrica de la toma de tierra del usuario/estación en el panel de usuario
Nivel de exposición: Un dispositivo de Dairyland conectado como el único enlace entre un sistema neutro conectado a tierra de la compañía eléctrica y el sistema neutro secundario conectado a tierra en una estación u otro sitio con protección catódica estará expuesto a, y debe ser clasificado para, toda la corriente de falla secundaria del transformador de la compañía eléctrica.
Método de cálculo: A menos que el usuario disponga de datos de falta facilitados por terceros, deberá determinarse la corriente de falta secundaria disponible en los bornes del transformador. Puede calcularse a partir de los datos de la placa de características del transformador. Si se desea, se puede afinar aún más calculando las reducciones de corriente debidas a la impedancia del conductor, para la distancia entre el transformador y el desacoplador en el cuadro.
La corriente de defecto máxima disponible en los bornes del transformador se determina mediante la siguiente fórmula, utilizando los datos de la placa de características del transformador, que puede suministrar la compañía eléctrica o un ingeniero de la obra.
Corriente secundaria a plena carga = kVA del transformador monofásico / (kV del secundario)
O
Corriente a plena carga del secundario = kVA del transformador trifásico / (kV del secundario)(√3)
Entonces
Corriente de defecto secundaria = Corriente secundaria a plena carga x 100 / Porcentaje de impedancia del transformador
Se trata de la corriente de defecto máxima en el transformador, que se verá reducida por la impedancia del conductor. Esta reducción puede estimarse utilizando las características del cable para varias secciones y longitudes.
Mitigación de la tensión parásita en granjas (aislamiento primario-secundario)
Nivel de exposición: Un dispositivo Dairyland conectado como el único enlace entre un sistema neutro conectado a tierra de la compañía eléctrica y el sistema neutro secundario conectado a tierra en una granja o residencia estará expuesto a, y debe ser clasificado para, toda la corriente de falla primaria del sistema de distribución de la compañía eléctrica.
Método de cálculo: La corriente primaria de defecto fase-tierra (magnitud y duración) en el transformador debe ser determinada por el departamento de ingeniería de distribución de la compañía eléctrica. Si no se dispone de ella, se puede examinar la curva de despeje del fusible del transformador. Se debe elegir un producto Dairyland que exceda el "tiempo total de despeje" del fusible o disyuntor. Un gráfico de valores de corriente versus tiempo debe resultar en el dispositivo de Dairyland a la derecha de la curva del dispositivo de despeje.
Cable de alimentación con cubierta de plomo o tipo tubo Desacoplamiento de la toma de tierra de la subestación
Nivel de exposición: Un desacoplador de Dairyland se usa típicamente en cada extremo de un circuito de cable eléctrico, entre la cubierta/tubo y el sistema de puesta a tierra de la subestación. Como la única ruta de puesta a tierra, el dispositivo de Dairyland puede ver toda la corriente de falla de fase a tierra en el sistema de transmisión, y debe ser clasificado para este valor.
Método de cálculo: Como es probable que esto sólo se aplique a los sistemas de cables de transmisión propiedad de compañías eléctricas, la compañía eléctrica puede dirigirse a su departamento de ingeniería de transmisión para obtener la magnitud y duración de la corriente de falta de fase a tierra. Estos valores ya se han modelado para el sistema de transmisión y están disponibles. Elija un dispositivo Dairyland de corriente alterna que exceda la corriente de falla del sistema modelado y el tiempo de duración. Dairyland publica valores de corriente de 1, 3, 10 y 30 ciclos para ayudar en la selección del producto. Se puede hacer interpolación entre los valores publicados - contacte Dairyland para orientación adicional.
Bloqueo GIC/Desacoplamiento neutro del transformador
Nivel de exposición: El neutro del transformador conectado a tierra que es afectado por GIC (Corriente Inducida Geomagnética) o corrientes CC puede tener un desacoplador Dairyland colocado en serie en el enlace/neutro. Esto somete al desacoplador a toda la corriente de fallo disponible en el neutro.
Método de cálculo: Debe utilizarse toda la corriente de defecto disponible, que puede obtenerse de la subestación de la compañía eléctrica o del departamento de ingeniería de transmisión para la magnitud y duración de la corriente de defecto neutra (fase-tierra). Estos valores deben estar fácilmente disponibles. Elija un dispositivo Dairyland de corriente alterna de falla que exceda la corriente de falla del sistema modelado.
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