Manual de operación, construcción y aplicación

Transcripción

1 Manual de operación, construcción y aplicación

2 mpresa mexicana de reciente creación. Surge como una necesidad a la experiencia acumulada durante más de 30 años, en el diseño y manufactura de fusibles en media tensión, aplicando moderna tecnología matemática semiempírica, la cual es verificada tanto en nuestro laboratorio como en el de alta potencia de Comisión Federal de Electricidad (CFE). La marca respalda fusibles que satisfacen los requisitos de las normas: IEC 282-1, IEEEstd. C y NMX-J-149/1-ANCE-2002.

3 FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE, DE RESPALDO (BACK UP) PARA MEDIA TENSIÓN MARCA PROTELEC-MT Manual de operación, construcción y aplicación CONTENIDO 1. CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN Qué es un fusible limitador de corriente? Características físicas de los fusibles operados Operación Incorrecta CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS Cintas fusibles Núcleo de cerámica Sistema de disparo Tubo aislante Arena de relleno Contactos exteriores CURVAS DE OPERACIÓN Corriente-tiempo promedio Limitación de corriente CARACTERÍSTICAS DE APLICACIÓN Generalidades Protección de transformadores Observaciones DATOS GENERALES

4 1. CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V. 1.1 Qué es un fusible limitador de corriente? Es un dispositivo de seguridad que se diseña para operar con sobrecorrientes de diversas magnitudes. (ver foto 1) Si la corriente de falla es muy grande, el fusible la interrumpe; limitándola, sin permitir que alcance su valor máximo instantáneo. Esta forma de operación se ejemplifica en la figura 1 La limitación de corriente se obtiene por la inclusión que hace el fusible de una resistencia eléctrica transitoria de muy alta magnitud en el circuito en donde se le instala. El efecto resultante, es la generación de una sobretensión instantánea de cuya magnitud dependen el grado de limitación obtenido y la energía 12t asociada. Foto 1 Figura 1 Por ejemplo si la sobretensión generada es apenas mayor que la máxima tensión instantánea a la frecuencia de estado estable (50 ó 60 Hz) figura 2, la limitación de corriente es escasa y la energía asociada es grande. En cambio, si la sobretensión es relativamente alta la limitación es satisfactoria. 4 Figura 2

5 FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN Con sobretensiones mayores de 3 veces aún cuando la operación de los fusibles sea satisfactoria, se puede dañar el aislamiento de los equipos asociados y en algunos casos se pueden hacer operar los aparta-rrayos. Las sobretensiones transitorias que generan nuestros fusibles están comprendidas entre 1.6 y 1.8 veces la tensión máxima instantánea de estado estable y la limitación de corrientes satisfactoria. En el núcleo de la fulgurita, se pueden alcanzar temperaturas del orden de 20,000K. En esta región la arena se funde totalmente y forma un tubo hueco (figura 3) el cual subsiste después de la interrupción de la falla. 1.2 Formación de fulguritas En las fotos 2 y 3 se presenta la secuencia de formación de fulguritas con la aplicación de una sobrecorriente de cortocircuito. Figura 3. Foto 2. Fulgurita correspondiente a un cortocircuito de alta magnitud. Foto 3. Fulguritas correspondientes a un cortocircuito de alta energía. 5

6 CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V. Foto 4. Fulgurita de un FLC de 16 A aplicado en 15.5 kv entre fases. Foto 5. Fulgurita de un FLC de 25 A aplicado en 23 kv entre fases. En las fotos 4 y 5 se muestran las fulguritas que se forman en fusibles ARIAN aplicados en circuitos con tensión entre fases de 15.5 kv y 23 kv respectivamente. 1.4 Operación incorrecta Cuando las fulguritas no son semejantes entre sí y se presentan puentes entre cordones de fulguritas co-rrespondientes a diferentes cintas, son señal de que el arqueo del fusible fue errático y la energía desarrollada fue muy alta. En estos casos es común que ocurra la explosión del fusible. (véase la foto 6) 6 Foto 6. Operación incorrecta de un FLC

7 FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN 2. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS 2.1 Cintas fusibles En su diseño y construcción (foto 7) utilizamos plata pura, metal que presenta las siguientes características: Máxima conductividad eléctrica que se traduce en una pérdida mínima de masa durante el arqueo. En consecuencia la energía total I2t generada es mínima cuando se le compara con la generada por otros materiales bajo las mismas condiciones de prueba. Así por ejemplo, si se utiliza cobre con o sin recubrimiento de plata u otro material, se tienen las siguientes desventajas: Bajo la aplicación de ciclos de carga diarios, su resistencia eléctrica se incrementa notablemente por oxidación. Esta característica se traduce en reducción de su vida útil con la consecuente variación de sus características corriente-tiempo. Foto Núcleo de cerámica (araña) Hemos optimado tanto el perfil como las dimensiones de estos núcleos (foto 8) para: Disponer de un volumen máximo de arena de cuarzo en el interior del tubo, también de cerámica y así obtener una mejor disipación de la energía de arco generada. Por ser de cerámica, durante el arqueo, no produce trayectorias carbonizadas que lo favorezcan. Foto 8 7

8 CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V. 2.3 Sistema de disparo El mecanismo que se aplica en el LIMITADOR PROTELEC-MT funciona por el empuje que ejerce un resorte de compresión que permanece en posición de comprimido por la acción de una excéntrica en equilibrio, debido a una fuerza de tensión que ejerce un fino alambre de niquel-cromo. (ver figura 4) Cuando el fusible opera, las cintas de plata se funden primero, y después el alambre de niquelcromo. Así, la excéntrica pierde su posición de equilibrio, liberando el resorte comprimido e impulsando al percutor. 2.4 Tubo aislante Utilizamos tubos de cerámica de alta calidad y excelentes propiedades dieléctricas, que se caracterizan por su alta capacidad térmica; es decir, que cuando a uno de nuestros fusibles se le aplica continuamente su corriente nominal, (prueba de elevación de temperatura) no sufre ningún envejecimiento como llega a ocurrir con los tubos de fibra de vidrio devanada, en combinación con alguna resina termofija. Figura Arena de relleno Utilizamos arena de cuarzo de alta pureza con un contenido de óxido de hierro menor al %. La granulometría, compactación (amplitud y frecuencia) y el secado se controlan cuidadosamente para obtener un control óptimo del arco eléctrico durante la interrupción de la falla. 2.6 Contactos exteriores El metal que utilizamos en su manufactura es lámina de cobre con acabado plateado para obtener alta conductividad térmica y eléctrica. Estos capuchones se ajustan y fijan al tubo de cerámica con materiales epóxicos de alta calidad, adecuados para trabajar continuamente con temperaturas que oscilan entre 80º y 130º C. 8

9 FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN 3. CURVAS DE OPERACIÓN 3.1 Corriente-tiempo promedio Presentan la relación entre la corriente simétrica rcm aplicada y el tiempo promedio en que opera el fusible, la tole-rancia que ofrecemos es de ±12% en valores de corriente. El tiempo mínimo que se muestra en estas curvas, es de 0.01 segundos, por lo que en ningún caso, representa la operación de los fusibles en su rango limitador de corriente (tiempos menores de seg. en 60 Hz.) El punto donde cada curva deja de ser continua, corresponde aproximadamente a la corriente mínima de interrupción (I 3 ) que el fusible puede interrumpir con plena seguridad. La parte con trazo discontinuo de las curvas, termina en 600 seg. CURVAS CARACTERISTICAS CORRIENTE-TIEMPO DE LOS FUSIBLES LIMITADORES DE CORRIENTE MARCA PROTELEC-MT, DE 23KV 9

10 CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V. 3.2 Limitación de corriente Estas curvas muestran los valores máximos de la corriente pico instantánea de paso libre que cada fusible permite circular bajo condiciones de falla para diferentes corrientes de corto circuito, hasta aquella correspondiente a su capacidad interruptiva máxima. CORRIENTE DE PASO LIBRE DE LOS FUSIBLES LIMITADORES DE CORRIENTE MARCA PROTELEC-MT 4. CARACTERÍSTICAS DE APLICACIÓN 4.1 Generalidades Los fusibles limitadores que actualmente fabricamos son del tipo de respaldo (back up) y cumplen con lo establecido en las Normas IEC282-1 y ANSIC Operan satisfactoriamente con sobrecorrientes comprendidas entre la mínima de interrupción (I 3 ) y la correspondiente a su capacidad interruptiva (I 1 ) máxima. (véase la tabla 3, pág. 16).

11 FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN Su función esencial, es la de proteger equipos y conductores contra sobrecorrientes de corto circuito. Así por ejemplo, en el caso de los transformadores, los protegen contra fallas internas de baja impedancia, limitando la energía I2t que suministra la fuente hasta el punto de falla, descartando la posibilidad de falla catastrófica del transformador y sus accesorios. Para ampliar el campo de aplicación de estos fusibles, se les asocia en serie con fusibles de expulsión: En este caso, la corriente mínima de interrupción (I 3 ) del fusible limitador de corriente, debe quedar a la izquierda del punto de intersección de las dos curvas corriente-tiempo. (ver figura 5) Figura 5. Aplicación serie de un fusible limitador de corriente con un fusible de expulsión. El fusible de expulsión operará con corrientes de sobrecarga y el limitador con sobrecorrientes mayores, hasta su capacidad interruptiva (I 1 ). De esta forma la protección contra sobrecorrientes de baja magnitud, menores a la mínima de interrupción (I 3 ) del fusible limitador, se obtiene con los fusibles de expulsión. En el caso de transformadores, las corrientes de falla de baja magnitud, son aquellas que ocurren externamente a la máquina o bien son fallas internas de alta impedancia. Cuando estos fusibles operan, cualesquiera que sea la magnitud de la corriente de falla comprendida entre I 1 e I 3, no emiten hacia el exterior gases ionizantes y no generan ruido alguno, características que los hace adecuados para instalarse en gabinetes cerrados de servicio interior. 11

12 CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V. Figura 6. Curvas características utilizadas con fusibles de un transformador, en sus lados primario y secundario Protección de transformadores Se presenta la secuencia a seguir para seleccionar la corriente nominal de los fusibles utilizados en la protección primaria de transformadores. En la figura 6 se muestra esquemáticamente la relación que deben guardar entre sí las curvas características corriente-tiempo de acuerdo a los equipos involucrados. 4.3 Observaciones La curva característica corriente-tiempo mínimo de fusión del fusible de media tensión, se debe localizar a la derecha de la curva corriente-tiempo (curva de energización) del transformador considerado. Esta curva se traza con los siguientes puntos: Múltiplos de In Tiempo de duración (segundos) La corriente nominal del fusible primario debe ser mayor que la corriente de plena carga del transformador en una cantidad tal que: Se pueda sobrecargar al transformador en condiciones de servicio. Se tome en consideración la instalación de los fusibles en un lugar estrecho y cerrado sin exceder los límites de temperatura especificados. Se considere el incremento de la temperatura ambiente sobre la temperatura normalizada.

13 FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN TABLA 1 SELECCIÓN DE FUSIBLES LIMITADORES DE CORRIENTE MARCA PROTELEC-MT, PARA LA PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES. Para eliminar rápidamente las fallas de los devanados y las fallas secundarias, la corriente de fusión en la región de los 10 segundos debe ser lo más baja posible. La coordinación completa entre los fusibles primarios y secundarios o entre aquellos y cualquier otro dispositivo de protección en el lado secundario se obtiene cuando: El punto B de intersección entre la curva de fusión mínima del fusible primario y la curva de interrupción total de dispositivo secundario, debe obtenerse con un valor de corriente mayor que la máxima corriente de falla en el lado de la carga. Corriente nominal de los fusibles: Se recomienda que la relación que deban guardar entre sí la corriente nominal de los fusibles y la del transformador sea de aproximadamente 2. Se define la relación de fusión de la siguiente forma: Aplicando este criterio, en la Tabla 1 se presentan las corrientes nominales que recomendamos para proteger los transformadores trifásicos indicados. Notas: Se pueden utilizar fusibles cuya distancia entre hombros D/H sea: *1 192 ó 292 mm *2 292 ó 442 mm *3 442 ó 537 mm (ver tabla 1) 13

14 Se considera un factor de sobre carga 1.5 y se toma en cuenta el requisito para las corrientes de magnetización establecidos en la Norma IEC 787. Sin embargo, para 125 A recomendamos usar 537 mm es decir, aplicar la clave 23 PTC 125 LG de nuestros numeros de catálogo, según tabla 2. CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V. Ejemplo: Selección de los fusibles para proteger un transformador trifásico de 750 kva. Con tensión primaria de 23 kv y tensión secundaria de 220 Volts entre fases. Corriente nominal primaria Relación de fusión a utilizar Rf = 2 Corriente nominal del fusible a seleccionar If=2x A = 37.6 A Se utilizan entonces: 3 fusibles del tipo de respaldo de 40 A a 23 kv Figura 7 14

15 FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN 5. DATOS GENERALES TABLA 2 DATOS GENERALES DE LOS FUSIBLES LIMITADORES DE CORRIENTE MARCA PROTELEC-MT *Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros fusibles. (véase la figura 8) Acotaciones en mm Figura 8 15

16 CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V. TABLA 3 EJEMPLOS DE FORMACIÓN DE NUESTROS NUMEROS DE CATÁLOGO TABLA 4 CAPACIDAD INTERRUPTIVA 16

17 FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN TABLA 5 EQUIVALENCIAS ENTRE LOS FUSIBLES MARCA PROTELEC-MT Y LOS DE DRIWISA, TODOS ELLOS DEL TIPO DE RESPALDO (BACK-UP) *Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros fusibles. TABLA 6 EQUIVALENCIAS ENTRE LOS FUSIBLES MARCA PROTELEC-MT Y LOS DE DRIWISA, TODOS ELLOS DEL TIPO DE RESPALDO (BACK-UP) *Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros fusibles. 17

18 CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V. TABLA 7 EQUIVALENCIAS ENTRE LOS FUSIBLES MARCA PROTELEC-MT Y LOS DE DRIWISA, TODOS ELLOS DEL TIPO DE RESPALDO (BACK-UP) *Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros fusibles. TABLA 8 EQUIVALENCIAS ENTRE LOS FUSIBLES MARCA PROTELEC-MT Y LOS DE DRIWISA, TODOS ELLOS DEL TIPO DE RESPALDO (BACK-UP) *Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros fusibles. 18

19 OTROS PRODUCTOS: FUSIBLE (baja tensión) ESLABÓN FUSIBLE UNIVERSAL (media tensión) UNIDAD FUSIBLE DE POTENCIA ABX-23