¿Qué es un alimentador en sistemas eléctricos industriales y qué protecciones requiere?

Un alimentador (feeder) es un circuito eléctrico que distribuye energía desde una barra de un switchgear o subestación hacia las cargas o hacia subestaciones secundarias. En sistemas industriales de media tensión (6, 13.2, 33 kV), los alimentadores conectan el transformador principal con los centros de carga (tableros de distribución, motores de gran potencia, subestaciones secundarias). Las protecciones mínimas requeridas para un alimentador son: sobrecorriente de fase (51) con característica de tiempo inverso, para proteger contra sobrecargas y fallas entre fases; sobrecorriente instantánea de fase (50), para eliminación rápida de cortocircuitos severos; y protección de falla a tierra (51N o 51G), cuya sensibilidad y conexión depende del régimen de puesta a tierra del neutro del sistema. Para alimentadores largos o de alta importancia se agrega protección de distancia (21) que actúa como respaldo ante fallas que las protecciones del extremo remoto no eliminan. La correcta coordinación entre la protección del alimentador y las protecciones aguas abajo garantiza que solo el alimentador fallado se desconecte, sin afectar los circuitos adyacentes.

¿Qué es un switchgear de media tensión y cómo se protege?

Un switchgear (o cuadro de media tensión) es el conjunto de equipos de maniobra y protección que distribuye la energía eléctrica desde el transformador principal hacia los diferentes alimentadores de una instalación industrial. Típicamente contiene celdas modulares con interruptor de vacío o SF6, transformadores de corriente y tensión, relés de protección y sistemas de medición. La protección del switchgear incluye: protección de barra (87B, diferencial de barra) que actúa cuando ocurre una falla en las barras del switchgear, comparando las corrientes de entrada y salida de la barra y disparando todos los interruptores conectados a ella ante una diferencia significativa; protección de acoplador de barras para switchgears con doble barra; y protección de incendio de arco interno (arc flash detection) mediante sensores de luz que detectan el destello del arco y disparan los interruptores en menos de 10 ms. Cada celda de alimentador tiene además sus propias protecciones individuales de sobrecorriente. La coordinación entre la protección de barra y las protecciones de las celdas es crítica para garantizar que una falla en la barra no sea confundida con una falla en un alimentador y viceversa.

¿Cómo funciona la protección de sobrecorriente de tiempo inverso (relé 51) y cuáles son sus curvas características?

El relé de sobrecorriente de tiempo inverso (función ANSI/IEEE 51) actúa después de un tiempo que es inversamente proporcional a la corriente: a mayor corriente, menor tiempo de actuación. Esto permite la coordinación entre protecciones en cascada: ante una corriente de cortocircuito, la protección más cercana a la falla (que ve mayor corriente) actúa más rápido que la protección aguas arriba (que ve menor corriente atenuada por la impedancia de la red), logrando selectividad. Las curvas características normalizadas por IEC 60255-151 son: curva Normal Inversa (NI): t = 0.14 × TMS / ((I/Is)^0.02 - 1); curva Muy Inversa (MI): t = 13.5 × TMS / ((I/Is) - 1); y curva Extremadamente Inversa (EI): t = 80 × TMS / ((I/Is)^2 - 1), donde TMS es el multiplicador de tiempo (Time Multiplier Setting), I es la corriente medida e Is es la corriente de arranque ajustada. La curva EI es la que mejor se adapta a la protección de motores (alta corriente de arranque durante tiempo limitado). El ajuste del relé 51 requiere conocer la corriente nominal del equipo protegido, la corriente de cortocircuito mínima en el extremo del alimentador y las curvas de los relés aguas abajo para garantizar la coordinación.

¿Cómo se diferencia la protección de falla a tierra según el régimen de neutro del sistema?

La protección de falla a tierra depende críticamente del régimen de conexión del neutro porque determina la magnitud de la corriente de falla monofásica. En sistemas con neutro sólidamente puesto a tierra (solidly grounded): la corriente de falla monofásica puede ser comparable a la corriente de cortocircuito trifásico; se usan relés 51N (conexión al neutro del transformador de corriente en la barra de neutro) o 51G (transformador de corriente de falla a tierra tipo toroidal que engloba los tres conductores de fase). En sistemas con neutro puesto a tierra a través de resistencia (resistance grounded, high impedance grounded): la corriente de falla es limitada (típicamente de 1 A a 10 A); se requieren relés de alta sensibilidad y la protección diferencial de tierra (87G) o detectores de pérdida de aislación. En sistemas con neutro aislado o puesto a tierra mediante bobina de Petersen (resonante): la corriente de falla monofásica es mínima (corriente capacitiva de la red); no existe corriente de falla convencional para el relé de sobrecorriente; se usan monitores de aislación y relés de pérdida de aislación de baja frecuencia (Isola, Bender). Los sistemas industriales en Argentina utilizan predominantemente neutro sólidamente puesto a tierra en BT y alta impedancia o aislado en MT.

¿Qué es la protección de distancia (relé 21) y cuándo se aplica en alimentadores industriales?

El relé de distancia (función ANSI/IEEE 21) mide la impedancia aparente vista desde el punto de instalación del relé: calcula la relación V/I en las fases relevantes y la compara con zonas de impedancia predefinidas en el plano complejo. Si la impedancia medida cae dentro de una zona de disparo (que corresponde a una falla en una porción del alimentador), el relé actúa en el tiempo asignado a esa zona. Se aplica principalmente en: alimentadores de alta tensión de longitudes importantes, donde la coordinación por sobrecorriente es difícil porque la corriente de falla varía significativamente con la ubicación de la falla; sistemas con múltiples fuentes donde la corriente de falla puede fluir en distintas direcciones; y como respaldo remoto ante fallas en alimentadores adyacentes o en subestaciones alejadas cuando la protección local falla en actuar. En sistemas industriales de media tensión de cortas distancias, el relé de distancia es menos frecuente que en sistemas de transmisión, pero se utiliza cuando la variación de corriente de cortocircuito entre el origen y el extremo del alimentador es menor que la corriente de arranque del relé 51 del escalón aguas arriba, haciendo imposible la coordinación por sobrecorriente.

¿En qué se diferencia este curso del de Coordinación de Protecciones en Media y Baja Tensión?

El curso de Coordinación de Protecciones en MT y BT (Ing. Osvaldo Letowski, 16 horas) cubre el sistema completo de coordinación de protecciones: desde los fundamentos del cortocircuito, los tipos de selectividad (amperimétrica, cronométrica, energética, de zona), hasta la coordinación práctica de todos los dispositivos de una instalación industrial usando tablas de fabricantes y software. Es más amplio en alcance y cubre también protecciones de transformadores, motores y la selección de dispositivos de BT. Este curso de Protección de Alimentadores y Switchgears (Ing. Jhadir Medina, 30 horas) se especializa específicamente en los esquemas de protección de alimentadores y switchgears de media y alta tensión: protecciones de distancia (21), diferencial de barras (87B), esquemas de transferencia y reconectadores, con mayor profundidad en el cálculo de ajustes y el análisis de casos. Es un curso de mayor nivel técnico orientado a especialistas en protecciones, mientras que el de Letowski es más accesible para ingenieros de mantenimiento y proyectos.

Curso: Protección de Alimentadores y Switchgears

Instructor : Ing. Jhadir Alberto Medina Morao

El participante aprenderá a:

Destinatarios

Ingenieros, tecnólogos, profesionales afines o especialistas de la ingeniería eléctrica, electrónica, electromecánica, mecatrónica, mecánica e industrial; con sólidos conocimientos en electrotécnica y sistemas eléctricos de potencia.

Metodología

Exposición dialogada del instructor con presentaciones Powerpoint.
Análisis de casos reales.
Realización de ejercicios individuales.
Realización de ejercicios grupales, a través de debates y consultas técnicas.

Antecedentes exitosos de este curso

La capacitación ha sido dictada desde el año 2016 para distintas empresas tales como: INDIGO Energy International (Venezuela), iPS Ingproser (Venezuela), Worley (Argentina), SINEC (Argentina) y INEL (Perú).

Acerca del instructor

Ing. Jhadir Alberto Medina Morao

Ingeniero electricista con +15 años de experiencia en el desarrollo de proyectos de ingeniería para los sectores Power Energy, Renewable Energy, Oil&Gas, Nuclear, Offshore, Minero e Industrial.
Experiencia en el desarrollo de ingeniería conceptual, básica, detalle y constructiva, ejecución de estudios eléctricos, coordinación de equipos de trabajo, gestión de proyectos de ingeniería y revisión de documentos de ingeniería. Desarrollo de más de 80 proyectos en los siguientes países: Venezuela, Argentina, Colombia, Perú, Paraguay, Uruguay, Brasil, Chile, Ecuador, Panamá, USA, España, Portugal, Italia, UK, Alemania, Australia y Sudáfrica. Actualmente se desempeña como Director of Engineering en NOVERCY.
Instructor técnico con 12 años de experiencia en desarrollo de capacitaciones técnicas para los sectores comercial, industrial, Power Energy, Oil&Gas y Minero. Desarrollo de más de 45 cursos de capacitación en los siguientes países: Venezuela, Colombia, Perú, Paraguay, Argentina, Brasil, Uruguay, USA, Chile y España. Dirección de 2 trabajos de grado académicos a nivel universitario

Temario

Módulo No. 1: Filosofía de protección.
Módulo No. 2: Normativas y estándares internacionales.
Módulo No. 3: Requerimientos de protección.
Módulo No. 4: Esquemas de protección.
Módulo No. 5: Criterios de ajuste.
Módulo No. 6: Dimensionamiento de dispositivos de protección.
Módulo No. 7: Análisis prácticos.

Nota: Los módulos de debates son los módulos 1, 2 y 4. Los módulos de ejercicios prácticos son los módulos 3 y 7. La capacitación está estructurada en 15 clases de 2 horas cada una, para un total de 30 horas lectivas, distribuidas de la siguiente forma:

Módulo No. 1: Compuesto por 3 clases, con un total de 6 h.
Módulo No. 2: Compuesto por 1 clase, con un total de 2 h.
Módulo No. 3: Compuesto por 3 clases, con un total de 6 h.
Módulo No. 4: Compuesto por 2 clases, con un total de 4 h.
Módulo No. 5: Compuesto por 1 clase, con un total de 2 h.
Módulo No. 6: Compuesto por 2 clases, con un total de 4 h.
Módulo No. 7: Compuesto por 3 clases, con un total de 6 h.