¿Qué es la coordinación de protecciones y por qué es crítica en una instalación eléctrica industrial?

La coordinación de protecciones es el proceso de ajustar los dispositivos de protección de un sistema eléctrico (disyuntores, fusibles, relés) para que ante cualquier falla actúe en primer lugar el dispositivo más cercano a la falla (el más específico), y solo si este falla en actuar, actúe el dispositivo aguas arriba (el de respaldo), minimizando así la porción del sistema que queda sin servicio. Una coordinación incorrecta puede generar dos problemas opuestos: si las protecciones son demasiado sensibles, una falla aguas abajo puede disparar el alimentador principal dejando sin servicio a toda una planta; si son demasiado lentas o insensibles, la falla puede propagarse y dañar conductores, transformadores o equipos antes de ser interrumpida. En instalaciones industriales críticas (plantas de proceso continuo, hospitales, data centers), una interrupción no selectiva puede costar cientos de miles de pesos por hora de parada no planificada, además de generar riesgos de seguridad graves. La coordinación correcta garantiza que las fallas sean localizadas, contenidas y que la mayor parte del sistema continúe operando.

¿Cuáles son los tipos de selectividad eléctrica y cuándo se aplica cada uno?

Los tipos de selectividad definen el mecanismo por el cual la protección más próxima a la falla actúa antes que la de respaldo. La selectividad amperimétrica (o de corriente) se basa en que las protecciones aguas arriba tienen umbrales de corriente más altos que las aguas abajo; es simple pero no siempre es posible cuando las corrientes de cortocircuito no difieren suficientemente entre puntos. La selectividad cronométrica asigna retardos de tiempo crecientes hacia aguas arriba: la protección más cercana actúa instantáneamente, y cada escalón aguas arriba tiene un retardo adicional; el inconveniente es que los equipos aguas arriba deben soportar la corriente de falla durante el retardo. La selectividad energética aprovecha la energía limitante de los fusibles y disyuntores de limitación de corriente para lograr selectividad sin retardos de tiempo; funciona bien en baja tensión. La selectividad de zona (ZSI, Zone Selective Interlocking) permite que los disyuntores actúen sin retardo cuando detectan una falla en su zona inmediata, combinando velocidad y selectividad. La selectividad diferencial usa comparación de corrientes en los extremos de un tramo protegido para identificar exactamente dónde está la falla.

¿Cómo se calcula la corriente de cortocircuito en un sistema de baja tensión y para qué sirve ese valor?

El cálculo de la corriente de cortocircuito determina la máxima corriente que puede circular en cualquier punto del sistema ante una falla de baja impedancia. El método simplificado de impedancia, aceptado por normas como IEC 60909, calcula la corriente de cortocircuito trifásica simétrica como Ik = Uc / (√3 × Ztotal), donde Uc es la tensión nominal de la red y Ztotal es la suma de todas las impedancias en serie desde la fuente hasta el punto de falla (incluyendo la impedancia de la red de distribución, el transformador de alimentación, los conductores y las impedancias de los equipos de conmutación). Este valor tiene múltiples usos en el diseño: determinar el poder de corte mínimo requerido para los disyuntores en ese punto (deben poder interrumpir la corriente de cortocircuito calculada sin dañarse); verificar que los conductores y barras pueden soportar térmicamente la corriente durante el tiempo de actuación de la protección; establecer los umbrales de ajuste de las protecciones de cortocircuito (que deben ser sensibles a la corriente mínima de cortocircuito en la zona protegida pero insensibles a la corriente de cortocircuito de zonas adyacentes).

¿Qué es la protección diferencial de transformadores y por qué es la protección de mayor prioridad?

La protección diferencial de transformadores compara las corrientes de entrada y salida del transformador (medidas por transformadores de corriente en ambos lados): en condiciones normales, la corriente de entrada es igual a la corriente de salida multiplicada por la relación de transformación, y la diferencia es prácticamente cero. Si hay una falla interna en el transformador (cortocircuito entre espiras, falla a tierra en el devanado), aparece una corriente diferencial significativa que la protección detecta y usa para disparar los interruptores en ambos lados del transformador instantáneamente, sin retardo intencional. Es la protección de mayor prioridad porque las fallas internas en transformadores de poder son extremadamente destructivas: pueden generar arcos internos que deterioran el aceite, generan gases combustibles y pueden llegar a la rotura del transformador y el incendio si no se interrumpen rápidamente. El mayor desafío técnico de la protección diferencial de transformadores es la corriente de magnetización transitoria que fluye al energizar el transformador (inrush current), que puede simular una falta interna; los relés modernos usan la componente de segunda armónica de la corriente de inrush para bloquear el disparo durante la energización.

¿Qué diferencia hay entre un transformador de corriente para medición y uno para protección?

Los transformadores de corriente (TC) para medición y para protección tienen características opuestas en cuanto a su comportamiento ante corrientes elevadas. Los TC de medición están diseñados para ser muy precisos en el rango de corriente normal (0.1 a 1.2 veces la corriente nominal) y saturan intencionalmente a corrientes superiores, protegiendo así los instrumentos de medición conectados de las elevadas corrientes de cortocircuito; tienen clase de precisión 0.1, 0.2, 0.5 o 1 según IEC 61869-2. Los TC de protección, en cambio, deben reproducir fielmente la corriente de cortocircuito sin saturar, incluso cuando esta es 20 o 30 veces la corriente nominal, para que el relé de protección pueda medir correctamente y actuar; tienen clase de exactitud 5P o 10P con un factor de limitación (ALF) que indica hasta cuántas veces la corriente nominal el TC mantiene el error dentro del límite admisible. Usar un TC de medición para alimentar un relé de protección puede causar que el relé no actúe ante un cortocircuito porque el TC habrá saturado y el relé medirá una corriente mucho menor que la real.

¿Cuál es la diferencia entre selección de protecciones y coordinación de protecciones?

La selección de protecciones consiste en elegir el tipo y las características del dispositivo de protección adecuado para cada elemento de la instalación: un disyuntor con determinado poder de corte para un circuito de determinada corriente de cortocircuito, un fusible de determinada curva tiempo-corriente para proteger un conductor, un relé de sobrecarga calibrado para la corriente nominal de un motor. Es la fase de diseño individual de cada protección. La coordinación de protecciones es la fase siguiente: verificar y ajustar que las múltiples protecciones de la instalación, tomadas en conjunto, actúen de manera ordenada y selectiva ante cualquier tipo de falla, garantizando que siempre actúe la protección más cercana a la falla antes que las de respaldo. La coordinación analiza las curvas tiempo-corriente de todos los dispositivos simultáneamente en un único gráfico logarítmico, verificando que no se superpongan en los rangos de corriente relevantes. Una instalación puede tener correctamente seleccionados cada uno de sus dispositivos de protección individualmente y aún así tener una coordinación deficiente que genere disparos no selectivos.

Curso: Coordinación de Protecciones en Media y Baja Tension

Instructor : Ing. Osvaldo Letowski

El participante aprenderá a:

Destinatarios

Profesionales y técnicos de ingeniería eléctrica de todo el campo de empresas que trabajen en el rubro electrico.

Alcance

Este curso es nuevo y nace como respuesta a la demanda de numerosos profesionales y técnicos del sector que buscan perfeccionar sus habilidades en un área crítica para su desarrollo laboral. Esto nos ha permitido diseñar un temario con puntos relevantes que no solo cubra la teoría, sino que también ofrezca soluciones prácticas para la correcta selección, ajuste y coordinación de los dispositivos de protección en la industria.

Metodología

• Exposición dialogada del instructor con presentaciones Powerpoint.
• Análisis de casos reales.
• Realización de ejercicios individuales.
• Realización de ejercicios grupales.
• Debate entre los participantes.

Acerca del instructor

Ing. Osvaldo Letowski

Ingeniero electricista graduado en 1990 en la Universidad Tecnológica Nacional Regional Buenos Aires, con más de 40 años de experiencia en empresas de rubro eléctrico con intervención en la construcción de tableros y celdas de media tensión, obras del ámbito industrial, naval, generación, ET de alta tensión, transmisión y distribución de energía y operadoras de Oil & Gas.
Más de 10 años como referente de la especialidad electricidad, instrumentos y sistemas de adquisición de datos de Tecpetrol, parte de la Organización Techint, para sus operaciones en Argentina, Venezuela, Ecuador, México y Colombia.
Instructor de cursos varios de instalaciones eléctricas en industria de Oil & Gas, minería e instalaciones de media y baja tensión en general.
Asesor técnico para operadoras de Oil & Gas
Asesor técnico para fábricas de tableros eléctricos e instalaciones eléctricas de media y baja tensión.

Temario

Módulo I: Introducción:

Principios básicos
Objetivos.

Módulo II: Conceptos de las corrientes de cortocircuito

Definiciones de sobrecarga y cortocircuito.
Tipos de fallas. Comparación.
Establecimiento de un cortocircuito. Cortocircuitos cercanos y lejanos a un generador.
Parámetros de las corrientes de cortocircuito.

Módulo III: Cálculo de corrientes de cortocircuito

Datos necesarios.
Corrientes máximas y mínimas
Métodos de cálculo. Comparación.
Métodos digitales.
IEC 60909, hipótesis de cálculo.
Método de impedancias.
Método de componentes simétricas
Método de composición.

Módulo IV: Modelado de la red eléctrica

Componentes de la red, activos y pasivos.
Red de suministro eléctrico.
Generadores sincrónicos.
Motores y compensadores asincrónicos.
Motores asincrónicos.
Transformadores, en baño de aceite y de aislación seca.
Conductores y conductos de barras.
Otros componentes.
Sistema por unidad. Magnitudes base

Módulo V: Solicitaciones térmicas y dinámicas.

Solicitaciones térmicas y dinámicas. Daños y consecuencias.
Protección de generadores sincrónicos. Curva característica de daño.
Protección de transformadores. Clasificación ANSI, curva de daño.
Protección de motores asincrónicos. Sobrecargas, criterios y tipos de coordinación.
Protección de conductores. Comportamiento en cortocircuito y sobrecarga.

Módulo VI: Dispositivos de detección e interrupción de fallas

Principios operativos. Detección de fallas, disparo e despeje.
Relés electromecánicos, estáticos, digitales. Funciones ANSI.
Dispositivos de interrupción en media tensión, interruptores, reconectadores, seccionalizadores y fusibles.
Dispositivos de interrupción en baja tensión, interruptores y fusibles.
Transformadores de intensidad para protección.
Ajuste de protecciones,

Módulo VII: Protecciones de aplicaciones particulares

Protección diferencia. Coordinación. Tipos y aplicaciones.
Protección diferencial de transformadores. Criterios de aplicación, compensación de relación y grupo de conexión. Corriente de inserción.
Protección de generadores de baja tensión. Potencia inversa. Sobreexcitación. Funcionamiento en isla y paralelo.
Protección de líneas radiales. Protección direccional. Introducción a la protección de distancia.

Módulo VIII: Coordinación y selectividad

Coordinación y selectividad de protecciones
Tipos de selectividad, selectividad total, parcial y protección de respaldo
Zonas de sobrecargas
Zonas de cortocircuitos
Selectividad amperimétrica, cronométrica, energética y de zona
Selectividad de corriente direccional
Selectividad de corriente dual

Módulo IX: Casos de estudio y aplicaciones

Ejercicios de cálculos simples de corrientes de cortocircuito. Verificación con software de cálculo.
Curvas tiempo / corriente. Ajuste de protecciones. Verificación de selectividad.
Selección de interruptores, fusibles y transformadores de corriente.
Utilización de tablas de coordinación de protecciones de fabricantes de materiales eléctricos
Discusión de casos de estudio