La coordinación de protecciones en instalaciones industriales es vital para la seguridad y continuidad operativa. El cálculo preciso garantiza la selectividad y evita desconexiones innecesarias.
Este artículo explora cómo calcular y optimizar la coordinación de protecciones según IEEE y NTC 2050, con ejemplos, fórmulas y tablas detalladas.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) Calculadora de coordinación de protecciones en instalaciones industriales – IEEE, NTC 2050
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- Calcular la corriente de cortocircuito y seleccionar el relé adecuado para un motor de 75 kW, 440 V.
- Determinar el tiempo de disparo óptimo para un interruptor de 400 A en un tablero principal.
- Comparar curvas de disparo de relés de sobrecorriente para un transformador de 1000 kVA, 13,2 kV/480 V.
- Evaluar la selectividad entre fusibles y relés en una subestación industrial de 2500 kVA.
Tablas de valores comunes en la Calculadora de coordinación de protecciones en instalaciones industriales – IEEE, NTC 2050
| Elemento de Protección | Rango de Corriente Nominal (A) | Tiempo de Disparo Instantáneo (ms) | Tiempo de Disparo Temporizado (s) | Curva de Disparo | Norma Aplicable | Aplicación Típica |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Fusible tipo NH | 2 – 1250 | 10 – 50 | 0.1 – 5 | Rápida, Lenta | NTC 2050, IEC 60269 | Alimentadores, motores |
| Interruptor termomagnético | 1 – 1600 | 20 – 100 | 0.05 – 3 | B, C, D | NTC 2050, IEC 60947-2 | Tableros, circuitos de control |
| Relé de sobrecorriente (50/51) | 5 – 5000 | 30 – 100 | 0.1 – 10 | IEC, ANSI, IEEE | IEEE C37.2, NTC 2050 | Transformadores, barras principales |
| Relé de sobrecorriente direccional | 10 – 4000 | 40 – 120 | 0.2 – 12 | IEC, ANSI, IEEE | IEEE C37.2, NTC 2050 | Alimentadores, anillos de media tensión |
| Relé de tierra (50N/51N) | 1 – 1000 | 30 – 80 | 0.1 – 8 | IEC, ANSI, IEEE | IEEE C37.2, NTC 2050 | Protección de neutro, transformadores |
| Relé diferencial (87) | 10 – 5000 | 20 – 60 | 0.05 – 1 | IEC, ANSI, IEEE | IEEE C37.2, NTC 2050 | Transformadores, generadores |
| Fusible tipo D | 0.5 – 100 | 15 – 60 | 0.1 – 2 | Rápida, Lenta | NTC 2050, IEC 60269 | Iluminación, pequeños motores |
| Interruptor de potencia (ACB) | 400 – 6300 | 30 – 80 | 0.05 – 2 | IEC, ANSI, IEEE | NTC 2050, IEC 60947-2 | Barras principales, subestaciones |
| Relé de distancia (21) | 100 – 5000 | 40 – 100 | 0.1 – 5 | IEC, ANSI, IEEE | IEEE C37.2, NTC 2050 | Líneas de transmisión |
La tabla anterior resume los valores más comunes de los dispositivos de protección empleados en la coordinación de protecciones industriales, según IEEE y NTC 2050. Estos valores son esenciales para la correcta selección y ajuste de los equipos de protección.
Fórmulas esenciales para la Calculadora de coordinación de protecciones en instalaciones industriales – IEEE, NTC 2050
La coordinación de protecciones requiere el uso de fórmulas precisas para calcular corrientes de cortocircuito, ajustes de relés y tiempos de disparo. A continuación, se presentan las fórmulas más relevantes, explicando cada variable y sus valores típicos.
1. Cálculo de la corriente de cortocircuito trifásico (Icc)
- Icc: Corriente de cortocircuito (A)
- Scc: Potencia de cortocircuito en el punto de falla (VA)
- VLL: Tensión de línea a línea (V)
Valores típicos: Scc entre 100 MVA y 500 MVA en subestaciones industriales; VLL comúnmente 480 V, 13.2 kV, 34.5 kV.
2. Ajuste de relé de sobrecorriente (Pickup Setting)
- Ipickup: Corriente de ajuste del relé (A)
- k: Factor de ajuste (1.05 – 1.3, según la selectividad y la carga)
- IFL: Corriente de carga a plena carga (A)
Valores típicos: k = 1.1 para alimentadores, k = 1.2 para motores.
3. Tiempo de disparo de relé de sobrecorriente (IEC Inverse Time)
- t: Tiempo de disparo (s)
- k: Constante de curva (0.14 para curva estándar IEC)
- TMS: Time Multiplier Setting (0.05 – 1.0)
- I: Corriente medida (A)
- Ipickup: Corriente de ajuste del relé (A)
- α: Exponente de la curva (2 para IEC estándar)
Valores típicos: TMS = 0.1 – 0.5; I/Ipickup entre 2 y 20.
4. Corriente de ajuste de relé de tierra (Ground Fault Relay)
- Ipickup,GF: Corriente de ajuste de tierra (A)
- k: Factor de ajuste (1.1 – 1.5)
- Ineutral: Corriente nominal de neutro (A)
Valores típicos: k = 1.2; Ineutral depende de la carga y el sistema.
5. Selectividad temporal entre protecciones
- Δt: Margen de selectividad (s)
- taguas arriba: Tiempo de disparo del dispositivo aguas arriba (s)
- taguas abajo: Tiempo de disparo del dispositivo aguas abajo (s)
Valores típicos: Δt ≥ 0.2 s para selectividad adecuada.
Estas fórmulas son la base para el cálculo y ajuste de protecciones en instalaciones industriales, asegurando cumplimiento normativo y operación segura.
Ejemplos del mundo real: Aplicación de la Calculadora de coordinación de protecciones en instalaciones industriales – IEEE, NTC 2050
Caso 1: Coordinación de protecciones en un alimentador de 400 A
Suponga un alimentador principal de 400 A, 480 V, alimentando varios subalimentadores y cargas críticas. Se requiere seleccionar y ajustar los relés de sobrecorriente para garantizar la selectividad y evitar desconexiones innecesarias.
- Paso 1: Calcular la corriente de cortocircuito en el punto de protección.
Scc = 250 MVA, VLL = 480 V
Icc = 250,000,000 / (√3 × 480) ≈ 300,000 A - Paso 2: Ajustar el relé de sobrecorriente.
IFL = 400 A, k = 1.1
Ipickup = 1.1 × 400 = 440 A - Paso 3: Determinar el tiempo de disparo para una corriente de falla de 2000 A.
Usando la fórmula IEC:
t = 0.14 × 0.2 / [(2000/440)2 – 1] ≈ 0.14 × 0.2 / [20.66 – 1] ≈ 0.028 / 19.66 ≈ 0.0014 s - Paso 4: Verificar la selectividad con el relé aguas arriba.
Si el relé aguas arriba tiene t = 0.25 s, Δt = 0.25 – 0.0014 ≈ 0.2486 s, cumpliendo la selectividad recomendada.
Este ejemplo muestra cómo la calculadora permite ajustar los parámetros para lograr una coordinación efectiva, cumpliendo con IEEE y NTC 2050.
Caso 2: Protección de un transformador de 1000 kVA, 13.2 kV/480 V
Se requiere coordinar la protección primaria y secundaria de un transformador de 1000 kVA, 13.2 kV/480 V, con relés de sobrecorriente y fusibles.
- Paso 1: Calcular la corriente nominal del transformador.
IFL = 1000,000 / (√3 × 480) ≈ 1202 A - Paso 2: Seleccionar el fusible primario.
Según NTC 2050, se recomienda un fusible de 1.25 × IFL ≈ 1500 A - Paso 3: Ajustar el relé de sobrecorriente secundario.
k = 1.2
Ipickup = 1.2 × 1202 ≈ 1442 A - Paso 4: Verificar la coordinación entre el fusible y el relé.
El tiempo de disparo del relé debe ser menor que el del fusible para corrientes de falla típicas, asegurando que el relé actúe primero en fallas secundarias.
Este caso ilustra la importancia de la coordinación entre dispositivos de protección primaria y secundaria, optimizando la selectividad y la seguridad del sistema.
Buenas prácticas y recomendaciones para la coordinación de protecciones según IEEE y NTC 2050
- Utilizar software especializado para el modelado y simulación de curvas de disparo y selectividad.
- Verificar siempre la selectividad temporal y de corriente entre dispositivos aguas arriba y aguas abajo.
- Revisar periódicamente los ajustes de protección ante cambios en la carga o la configuración del sistema.
- Consultar las normas IEEE C37.2, IEEE 242 (Buff Book) y NTC 2050 para asegurar el cumplimiento normativo.
- Documentar todos los cálculos y ajustes realizados para futuras auditorías y mantenimientos.
Para profundizar en el tema, se recomienda consultar recursos como el IEEE Buff Book y la NTC 2050 de ICONTEC.
Preguntas frecuentes sobre la Calculadora de coordinación de protecciones en instalaciones industriales – IEEE, NTC 2050
- ¿Por qué es importante la coordinación de protecciones?
Permite aislar solo la parte afectada ante una falla, evitando apagones generales y daños mayores. - ¿Qué normas regulan la coordinación de protecciones?
Principalmente IEEE C37.2, IEEE 242, NTC 2050 y normas IEC relacionadas. - ¿Qué herramientas se pueden usar para calcular la coordinación?
Software como ETAP, DigSILENT PowerFactory, EasyPower, y calculadoras especializadas basadas en IA. - ¿Con qué frecuencia se deben revisar los ajustes de protección?
Al menos una vez al año o ante cualquier modificación significativa en la instalación.
La coordinación de protecciones es un proceso crítico que requiere precisión, conocimiento normativo y herramientas avanzadas para garantizar la seguridad y confiabilidad de las instalaciones industriales.