La coordinación selectiva en tableros eléctricos es esencial para garantizar la seguridad y continuidad operativa. Calcularla correctamente evita desconexiones innecesarias y protege equipos críticos.
Este artículo explica cómo realizar el cálculo de coordinación selectiva según IEEE y NEC, con ejemplos, fórmulas y tablas prácticas.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de coordinación selectiva en tableros eléctricos – IEEE, NEC
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- Ejemplo 1: Calcular el tiempo de disparo entre dos interruptores de 400A y 1600A en un tablero principal.
- Ejemplo 2: Determinar la corriente de cortocircuito máxima permitida para coordinación entre un breaker tipo MCCB y un fusible.
- Ejemplo 3: Analizar la selectividad entre dos interruptores con curvas de disparo ajustables en un sistema de 480V.
- Ejemplo 4: Evaluar la coordinación selectiva en un sistema con generador de respaldo y transferencias automáticas.
Tablas de valores comunes para la Calculadora de coordinación selectiva en tableros eléctricos – IEEE, NEC
| Dispositivo | Rango de Corriente Nominal (A) | Tiempo de disparo instantáneo (ms) | Tiempo de disparo retardado (ms) | Corriente de cortocircuito máxima (kA) | Tipo de curva | Norma aplicable |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Breaker MCCB | 15 – 1600 | 20 – 50 | 100 – 500 | 10 – 65 | B, C, D | IEEE C37, NEC 240.87 |
| Breaker ACB | 800 – 6300 | 30 – 100 | 200 – 1000 | 42 – 100 | LSIG | IEEE C37, NEC 240.87 |
| Fusible Clase J | 1 – 600 | 10 – 20 | 50 – 200 | 100 | Rápida | NEC 240.60 |
| Fusible Clase RK5 | 1 – 600 | 15 – 30 | 80 – 300 | 50 | Retardada | NEC 240.60 |
| Breaker MCB | 1 – 125 | 10 – 30 | 40 – 100 | 6 – 10 | B, C, D | IEC 60898 |
| Breaker electrónico | 100 – 6300 | Ajustable | Ajustable | Hasta 150 | LSIG | IEEE C37, NEC 240.87 |
En la tabla anterior se muestran los valores más comunes de corriente, tiempos de disparo y tipos de curvas para los dispositivos de protección más utilizados en tableros eléctricos industriales y comerciales, según las normativas IEEE y NEC.
Fórmulas para la Calculadora de coordinación selectiva en tableros eléctricos – IEEE, NEC
La coordinación selectiva se basa en la comparación de las curvas de tiempo-corriente de los dispositivos de protección. Las fórmulas principales utilizadas son:
t = k × (I / Iset)n
- t: Tiempo de disparo (segundos o milisegundos)
- k: Constante de tiempo del fabricante (usualmente entre 0.01 y 0.2)
- I: Corriente de falla (A)
- Iset: Corriente de ajuste del disparo (A)
- n: Exponente de la curva (usualmente entre 1 y 2)
Δt = tupstream – tdownstream ≥ tmargen
- Δt: Diferencia de tiempo entre el disparo del interruptor aguas arriba y aguas abajo (ms)
- tupstream: Tiempo de disparo del interruptor aguas arriba
- tdownstream: Tiempo de disparo del interruptor aguas abajo
- tmargen: Margen mínimo recomendado (usualmente ≥ 50 ms según IEEE/NEC)
Icc,max = min(Iint,upstream, Iint,downstream)
- Icc,max: Corriente máxima de cortocircuito para la cual se garantiza la selectividad (kA)
- Iint,upstream: Capacidad de interrupción del interruptor aguas arriba (kA)
- Iint,downstream: Capacidad de interrupción del interruptor aguas abajo (kA)
Iset = S × Fajuste
- Iset: Corriente de ajuste del disparo (A)
- S: Corriente nominal del interruptor (A)
- Fajuste: Factor de ajuste (usualmente entre 0.8 y 1.0)
Estas fórmulas permiten calcular los tiempos de disparo, márgenes de selectividad y corrientes máximas admisibles para garantizar la coordinación selectiva en tableros eléctricos, conforme a las normativas IEEE y NEC.
Explicación detallada de variables y valores comunes
- t (Tiempo de disparo): Es el tiempo que tarda el dispositivo en abrir el circuito ante una sobrecorriente. Valores típicos: 20-100 ms (instantáneo), 100-1000 ms (retardado).
- k (Constante de tiempo): Depende del fabricante y del tipo de curva. Comúnmente entre 0.01 y 0.2.
- I (Corriente de falla): Corriente que circula durante una falla. Puede variar desde 2x hasta 20x la corriente nominal.
- Iset (Corriente de ajuste): Corriente a la que el dispositivo está calibrado para disparar. Suele ser igual o ligeramente superior a la corriente nominal.
- n (Exponente de la curva): Define la pendiente de la curva de disparo. Para curvas tipo B, n ≈ 1; para curvas tipo D, n ≈ 2.
- Δt (Margen de selectividad): Diferencia de tiempo entre el disparo de dos dispositivos en serie. Recomendado ≥ 50 ms.
- Icc,max (Corriente máxima de cortocircuito): Valor máximo de corriente para el cual se garantiza la selectividad.
- S (Corriente nominal): Corriente para la cual está diseñado el interruptor.
- Fajuste (Factor de ajuste): Permite ajustar la sensibilidad del disparo, típicamente entre 0.8 y 1.0.
Ejemplos del mundo real de coordinación selectiva en tableros eléctricos – IEEE, NEC
Ejemplo 1: Coordinación selectiva entre breaker MCCB y ACB en tablero principal
Supongamos un tablero principal con un breaker ACB de 1600A aguas arriba y un breaker MCCB de 400A aguas abajo. La corriente de cortocircuito máxima esperada es de 35 kA.
- Breaker ACB (aguas arriba):
– Corriente nominal: 1600A
– Tiempo de disparo retardado ajustado: 300 ms
– Capacidad de interrupción: 65 kA - Breaker MCCB (aguas abajo):
– Corriente nominal: 400A
– Tiempo de disparo instantáneo: 30 ms
– Capacidad de interrupción: 35 kA
Para garantizar la selectividad:
- Calculamos el tiempo de disparo para una falla de 10x la corriente nominal (4000A):
tMCCB = 0.02 × (4000 / 400)1.5 = 0.02 × (10)1.5 ≈ 0.02 × 31.62 ≈ 0.63 s (630 ms)
tACB = 0.05 × (4000 / 1600)1.2 = 0.05 × (2.5)1.2 ≈ 0.05 × 3.17 ≈ 0.16 s (160 ms)
Sin embargo, el MCCB tiene un disparo instantáneo a 30 ms para corrientes superiores a 4000A, por lo que el ACB debe tener un retardo mayor a 30 ms para garantizar la selectividad. El ajuste de 300 ms en el ACB es suficiente, ya que:
- Δt = tACB – tMCCB = 300 ms – 30 ms = 270 ms > 50 ms (selectividad garantizada)
Por lo tanto, la coordinación selectiva está asegurada para corrientes de hasta 35 kA, cumpliendo con IEEE C37 y NEC 240.87.
Ejemplo 2: Coordinación entre fusible Clase J y breaker MCB en tablero de distribución
En un tablero de distribución, se tiene un fusible Clase J de 100A aguas arriba y un breaker MCB de 32A aguas abajo. La corriente de cortocircuito máxima es de 8 kA.
- Fusible Clase J:
– Corriente nominal: 100A
– Tiempo de fusión instantáneo: 15 ms
– Capacidad de interrupción: 100 kA - Breaker MCB:
– Corriente nominal: 32A
– Tiempo de disparo instantáneo: 10 ms
– Capacidad de interrupción: 10 kA
Para una falla de 320A (10x la corriente nominal del MCB):
tMCB = 0.01 × (320 / 32)1.3 = 0.01 × (10)1.3 ≈ 0.01 × 19.95 ≈ 0.20 s (200 ms)
tFusible = 0.015 × (320 / 100)1.1 = 0.015 × (3.2)1.1 ≈ 0.015 × 3.68 ≈ 0.055 s (55 ms)
El breaker MCB dispara antes que el fusible, pero el margen de selectividad es:
- Δt = tMCB – tFusible = 200 ms – 55 ms = 145 ms > 50 ms
Esto garantiza la selectividad para corrientes de hasta 8 kA, cumpliendo con NEC 240.60 y recomendaciones IEEE.
Consideraciones adicionales y mejores prácticas
- Siempre verificar las curvas de tiempo-corriente proporcionadas por el fabricante para cada dispositivo.
- Utilizar software especializado para sistemas complejos o con múltiples niveles de protección.
- Revisar periódicamente los ajustes de los dispositivos, especialmente tras ampliaciones o modificaciones en el sistema eléctrico.
- Consultar las secciones relevantes de las normas IEEE C37 y NEC (NFPA 70) para asegurar el cumplimiento normativo.
- Considerar la coordinación selectiva no solo para cortocircuitos, sino también para sobrecargas y fallas a tierra.
La correcta aplicación de la coordinación selectiva en tableros eléctricos, siguiendo las normativas IEEE y NEC, es fundamental para la seguridad, confiabilidad y continuidad operativa de cualquier instalación eléctrica moderna.