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Curvas de disparo y regulación de interruptores automáticos

27/3/2020

El propósito del presente informe es conocer las intensidades de falla que pueden producirse en un circuito de baja tensión y como un interruptor automático magnetotérmico actúa con el fin de proteger a la instalación de esta corriente no deseada. Finalmente se describirán los tipos de ajuste para interruptores automáticos y como comprobar las diferentes curvas de disparo para realizar selectividad en circuitos.

CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO Y CORRIENTE DE SOBRECARGA
INTERRUPTORES AUTOMATICOS CON PROTECCION MAGNETOTERMICA
APERTURA BRUSCA DE UN INTERRUPTOR CON PROTECCION MAGNETOTERMICA
SELECCION DE UN INTERRUPTOR CON PROTECCION MAGNETOTERMICA
CONCEPTO DE SELECTIVIDAD
CURVAS DE DISPARO DE AUTOMATICOS SIN POSIBILIDAD DE REGULACION
AJUSTES EN UN INTERRUPTOR AUTOMATICO REGULABLE
AJUSTES EN UN INTERRUPTOR CON REGULACION DE SOBRECARGA Y CORTOCIRCUITOEN TIEMPO Y MAGNITUD (SELECTIVIDAD CRONOMÉTRICA)
CURVE SELECT. SOFTWARE DE SIMULACION DE CURVAS DE DISPARO

Se produce cortocircuito cuando ocurre un contacto entre cualquiera de los conductores activos de una instalación eléctrica. Por tanto, un cortocircuito puede producirse entre fases o entre éstas y el conductor de neutro, en el caso de tensiones alternas, o entre polaridades distintas en el caso de corriente directa o continua.
Estos cortocircuitos se suelen producir por diversos motivos, siendo el más habitual el deterioro del elemento aislante de los conductores, produciéndose este deterioro por desgaste o corrosión por el medio. También existen otros motivos, como la aparición de un elemento no esperado o no previsto que provoca el paso de corriente entre conductores, tales como el agua o la aparición de elementos conductores que son desplazados involuntariamente. En el momento que se produce un cortocircuito, la resistencia de la carga de la instalación queda reducida a la de los conductores que provocan dicho cortocircuito.

Teniendo en cuenta que la intensidad que circulará será el resultado de dividir la tensión entre la carga, y que la carga, dependiendo de la longitud, grosor y material de los cables, pasa a ser prácticamente de unos cuantos ohmios e idealmente nula, tendremos una elevada intensidad circulando por los conductores.
La intensidad de cortocircuito vendrá determinada principalmente por la capacidad generadora de la fuente de tensión que alimenta el circuito. En el caso de corriente alterna se debe de comprobar principalmente la intensidad máxima de cortocircuito del transformador que alimenta la instalación. En cualquier caso, el valor de esta corriente suele ser lo suficientemente alto como para causar desperfectos que pueden ir desde la destrucción de algún elemento de la instalación hasta incendios que pueden provocar grandes pérdidas económicas e incluso de vidas humanas.

1. CORRIENTE DE SOBRECARGA
Se dice que una corriente es de sobrecarga o de sobreintensidad cuando sobrepasa el valor nominal o de trabajo que está fijado. Dicho valor de trabajo viene fijado por la corriente nominal de consumo de las cargas asignadas.
Las causas de una sobreintensidad suelen producirse por incidencias puntuales o averías que en un determinado periodo, acaban produciendo un sobreconsumo de corriente. Entre las incidencias más habituales encontraremos motores que son expuestos a un esfuerzo excesivo, instalaciones a las que se le conectan elementos de un consumo mayor al previsto en su diseño inicial o simplemente un dimensionamiento erróneo del tamaño de los conductores que deriva en un sobrecalentamiento de los mismos.
Protegiendo cualquier circuito ante la aparición de una sobrecarga, alargamos la vida de los conductores y del resto de los elementos que componen la instalación, además de prevenir la aparición de desperfectos que pueden causar daños materiales que a su vez pueden ocasionar otros problemas más serios.

2. INTERRUPTORES AUTOMATICOS CON PROTECCION MAGNETOTERMICA
Un interruptor automático con protección magnetotérmica es aquel que es capaz de interrumpir el paso de corriente eléctrica cuando detecta un fallo por sobreintensidad o cortocircuito. A diferencia de un fusible, este tipo de interruptores son rearmables y pueden volver al trabajo una vez que se “disparan”.

La manera de detectar las anomalías por sobreintensidad o cortocircuito han ido evolucionando con el paso del tiempo a operaciones de tipo electrónico, pero aún hoy los principios de funcionamiento y detección de este tipo de anomalías siguen siendo válidos.

En el caso de disparo por sobreintensidad, el interruptor magnetotérmico trabaja según el efecto joule. Según este efecto, el interruptor identificará el paso de corriente mediante la alteración de la forma de un elemento bimetálico al cambio de temperatura. A más temperatura, mayor deformación del elemento.
En el caso del disparo por cortocircuito, la detección se basará en el uso de un electroimán. Al detectar un paso excesivo de corriente, el electroimán moverá un parte móvil que disparará el interruptor y abrirá los contactos protegiendo a la instalación del paso de esta corriente. Los valores de estas protecciones en los interruptores automáticos pueden ser fijos o variables.
En el caso de que sean fijos, la intensidad de empleo (In) del interruptor fijará también el valor de la intensidad de sobrecarga. En lo que respecta a la intensidad de cortocircuito del aparato, esta suele estar ligada a un número determinado de veces la intensidad de empleo del aparato. En el mercado existen de manera estándar unos tipos de curvas que marcan los valores de disparo por cortocircuito:
- Curva B : 3 - 5 x In
- Curva C : 5 - 10 x In
- Curva D : 10 - 20 x In
- Curva K : 8 - 12 x In
- Curva S : 13 - 17 x In
- Curva Z : 2 - 3 x In
En el caso de regulación variable del interruptor, se podrá fijar el valor de intensidad de sobrecarga y de cortocircuito. La intensidad por cortocircuito, será en este caso, determinada por un número de veces la intensidad de sobrecarga que hayamos regulado. Este número de veces podrá ser regulado o fijo dependiendo del modelo de interruptor escogido.

Existen en el mercado interruptores que pueden ser totalmente regulables, es decir que podemos ajustar ambos parámetros, o aquellos en los que únicamente uno de los dos puede serlo.
A continuación se detallan algunas definiciones respecto a la nomenclatura que se pueden encontrar en cualquier hoja de características de un interruptor automático.

En la página se muestra una tabla con distintos elementos de protección. La tabla se confecciona con aparatos de la gama de interruptores magnetotérmicos y automáticos de EATON

Sobrecarga: También conocido como ajuste térmico o tipo de protección L. Este valor es fijado en función de la intensidad de empleo del aparato. Para realizar selectividad parcial o total deberemos de conocer las curvas características de disparo de cada aparato.

Cortocircuito: Es el valor al cual disparará el interruptor al circular una alta corriente provocada por un cortocircuito. Este valor puede ser instantáneo (tipo I) o retardado (tipo S). Para realizar selectividad total utilizaremos el ajustable por tiempo, de manera que no se solapen las diferentes curvas de los interruptores que intervienen. Para realizar selectividad total o parcial será necesario conocer las curvas características de disparo de cada aparato.

3. APERTURA BRUSCA DE UN INTERRUPTOR CON PROTECCION MAGNETOTERMICA

La principal característica en la construcción de un interruptor magnetotérmico es la capacidad de apertura de sus contactos ante un cortocircuito. Esta capacidad de apertura está determinada tanto por la velocidad de la misma, como por el calor que es capaz de disipar el interruptor.
En el momento de la detección del cortocircuito, el mecanismo de disparo del interruptor intentará abrir el circuito mediante la apertura de los contactos. Es en ese momento cuando aparece la primera dificultad, la elevada corriente que circula en ese instante creará un campo magnético que intentará mantener los contactos en posición estática.

Si el interruptor es apropiado para la corriente de cortocircuito que está circulando en ese momento, el mecanismo de disparo no tendrá problemas en vencer el campo magnético y abrir los contactos, pero entonces aparecerá la segunda dificultad a vencer. La ruptura brusca del paso de corriente y por tanto del campo magnético generado, terminará por ionizar el aire existente entre las dos superficies que antes estaban en contacto creando un arco de energía. El interruptor deberá ser capaz, tanto de disipar esa energía, como de soportar la chispa generada sin daños y extinguiéndola lo antes posible.

4. SELECCION DE UN INTERRUPTOR CON PROTECCION MAGNETOTERMICA
A la hora de seleccionar un interruptor automático, han de ser tenidos en cuenta varios aspectos tales como:

Los valores nominales de tensión y de corriente a la que trabajará.
El tipo de tensión, es decir alterna o continua.
La normativa vigente en el país donde se instalará el aparato.
La máxima intensidad de cortocircuito a la que deberá hacer frente.
La interacción con otros elementos en la instalación.

En lo que respecta a los tres primeros puntos indicados, no suele haber mayor complicación y los valores son sencillos de obtener ya que son inherentes a cualquier trabajo eléctrico en una instalación.
Uno de los principales obstáculos al escoger un interruptor automático, es determinar el poder de corte del mismo, y para escoger este poder de corte deberemos conocer la intensidad máxima de cortocircuito que circulará en el punto donde se instalará el interruptor. Como ya se ha dicho anteriormente, la intensidad de cortocircuito viene determinada principalmente por la fuente generadora de tensión, pero existen otros condicionantes como la cantidad de conductores y la longitud y sección de los mismos hasta el lugar donde el interruptor magnetotérmico será conectado. Todos estos parámetros no son difíciles de obtener cuando se comienza una instalación y se trabaja sobre un proyecto, pero la dificultad aumenta cuando hablamos de emplazar nueva maquinaria o instalaciones a medida en lugares donde ciertos datos técnicos son difíciles de localizar.
Otro de los aspectos al que se debe de prestar especial atención es a la interacción de los interruptores magnetotérmicos entre sí. Es decir, la selectividad.

5. CONCEPTO DE SELECTIVIDAD
Decimos que en un instalación existe selectividad cuando los diferentes elementos de protección se combinan entre si para obtener un mejor aprovechamiento de la energía eléctrica. Esto quiere decir que en el caso de eventuales incidencias en la instalación, los componentes de protección aislarán el fallo mediante la apertura del interruptor más próximo a dicho defecto, de manera que este defecto no provoque la interrupción del suministro continuo de energía al resto de los componentes de la instalación.
Existen dos tipos de selectividad.

PARCIAL: Es la que se produce entre un determinado rango de valores. Es decir, se produce selectividad parcial entre 2 interruptores cuando más allá de cierto valor de sobreintensidad no se puede asegurar selectividad.
TOTAL: Es la que asegura la selectividad en todo el rango de protección de los interruptores. Es decir, se produce selectividad total entre 2 interruptores cuando ante una sobreintensidad el interruptor más próximo al defecto garantiza su apertura antes de que lo haga el inmediatamente superior.

Existen varias técnicas para conseguir selectividad. A continuación se describen las dos más usuales.

Selectividad amperométrica: Es la técnica que consiste en ajustar los interruptores automáticos con distintos valores de disparo por intensidad de cortocircuito. Esta técnica tiene en cuenta que los valores más elevados de sobreintensidad se producirán más cerca del punto de defecto.
Selectividad cronométrica: Con esta técnica lo que hacemos es tener en cuenta tanto los valores de ajuste en intensidad como un tiempo de retardo tras el cual se producirá la apertura del interruptor.

En cuanto a las principales ventajas y desventajas de cada una de estas dos técnicas podríamos decir, que si bien la amperométrica es más rápida que la cronométrica en cuanto a tiempo de ejecución (recordar que en la cronométrica actuamos con tiempos de retardo), ésta última suele garantizar selectividad total y acostumbra a reducir los costes de la instalación debido a que no tenemos que adquirir elementos de cada vez más calibre.
Existen otras técnicas para realizar selectividad, tales como la selectividad de ZONA. En este caso los diferentes interruptores se combinan entre si mediante lecturas de intensidad en los mismos. En cuanto en alguna de esas lecturas se detecta una corriente de falla, uno o varias elementos de lógica programable abrirán el interruptor más adecuado con el fin de mantener el máximo de elementos
Tanto si se decide efectuar una selectividad amperométrica como si se opta por la cronométrica, la elección de los interruptores y su ajuste será determinante en el éxito de nuestro propósito. En capítulos sucesivos se describe como realizar el ajuste apropiado para 2 interruptores.

6. CURVAS DE DISPARO DE AUTOMATICOS SIN POSIBILIDAD DE REGULACION.
Para los casos que los interruptores tengan fijos los valores de disparo por sobrecarga y cortocircuito, se deberán identificar las curvas de disparo características. A continuación se pueden observar algunos ejemplos de estas curvas.

En el eje horizontal se representan los valores de corriente y en el eje vertical el tiempo. Es decir, que conociendo el valor de intensidad podremos saber fácilmente cuanto tiempo tardará en disparar el interruptor.
Las curvas representan en su parte alta los valores de disparo por sobrecarga. Siendo el valor de intensidad nominal de empleo el valor al que nunca llegará dicha curva y que el interruptor trabajará sin problemas. La parte baja de la curva sería la implicada en la actuación de protección magnetotérmica o por cortocircuito.

7. AJUSTES EN UN INTERRUPTOR AUTOMATICO REGULABLE
A continuación pasaremos a describir el ajuste de un interruptor con el disparador por sobrecarga y cortocircuito (térmica y magnética) regulables. Para ello tomaremos como ejemplo un interruptor magnetotérmico en caja moldeada de la gama NZM.

Como se aprecia en el gráfico, en la unidad de disparo del interruptor, encontramos 2 potenciómetros de ajuste. A la izquierda ajustaremos el valor de intensidad de sobrecarga, es decir “la parte alta de la curva de disparo”, y en el potenciómetro de la derecha el ajuste será para el disparo por cortocircuito, es decir la parte baja de la curva.
A continuación se realizará un ejemplo práctico para desarrollar las curvas de disparo de un interruptor automático. En este caso se escoge un interruptor automático de 200A el cual será regulable por sobrecarga entre 160 y 200 A. y por cortocircuito entre 1200 y 2000 A.
Dejando la regulación del magnético fijo (cortocircuito – el potenciómetro de la derecha), y únicamente se ajustará la ruleta de los valores de sobrecarga, la gráfica resultante sería la mostrada en la página siguiente:

En cambio, si se deja fijo el potenciómetro de ajuste del valor de sobrecarga a 200A y se ajusta con distintos valores la intensidad de protección por cortocircuito, la gráfica resultante será la siguiente:

En las gráficas anteriores puede verse como cambia la parte de arriba (curva térmica) y la parte de abajo (curva magnética) dependiendo de su ajuste. En ambos casos podemos ver en cuanto tiempo (representado en el eje vertical de la gráfica) saltará el interruptor en función de la intensidad (eje horizontal de la gráfica) A continuación se muestra un ejemplo de selectividad total entre un interruptor de 250A (con ajuste térmico a 200A y magnético a 2500A) combinado con uno de 125A (con ajuste térmico a 125A y magnetotérmico a 1000A).

En este ejemplo práctico vemos como las dos curvas de disparo no llegan a interponerse la una con la otra y de esta manera se garantiza que el interruptor de calibre más pequeño, ante una falla, actuará antes que el de mayor calibre. En el caso de instalaciones típicas en distribución de energía, este tipo de interruptores suelen proporcionar una buena selectividad, incluso combinándose con pequeños interruptores automáticos.

8. AJUSTES EN UN INTERRUPTOR CON REGULACION DE SOBRECARGA Y CORTOCIRCUITO EN TIEMPO Y MAGNITUD
Si en el caso anterior disponíamos únicamente de 2 ajustes, en los interruptores de tipo selectivo dispondremos de 4 o 5 potenciómetros de ajuste dependiendo del modelo de interruptor que escojamos. A continuación se representan los ajustes principales que servirán para modificar las características de disparo de nuestro interruptor:

A continuación se representa la gráfica resultante de los ajustes realizados en el ejemplo:

Como se puede apreciar la gráfica resultante adquiere una forma distinta a las que se ha visto en los interruptores sin regulación de tiempo. En el gráfico siguiente se puede apreciar la misma gráfica pero añadiendo un interruptor del mismo calibre pero con diferentes ajustes, comprobando de esta forma la flexibilidad en términos de regulación de este tipo de interruptores.

9. CURVE SELECT. SOFTWARE DE SIMULACION DE CURVAS DE DISPARO
Los siguientes elementos de protección pueden ser simulados mediante software:

Interruptores automáticos tipo NZM
Protección para motor tipo PKE
Protección para motor tipo PKZ
Protección para motor tipo ZB
FUSIBLES NH
CURVAS ESTANDAR B, C, D, K, S

El programa se puede configurar en idioma español y dispone de un amplio menú de ayuda. Para escoger el idioma español habrá que escribir Es en la página de configuración.

Una vez escogido el idioma Es, será necesario rellenar los campos de tensión nominal (generalmente 400 VAC) y de frecuencia de red (50 Hz).
A continuación se pasará directamente a escoger en cualquiera de las pestañas el tipo de elemento de protección del que queramos simular la curva. Como ejemplo se realizará la simulación de un interruptor NZM. Para ello se selecciona la pestaña NZM (tamaño 1, 2, 3 ó 4) y se rellenan los datos de ajuste.

Una vez rellenados los datos que se solicitan, la curva característica del interruptor aparecerá en la pestaña de presentación de curvas (Kennlinien<>Curves). Mediante el programa se podrán simular las curvas de disparado de varios elementos de protección al mismo tiempo. De esta manera se tendrá una apreciación de manera sencilla y precisa de todos los detalles, en cuanto a protección se refiere, del circuito diseñado. El programa también será útil para determinar el tipo de interruptor que se debe escoger al tratar de proteger instalaciones con motores o cualquier carga que requiera especial atención o simplemente para tratar de corregir defectos existentes en instalaciones con un mal diseño de origen.

Seguridad en las instalaciones eléctricas parte III

8/2/2018

Protección de los empleados y responsabilidad

3.1 Principios

Además de los daños derivados, también hay referencias sustanciales de los requisitos de protección para el personal de la empresa que instan a ir más allá de los requisitos (mínimos) que se estipulan en las normas técnicas aceptadas de forma general al diseñar y montar equipos de baja tensión.

3.2 Seguridad, vanguardia y responsabilidad

Como ya figura en la Directiva de la Unión Europea de 1989 (consulte [10], en particular el artículo 6 (2)), los principios generales para la seguridad y protección sanitaria de los empleados con respecto a todos los aspectos relativos al trabajo se especifican como una obligación de empleador..

En la Ley de protección de empleados Austriaca [9], se estipula

Como norma, el concepto de vanguardia será más avanzado que las normas técnicas. En el caso específico de la planificación, construcción y operación de funcionamiento de los montajes de cuadros eléctricos para baja tensión, esto hace que cualquier consideración de los empleadores sea necesaria si no es necesario ir más allá de los requisitos establecidos en las normas reconocidas de ingeniería al planificar y ejecutar el sistema eléctrico.

Tal y como figura en la sección 1.1, solo se cumplen los requisitos de protección mínimos cuando se cumplen los requisitos de las normas técnicas.

Entre otras cosas, se mencionan especialmente:

Prevención de riesgos.
Prevención de riesgos en su origen.
Consideración del factor "humano" en el trabajo, particularmente en la relación con el diseño de los lugares de trabajo, así como con la elección del equipo de trabajo y de los métodos de producción y trabajo, especialmente en lo que respecta a reducir el trabajo monótono y a trabajar a un ritmo predeterminado, así como reducir sus efectos en la salud.
Consideración del concepto de vanguardia.
Emancipación o reducción de los peligros.
Planificación de la prevención de riesgos con el fin de garantizar una vinculación coherente de la tecnología, la organización del trabajo, las condiciones laborales, las relaciones sociales y el trabajo, las condiciones laborales, las relaciones sociales y el impacto del medio ambiente en el lugar de trabajo.
Prioridad de la protección de riesgos colectiva sobre la protección de riesgos individual.

El punto 4 de esta lista destaca claramente que los empleadores en su empeño por crear condiciones laborales seguras (en los espacios de trabajo), deben seguir la tecnología de vanguardia y los últimos avances en el campo de la estructuración del trabajo.

Prácticamente todos los lugares de trabajo se ven afectados por estos requisitos, también en lo que respecta al diseño de instalación eléctrica de baja tensión, además del diseño de equipos de baja tensión y/o componentes utilizados en estos. También en este sentido, los empleadores tienen en cuenta el concepto de vanguardia con el fin de aplicarlo también teniendo en cuenta los riesgos existentes.

Aquí es especialmente importante que el concepto de vanguardia en el sentido de las normativas para la seguridad de los empleados no se confunda con las normas técnicas vanguardistas.

Por ejemplo, la legislación austriaca de protección al trabajador B [9] tiene esto en cuenta, ya que describe el concepto de vanguardia con exactitud.

Un ejemplo de las medidas que van más allá de estos requisitos mínimos son las medidas relativas a la protección contra arcos eléctricos que se mencionan en sección 3.3.

Estas reflexiones sobre el diseño seguro de lugares de trabajo adquieren una importancia cada vez mayor en el caso de un accidente laboral. En muchos países (entre ellos Austria [11]), los procesos penales administrativos se inician sí existe una sospecha fundada de que el accidente laboral se puede atribuir a la conducta (intencional o negligente) del empleador. En algunas circunstancias, también se pueden iniciar un procedimiento judicial penal, por ejemplo, si ocurre un fallecimiento por negligencia, lo que puede dar lugar a la imposición condicional o, a lo sumo, a una pena de prisión.

3.3 Arco eléctricos en montajes de equipos de baja tensión

La protección contra los efectos de los arcos eléctricos puede mencionarse como un ejemplo de una medida que sirve tanto para la reducción de posibles daños derivados como para la protección de los empleados.

Para los arcos eléctricos, incluso en las instalaciones que cumplen los requisitos mínimos con arreglo a la norma IEC 61439 (también en virtud de la norma EN 60439 aplicable anteriormente), se pueden especificar las siguientes causas de ignición:

Condensación (humedad en el montaje de los equipos)
Contaminación en forma de suciedad en el embarrado y otros componentes del cuadro.
Sobretensiones transitorias tras una tormenta y/o temporales de conmutación.
Deterioro prematuro (invertido) de los materiales aislantes tras una sobrecarga temporal o prolongada.
Pérdida de conexionado, puntos de contacto defectuosos.
Trabajo en piezas de subestación.

Una de las posibles consecuencias de que se produzcan arcos eléctricos es la destrucción completa del cuadro eléctrico.

En este respecto, la envolvente, debido a la alta presión interna de hasta 15 - 25 t/m2, también se convierte en un riesgo para el entorno y las personas que trabajan allí. No es inusual que se expulsen las paredes laterales, puertas y caratulas de los cuadros eléctricos cuando se produce una explosión debida a un arco interno.

Aquí solo puede mencionarse otra posible consecuencia de los arcos eléctricos, la aparición y propagación de los denominados "fuegos eléctricos".

Un estudio realizado por GDV (que se cita en [4]) durante el período de 1991 a 2001 mencionaba la "electricidad" (con 24%) como la causa más frecuente de daños importantes.
Las medidas que pueden minimizar los efectos de los arcos eléctricos se especifican en [12] o [13]

4. Resumen

Al diseñar e implementar los cuadros eléctricos de baja tensión y las instalaciones que los acompañan, en muchos casos es necesario, desde el punto de vista de la protección técnica, analizar si los requisitos mínimos especificados en las normas técnicas aceptadas de forma general son suficientes para una protección real.
Estos estudios contemplan, por un lado, la función de interrupción de daños durante el fallo total o parcial de dichas instalaciones y los costes de recuperación de piezas del sistema defectuosas y, por otro lado, los requisitos (en muchos casos incluso estipulados por ley) de protección de los empleados y las responsabilidades de los empleadores.

[04] Hagebölling, V. [Hrsg.]; Technisches Risikomanagement, TUV Media GmbH, Cologne 2009.
[06] Alvehag Karin; Söder, Lennart., Comparison of costo models for estimating customer.
[08] Answers to the question: "how high would you evaluate your operational damage in the case of total IT failure, depending on the duration of the failure?" Estudio ECC, NEG.
Ministerio Federal de Economía y Tecnología, Alemania; Fuente: Statista GmbH
[09] República Federal de Austria; Ley de protección de empleados - ASchG; Federal Gazette No. 450/1994 of 17.6.1994, corregida.
[10] 89/391/EEC; Consejo Directivo del 12 de junio de 1989 sobre la ejecución de medidas para mejorar la seguridad y protección de empleados en el trabajo.
[11]Achatz Bernhard; What are the legal consequences of a work accident? https://www.wko.at/Content.Node/Service/Arbeitsrecht-und-Sozialrecht/Arbeits-recht/Dienstverhunderung-und-krankenstand/t/Welchhe_rechtlihen_Fol-gen_kann_ein_Arbeitsunfall_haben_.html , recuperado el 30.4.2015
[12]ARCON - The lightning airbag for your substation; Eaton GmbH, Viena.
[13] IEC/TR 61641:2014, Enclosed low-voltage switchgear and control gear assemblies - Guide for testing under of arcing due to internal fault.

Seguridad en las instalaciones eléctricas Parte II

2/1/2018

Protección del sistema y daños derivados

Los daños derivados específicos de la instalación se pueden detectar con la ayuda de la función de interrupción de daños. Los costes de recuperación (p.ej., de los montajes de equipos de baja tensión y de piezas del sistema dañadas) deben, naturalmente añadirse siempre.

2.1 Función de interrupción de daños

La función de interrupción de daños(2) (S), que en algunas publicaciones [6] también se conoce como Función de daños del cliente(3), se puede definir como la conexión funcional entre el daño emergente en una instalación eléctrica durante el fallo de la instalación (o durante el funcionamiento restringido) y la duración de la interrupción.

La función puede mostrar puntos de discontinuidad si el daño en los medios de producción se produce cuando se excede un valor específico de la duración de la interrupción. Un buen ejemplo son las preparaciones (p.ej., alimentos) que no pueden procesarse una vez que se excede una duración específica de la interrupción del proceso y deben desecharse.

Fig. 2-1 Formas posibles de las funciones de interrupción de daños (S1, s2); M... daños (o daños derivados) en unidades monetarias(4), Tu... duración de la interrupción del suministro de energía. p.ej., en horas.

2.2 Detección de la función de la interrupción de daños

Los daños derivados en el caso de que se produzca un fallo de alimentación, solo pueden determinarse de forma específica en el sistema con una precisión suficiente debido a las grandes diferencias en el uso de instalaciones.

Además, el conocimiento de los daños derivados, como se expresa mediante la función de interrupción de daños, también es importante para la interpretación de los posibles sistemas de distribución energética de reserva(5) necesarios. Asimismo, estos sistemas de distribución energética de reserva con sus montajes de aparamenta y la aparamenta incorporada en los mismos debe, en muchos casos, cumplir requisitos más exigentes que los criterios mínimos estipulados en las normas técnicas aceptadas de forma general.

Tomando como base la información general parcial que se proporciona en la Figura 1-2, los daños derivados tras el uso de los datos específicos correspondientes de la empresa, pueden calcularse para un sistema eléctrico específico y compararse con los costes de las medidas constructivas adicionales para la instalación del sistema.

Para ello, los datos que se incluyen en la contabilidad de costes de funcionamiento en la empresa correspondiente debe asignarse a los tipos de costes individuales de los daños derivados, sumados y representados como la función de la duración de interrupción (Tabla 2-1). En la figura 2-2 aparece una representación gráfica de la función de interrupción de daños correspondiente.

Tabla 2-1 Evaluación de los daños derivados M como función de la duración de la interrupción en el caso de fallo de los equipos de baja tensión para la distribución principal de una instalación de producción/llenado en el sector alimentario; representación ejemplar.

Para el cálculo del daño total, p.ej., tras una destrucción completa o parcial de los cuadros eléctricos principales de baja tensión o de componentes del sistema, se deben añadir los costes de recuperación (por ejemplo, de los montajes de aparamenta de baja tensión y de las piezas del sistema dañado)

En [07] se resume una evaluación aproximada de los costes de no utilización de los equipos informáticos para una serie de ramas.

Tabla 2-2 Función de interrupción de daños S; daños derivados M como función de la duración de la interrupción en el caso de fallo en el equipo de baja tensión para distribución principal de una instalación de producción/llenado en el sector alimentario; representación ejemplar.

2.3 Ejemplos del área de suministro de equipo tecnológico de informática

Los montajes de equipos de baja tensión compatibles con la instalación informática (Equipo de TI), que a su vez son compatibles con procesos de negocio, se deben tener siempre cuidadosamente en cuenta en lo que respecta a su seguridad de falla. En muchos casos, la explicación "los equipos solo compatibles con normas" no es suficiente.

Los fallos del sistema en este tipo de plantas pueden causar daños derivados considerables, incluso cuando el período de interrupción se produce solo durante unas pocas horas.

en [07], se puede encontrar la siguiente información para el equipo de TI (ya disponible en 2007):

" Los costes por el tiempo de trabajo perdido como resultado de la tarifa por horas y del número de empleados afectados siempre puede proporcionar una idea muy aproximada porque otros factores suelen ser más importantes:
Posiblemente, se deban pagar las penalizaciones contractuales por las entregas fuera de plazo, algo que se considera una práctica común en el sector del transporte actualmente.
Los costes de inactividad directos también incluyen cualquier daño causado por la pérdida de reputación, algo difícil de cuantificar, como es el caso de clientes y proveedores descontentos.
Cuanto mayor es el número de procesos de negocios que dependen de TI, menos frecuente serán los casos en los que el tiempo de inactividad del sistema de TI solo tenga consecuencias menores. Mientras que, por ejemplo, en tales casos era posible al menos llamar por teléfono hace diez años, en la actualidad las centrales telefónicas también están integradas en la tecnología de la información; al mismo tiempo, gracias al correo electrónico, parte de la comunicación ha pasado directamente a TI".

Tabla 2-2 Daños derivados por hora en el caso de tiempo de inactividad del equipo de TI; extraído de [07]

Una encuesta [08] de minoristas de ECC realizada en Alemania en 2010, en la que participaron 182 personas del sector de la pequeña y mediana empresa y el comercio ofreció el siguiente resultado (Tabla 2-3)

Pregunta: ¿en qué medida evaluaría el daño operativo en el caso fallo de TI total, dependiendo de la duración del fallo?
En el caso de un fallo de hasta cuatro horas, el 50.3% de los encuestados ya estimaron que el daño alcanzaría un importe de entre 1000 y 4999€, y el 11.5% de estos encuestados estimaron el daño de una cantidad superior a 19.999€

2.4 Plan de acción

Para un plan de acción específico (que vaya más allá de los requisitos mínimos de IEC 61439 o EN 61439) para la reducción del riesgo residual en cuadros eléctricos de baja tensión, es necesario responder a una pregunta clave:

¿Que nivel de importancia/relevancia adquiere el montaje de los equipos de baja tensión para el mantenimiento de operaciones y seguridad del personal de mantenimiento que trabaja junto a los cuadros eléctricos? (consulte sección 3)

Las respuestas a las siguientes preguntas clave pueden servirle de ayuda:

1.¿Cuál es el impacto en la instalación de un fallo en el cuadro eléctrico?
2.¿Qué nivel alcanzan los daños derivados?
3.¿Cuáles son los posibles efectos de un fallo en los cuadros eléctricos para el personal de mantenimiento que trabaja cerca?
¿Cómo aplican en la práctica las medidas de mantenimiento preventivo que se llevan a cabo regularmente para impedir que se produzcan fallos y mantener el equipo operativo en condiciones adecuadas y atendido (p.ej., reparación, sustitución de piezas defectuosas)?
4.¿cuál es la gravedad del daño originado a la imagen de la empresa debido a la imposibilidad de cumplir los plazos de entrega?
5. ¿ Cuál es el impacto de un fallo de un equipo de baja tensión para el entorno?

Referencias:
1. Normas técnicas aceptadas internacionalmente (IEC), normas aceptadas en forma general en todos los países europeos (EN), normas técnicas aceptadas internacionalmente (OVE,VDE...); para montajes de aparamenta de baja tensión, p.ej., serie IEC/EN 6143
2 Función de interrupción de daños
3 Esta designación aparece especialmente en publicaciones y en métodos de cálculo cuyo contenido se refiere a la evaluación del daño específico del cliente en caso de avería de la red de distribución.
4 Unidad monetaria (G): Las unidades pueden definirse como una cantidad de dinero específica, independientemente de la divisa respectiva mientras que esta última también se conoce como unidad monetaria.
Las unidades monetarias suelen estar representadas por la "G". En comparación con la designación respectiva de una divisa (p.eje., Euros), la unidad monetaria es más bien la forma abstracta de un medio de pago que aparece de forma repetida.
5 Asimismo, para los sistemas de distribución de energía de reserva que se planifican y ejecutan de forma independiente a aquellos utilizados para el suministro de alimentación en el funcionamiento normal, también se puede determinar una función de interrupción de daños como base para realización técnica,
[6] Alvehag, Karin; Söder, Lennart, Comparison of cost models for estimating customer interruption costs; Proceedings in Probabilistic Methods Applied to Power Systems (PMAPS); 2012
[7] Lenz, Ulrich; IT-Systeme: Ausfallsicherheit im Kostenvergleicht; 2007; http://www.cio.de/a/it-systeme-ausfallsicherheit-im-kostenvergleich,458076; recuperado el 25.02.2015
[8] Abswers to the question: “How high would you evaluate your operational damage in the case of total IT failure, depending on the duration of the failure? Estudio de ECC, NEG. Ministerio Federal de Economía y Tecnología , Alemania, Fuente: Statista GMbH, Johannes-Brahms-Platz 1, 20355 Hamburgo, http://de.statista.com/; 2015

Seguridad en las instalaciones eléctricas Parte I

13/12/2017

1.1 Seguridad, riesgo límite y riesgo residual

Como concepto básico indispensable para todas las reflexiones sobre tecnología de protección en instalaciones de baja tensión, el concepto de seguridad es ampliamente reconocido en la actualidad como la
" ausencia de riesgos de daños inaceptables".

Esto significa que la seguridad implica la ausencia de todo riesgo de daños inaceptables y permite clasificar una situación claramente como "segura" o "peligrosa". La finalidad del diseño y ejecución de instalaciones de baja tensión es la de conseguir que exista seguridad sin riesgos.

Bien es sabido que durante años se ha generado un extenso debate en torno a este campo de temas relacionados con la delimitación clara de "seguridad" y "riesgo" en círculos profesionales [3], por lo que aquí solo abordaremos algunos aspectos fundamentales.

La delimitación entre riesgo y seguridad queda garantizada mediante la introducción del término "riesgo máximo aceptable", interconexiones que están representadas en la Fig. 1-1.

Fig. 1-1 Principios de filosofía de seguridad para instalaciones de baja tensión y equipos de baja tensión desde una perspectiva de riesgo técnico. Reducción del riesgo residual mediante la aplicación de medidas adicionales que permiten alejarse del riesgo máximo aceptable ("riesgo límite") y conseguir una mayor seguridad.

En la práctica, se debe garantizar mediante medidas adecuadas al diseñar y crear equipos (p. ej., montajes de cuadros eléctricos en baja tensión) que el riesgo existente tras la aplicación de medidas de protección sea lo más bajo posible y, bajo ninguna circunstancia, mayor que el riesgo máximo aceptable.

Este "riesgo máximo aceptable", también denominado "riesgo límite" se debe alcanzar (con cada montaje de equipos) en cualquier caso; en este sentido, todas las medidas que contribuyen a que se alcance este riesgo límite constituyen medidas de reducción del riesgo mínimo. Los requisitos que se estipulan en las normas técnicas aceptadas de forma general definen esos requisitos de protección mínimos.

Sin embargo, el riesgo máximo aceptable no se puede confundir bajo ninguna circunstancia con el concepto de riesgo residual (Consulte Fig. 1-1) porque cualquier técnico encargado de una obra en la que la seguridad sea relevante, debe esforzarse por mantener el riesgo residual, que no puede excluirse nunca incluso cuando se apliquen medidas técnicas, muy por debajo del límite máximo aceptable; es decir, que en la medida de lo posible se garantice la seguridad.

Existen varios motivos para la aplicación de medidas (adicionales) en equipos de baja tensión que van más allá del riesgo máximo aceptable y orientadas a garantizar una mayor seguridad.

Las siguientes causas pueden expresarse mediante ejemplos extraídos de la experiencia práctica:

Durante el montaje, instalación o mantenimiento de cuadros eléctricos, los materiales conductores o montajes que hayan quedado olvidados por error.
Defectos de materiales no detectados que pueden existir o se hayan creado durante el proceso de montaje de los equipos.
Animales pequeños, como roedores, insectos, serpientes, etc. en el interior del cuadro eléctrico.
Cálculo y dimensionamiento no adecuados para su aplicación real, que puede generar el sobrecalentamiento y el posterior arco interno.
Condiciones operativas inadecuadas (p.e., temperatura ambiente, humedad)
Funcionamiento incorrecto
Reparaciones insuficientes y/o tiempos de espera prolongados durante el mantenimiento preventivo

Es muy probable que los montajes de los equipos que solo cumplen los requisitos mínimos queden por debajo del riesgo máximo aceptable en lo que respecta al peligro cuando se produzca uno de los eventos mencionados. Si se toman medidas adicionales, se puede reducir la gravedad del daño en las instalaciones y/o las interrupciones del negocio con daños derivados considerables. Esto es aplicable a las lesiones o daños de los empleados que trabajan en las plantas o cerca de ellas. Por así decirlo, los montajes de equipos de baja tensión equipados con medidas adicionales cuentan con un "plus de seguridad".

1.2 Riesgo y daños derivados

Se debe reflexionar cada vez más sobre el riesgo residual mínimo que, sin embargo, se puede alcanzar mediante la aplicación de medidas técnicas, especialmente en infraestructuras de uso comercial y/o industrial en el contexto de los posibles daños derivados que cabe esperar.

Los daños derivados son costes que surgen durante las interrupciones del negocio o procesos industriales. Las paradas inesperadas en las empresas productoras pueden deberse a diversos motivos como, por ejemplo, la escasez de materias primas, los tiempos de inactividad no planificados de las instalaciones de producción como consecuencia de que se produzcan fallos de funcionamiento causados por problemas mecánicos, eléctricos o de control.

Sin embargo, los daños derivados también incluyen los costes que, entre otras cosas, surgen como consecuencia de la bajada de rendimiento de la fuente de alimentación (p.ej., daños del equipo de protección durante tormentas) en caso de avería de una planta, parte de una planta o equipo operativo.

Fig. 1-2 Daños derivados (Tipos de coste) en el caso de inactividad de las plantas de procesamiento o de producción que funcionan con suministro eléctrico.

Sin pretender ser exhaustivos, los principales componentes de los posibles daños derivados se resumen en la Fig. 1-2.

De particular importancia son las interrupciones de suministro eléctrico que se producen como consecuencia de una caída de los sistemas de alimentación después de un daño o de la destrucción parcial o completa del cuadro eléctrico (subestaciones, cuadros eléctricos generales y cuadros secundarios y sistemas de cableado). La especial importancia de este grupo de operaciones comerciales es que los costes de inactividad y los costes adicionales aumentan considerablemente cuando hablamos de una interrupción del suministro prolongada. En muchos casos, el mantenimiento a corto plazo de la planta y la sustitución del equipo operativo necesario para el mantenimiento (p.ej., interruptores, canalización eléctrica) no es posible.

[3] Hosemann, Gerar; Aufgaben und Ziele der Schutztechnik; publicado en: Forst Hans-Josef

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