Protección eléctrica de transformadores en media tensión >1000V según NEC/NFPA70/NTC2050. !!! PREMIUM !!!

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En este articulo veremos con imágenes y ejemplos, como se debe entender la protección de transformadores y cables en media tensión cumpliendo la NEC (National Electrical Code®).

La intención de este documento no es transmitir el mejor diseño de un sistema para una aplicación en particular, sino proporcionar ejemplos necesarios para entender los “mínimos” de seguridad del código que deben considerarse cuando estos componentes están involucrados.

La norma NEC/NFPA70/NTC2050 no indica los valores que deben tener las protecciones, solo indica los máximos valores que son seguros en una instalación de este tipo, por lo tanto los diseñadores deben considerar otros factores para el diseño y protección de los transformadores y cables, como los niveles de cortocircuito, las características de daño del cable y del transformador, la coordinación, la corriente de magnetización etc.

Fundamentos básicos de protección para transformadores según articulo 450 NEC/NFPA70/NTC2050:

El artículo 450 del NEC/NFPA70/NTC2050 trata sobre los requisitos para transformadores. Específicamente, 450.3 cubre los requisitos de OCPD (dispositivos de protección contra sobrecorriente) para el transformador. Tenga en cuenta que los ejemplos dados mostrarán los valores máximos de OCPD, sin embargo se pueden requerir dispositivos con un tamaño inferior a estos máximos para fines de diseño.

Esta elección de un valor más bajo puede verse influenciada por las recomendaciones del fabricante, el diseño del transformador y la funcionalidad del sistema.

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El artículo 450 trata ÚNICAMENTE de los requisitos para el transformador. La ampacidad de los conductores que alimentan y se extienden desde el transformador, así como la protección contra sobrecorriente necesaria de los conductores, están cubiertas por las reglas de los Capítulos 2 y 3 del NEC.

Aunque el OCPD (dispositivos de protección contra sobrecorriente) especificado para el transformador puede ser adecuado para los conductores, esto solo puede ser determinado después de observar las reglas aplicables para los conductores. Además, el artículo 450 no especifica la ubicación del OCPD para el transformador, lo que proporciona cierta flexibilidad al proporcionar la ubicación del OCPD.

Bases para el dimensionamiento de las protecciones de transformadores

Estas bases están detalladas a través de este articulo y permiten entender con detalle la correcta protección de los transformadores y cableado cumpliendo con las reglas básicas de la NEC/NFPA70/NTC2050.

Condición: Determina en qué circunstancias puede utilizar las reglas dadas en el articulo. Estos incluyen elementos como la limitación de ubicación y las impedancias del transformador.

Tamaño de protecciones primarias: Especifica la clasificación de amperaje máxima del dispositivo de sobrecorriente como un porcentaje de la corriente primaria del transformador.

Siguiente tamaño estándar de protección permitida: Especifica si, en las condiciones particulares indicadas, se puede usar el siguiente tamaño de dispositivo OCPD estándar cuando el tamaño máximo no corresponde a un amperaje o ajuste estándar o comercial.

El devanado del transformador conectado a la fuente de voltaje es llamado comúnmente “primario”, mientras que el devanado del transformador conectado a la carga es llamado “secundario”.

Tamaño estándar (Comercial) de protección siguiente permitida para 1000V o mas

Por encima de 1000 V, el artículo 450 permite redondear al siguiente amperaje estándar o comercial en ciertos casos. Esto plantea la pregunta de dónde encontrar valores nominales estándar para dispositivos de sobrecorriente por encima de 1000 V.

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Protección de sobrecorriente máxima en transformadores de 1000V o mas

Esta tabla se aplica a los transformadores que tienen una tensión nominal superior a 1000 V en el primario, el secundario o ambos, se aclara que la tabla muestra los valores máximos que se consideran seguros, sin embargo estos valores pueden ser menores y dependerán de los cálculos de ingeniería (Ver ejemplos).

Tabla 450.3(A) Valor nominal o ajuste máximo de la protección contra sobrecorriente para transformadores de más de 1 000 V (como porcentaje de la corriente nominal del transformador)

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Explicación de uso de la tabla 450.3 (A) para calculo de protección de transfromadores de 1000V o mas

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Factores básicos que influyen en el tamaño y protección de los conductores que alimentan un transformador en media tensión 1000V o mas

Conductores o cables primarios de 1000V o mas

1. Dimensione los conductores adecuadamente para transportar la corriente primaria esperada del transformador.

2. Proteja los conductores de acuerdo con NEC 240.100.  En el caso de circuitos que operan por encima de 1000 V, las reglas de la Sección 240.100 permiten que el conductor esté protegido por un fusible no mayor de tres veces la capacidad nominal del conductor o un breaker no mayor de seis veces la capacidad nominal del conductor. Esto coincide bien con la protección de transformador permitida en 450.3 (A).

Conductores o cables secundarios de 1000V o mas

1. Ampacidad adecuada para soportar la carga suministrada por el secundario del transformador.
2. En aplicaciones de 1000 V o menos, la protección contra sobrecorriente se ubica típicamente en el extremo de carga de los conductores instalados en campo, NEC 240.21 (C) (o la Parte VIII del Artículo 240 para instalaciones industriales supervisadas) tiene una influencia significativa en el tamaño de estos conductores.

Sin embargo para aplicaciones de más de 1000 V, no están disponibles reglas similares a las de 240.21 (C). Se debe proporcionar OCPD donde se originan estos conductores o se deberá utilizar un esquema de detección / retransmisión para abrir un dispositivo por delante de estos conductores.

En el caso de conductores conectados directamente al secundario del transformador, puede ser necesario abrir el dispositivo de sobrecorriente en el primario del transformador cuando los medios de detección de sobrecorriente secundarios detectan una condición de sobrecorriente. NEC 240.100 indica que la ubicación de la protección contra sobrecorriente se puede determinar bajo supervisión de ingeniería.

Ejemplo de protección de transformador de 1000V o mas, primario y secundario

El diseño, la selectividad y los ajustes de las protecciones para transformadores por encima de 1000 V  es más complejo que por debajo de 1000 V; los ejemplos dados muestran el valor calculado y el máximo permitido por la NEC.

Cuando se requiere protección secundaria, se muestra como un solo dispositivo; recuerde que se pueden usar hasta seis dispositivos, por un total no mayor que el amperaje permitido de un solo dispositivo. El tipo de OCPD (dispositivos de protección contra sobrecorriente) que se muestra es solo de ejemplo.

Es importante notar que el dispositivo de sobrecorriente en el lado primario debe tener un tamaño basado en la clasificación nominal en KVA del transformador y no basado en la carga secundaria al transformador.

Ejemplo 1: Se tiene un transformador trifasico en media tensión que tiene las siguientes características: Potencia del transformador: 1500 kVA, 12,47 kV (Primario) y 480 V (Secundario), Z = 5,75%.

¿Cuál es la clasificación en amperios de la protección y cableado primario y secundario para el transformador?

Antes de empezar con la solución se debe aclarar que no existe una formula mágica para el calculo de las protecciones de los transformadores, debido a que la ingeniería eléctrica es de criterios, experiencia, conocimiento, en áreas tan diversas como la seguridad eléctricas con la normatividad NEC/NFPA70/NTC2050 y los cálculos propios de nuestra carrera.

Por ello aconsejamos leer detenidamente el articulo y aplicarlo según la lógica y criterios de ingeniería que ayuden a salvaguardar la vida y los equipos.

La protección del transformador constaría de lo siguiente:

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Criterios de cumplimiento NEC/NFPA70/NTC2050 y eléctricos:

La curva del fusible 100E está a la derecha de la corriente Inrust (12 veces la corriente FLA a 0.1s) y a la izquierda de la curva de daño del cable.

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Referencias:

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  • Mikeholts Enterprise
  • Schneider electric
  • ABB
  • NFPA70
  • NEC2017
  • NEC Handbook
  • Consulting specifying engineer

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